本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料。

背景技術(shù)：

作為土木工程領(lǐng)域廣泛使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋銹蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失效是混凝土耐久性領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的核心問(wèn)題。在過(guò)去幾十年，嚴(yán)酷環(huán)境中鋼筋混凝土的腐蝕機(jī)理與防護(hù)技術(shù)已得到了快速發(fā)展，針對(duì)鋼筋銹蝕問(wèn)題形成了鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋與混凝土外防護(hù)涂料三大類(lèi)技術(shù)。相對(duì)于其他兩種技術(shù)，現(xiàn)有涂層鋼筋防護(hù)效果好、自鋼筋出廠、運(yùn)輸、儲(chǔ)存到埋置于混凝土內(nèi)部，全壽命周期性防護(hù)。因此，涂層鋼筋在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護(hù)技術(shù)中占有重要地位。

根據(jù)防護(hù)機(jī)理的不同，現(xiàn)有涂層鋼筋可以分為三大類(lèi)：物理封閉型與化學(xué)反應(yīng)型。

化學(xué)反應(yīng)型涂層鋼筋包括鍍鋅涂層鋼筋、無(wú)機(jī)硅酸鹽富鋅涂層鋼筋等技術(shù)，主要通過(guò)犧牲活性較高的金屬作為陽(yáng)極，從而保護(hù)作為陰極的鋼筋。目前，這類(lèi)鋼筋防護(hù)涂層技術(shù)存在的問(wèn)題在于制備工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高、與混凝土握裹力較差，此外價(jià)格較高。

物理封閉型涂層鋼筋包括環(huán)氧涂層鋼筋(CN201593271《一種環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋》、CN103074960《一種雙層環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋及其制備方法》)、磷酸鋁涂層鋼筋(CN104404502《一種磷酸鹽基鋼筋防腐涂層》)、陶瓷涂層鋼筋(CN201210291249《陶瓷涂料涂層鋼筋》)與聚合物水泥涂層鋼筋(CN201110174304《水泥基遷移型鋼筋阻銹涂料》、CN201310383193《一種鋼筋無(wú)機(jī)防腐涂料的制備方法》、CN201510374612《一種水泥基混凝土鋼筋防銹涂料及其制備方法和應(yīng)用》)等技術(shù)，主要通過(guò)在鋼筋表面形成低滲透的封閉涂層，隔斷水分、氧氣與氯離子與鋼筋表面的接觸和反應(yīng)，從而有效抑制鋼筋銹蝕。目前，這類(lèi)鋼筋防護(hù)涂層中環(huán)氧涂層鋼筋應(yīng)用最廣泛，于1973年美國(guó)首次試用于橋面板，此后陸續(xù)在全球得到應(yīng)用。

然而，環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)存在如下技術(shù)問(wèn)題：環(huán)氧涂層鋼筋現(xiàn)在主要采用靜電噴涂方法環(huán)，對(duì)設(shè)備與工藝要求高；氧涂層鋼筋在施工現(xiàn)場(chǎng)加工與捆扎時(shí)易于發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致鋼筋在局部產(chǎn)生明顯的點(diǎn)蝕現(xiàn)象；環(huán)氧涂層與混凝土界面粘結(jié)力較弱；環(huán)氧涂層硬度高、但脆性大，易導(dǎo)致局部破損。磷酸鋁涂層鋼筋技術(shù)中磷酸鋁涂層的力學(xué)性能較差，埋入混凝土中后在外力荷載作用下發(fā)生開(kāi)裂，導(dǎo)致鋼筋點(diǎn)蝕加?。煌瑫r(shí)，該體系中鋁粉可與磷酸鹽溶液發(fā)生反應(yīng)釋放出氣體，導(dǎo)致涂層酥松多孔，降低涂層的滲透性，對(duì)鋼筋的保護(hù)作用發(fā)生明顯降低。與磷酸鋁涂層鋼筋技術(shù)相似，聚合物水泥涂層鋼筋技術(shù)同樣存在力學(xué)性能差、在外加荷載作用下易導(dǎo)致破壞的問(wèn)題。陶瓷涂層技術(shù)則需要專(zhuān)用高溫設(shè)備與工藝處理，且涂覆陶瓷涂層鋼筋不適合于施工現(xiàn)場(chǎng)的加工與使用。

基于上述分析可知：涂層鋼筋技術(shù)還能在下述四個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：首先，鋼筋表面涂層需要具有較高的力學(xué)性能與韌性，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸、加工與埋置的荷載作用不發(fā)生破壞；其次，該涂層應(yīng)能夠在5-70℃的潮濕環(huán)境中自主實(shí)現(xiàn)凝結(jié)硬化，以免還需要專(zhuān)門(mén)的固化設(shè)備與加熱工藝；再次，該涂層材料應(yīng)具有優(yōu)良的可加工性能，在施工現(xiàn)場(chǎng)可以方便地對(duì)涂層鋼筋加工中發(fā)生破壞部位進(jìn)行快速修補(bǔ)；最后，該涂層材料與混凝土之間的界面粘結(jié)力應(yīng)較強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)上述四項(xiàng)改進(jìn)，本發(fā)明提供一種磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料及其制備方法。

磷酸鎂水泥是一種以酸堿中和反應(yīng)為基礎(chǔ)形成化學(xué)鍵而產(chǎn)生強(qiáng)度的膠凝材料，這類(lèi)膠凝材料具有如下不同于傳統(tǒng)水泥所的優(yōu)異性能：早強(qiáng)快硬、粘結(jié)力強(qiáng)、體積穩(wěn)定性好、耐熱性好、耐高溫、與舊混凝土之間的相容性好、耐久性好及環(huán)境適應(yīng)性廣等的優(yōu)點(diǎn)。已有研究表明：磷酸鎂水泥3h抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別可達(dá)72.8MPa和11.1MPa，28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別可達(dá)98.6MPa和14.8MPa。因此，磷酸鎂水泥具有適于制備高強(qiáng)度涂料的優(yōu)異基本性能。

鑒于上述鋼筋防護(hù)涂層材料需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明以具有超早強(qiáng)與快硬特征的磷酸鎂水泥為基體，采用高強(qiáng)水凝膠增韌改性技術(shù)與鋼筋表面鈍化膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)磷酸鎂水泥的改性，制備磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層。

本發(fā)明所述磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料由組分A和組分B雙組份組成；所述組分A由磷酸鎂膠凝組分、凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分、輔助增強(qiáng)組分、鋼筋緩蝕組分和工作性調(diào)節(jié)組分混合而成，所述組分B由韌性提升組分和水組成；A組分與B組分比例為19:1-4.7:1；

組分A中各組分的重量份數(shù)比為：

組分B中：水和韌性提升組分的水固比為50:1至100:1；

所述的磷酸鎂膠凝組分為活性氧化鎂、與磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸二氫銨中的任意兩種或三種的組合，上述組分中氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比為1:1至5:1。

所述的凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分，為硼砂與葡萄糖鈉、氯化鋅、硫酸鋅、醋酸鈉、甲酸鈉中的任意一種或兩種的組合，上述組分中硼砂與其他凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分的質(zhì)量比為9:1至4:1

所述的韌性提升組分，為聚乙烯醇水凝膠、聚丙烯酰胺水凝膠、明膠、淀粉-丙烯酸接枝聚合物水凝膠的任意兩種的任意比例組合。

上述韌性提升組分需滿(mǎn)足如下指標(biāo)：楊氏模量≥7KPa,極限應(yīng)變≥1000％。

所述的輔助增強(qiáng)組分，為氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀等的任意兩種的任意比例組合。

所述的鋼筋緩蝕組分，為亞硝酸鈉、亞硝酸鈣、硝酸鈣、鉻酸鈉、鉻酸鉀、氯化亞錫中一種或兩種的任意比例的混合劑等的任意兩種或三種的混合。

所述的工作性調(diào)節(jié)組分，為纖維素、纖維素醚、石英粉、石灰石粉、滑石粉、鈦白粉與立德粉的任意兩種或三種的混合。

所述的磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的制備方法：按照磷酸鎂膠凝組分、凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分、輔助增強(qiáng)組分與鋼筋緩蝕組分的重量含量選取各組分。將上述材料組分經(jīng)粉磨至顆粒粒徑小于300目后，經(jīng)過(guò)攪拌與混合至均勻狀態(tài)后得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的A組分。

將韌性提升組分于50～70℃水浴中，按照水固比為50:1至100:1的比例加熱溶解后冷卻得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的B組分。

在實(shí)際應(yīng)用中，A組分與B組分比例為2:1-5:1的條件下，工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)攪拌均勻后得磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料，該涂料可通過(guò)噴涂或刷涂的工藝涂覆于鋼筋表面形成防護(hù)型涂層。

本發(fā)明的有益效果是：

第一，在鋼筋出廠階段時(shí)，涂覆于鋼筋表面制備具有高強(qiáng)與柔韌性的防護(hù)涂層，實(shí)現(xiàn)鋼筋至出廠后運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加工與埋置于混凝土的全壽命周期有效防護(hù)；

第二，磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層制備工藝簡(jiǎn)單、便捷，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)涂層鋼筋進(jìn)行加工處理發(fā)生破壞時(shí)，可及時(shí)手工進(jìn)行修復(fù)，避免了封閉型涂層鋼筋在施工易破損、難修復(fù)的技術(shù)難題；

第三，磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層為無(wú)機(jī)涂層材料，與混凝土具有相容性好的特征，同時(shí)磷酸鎂水泥粘結(jié)強(qiáng)度較高，因此可有效改善涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)力；

第四，磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層自身具有鋼筋緩蝕組分，通過(guò)在鋼筋表面形成鈍化膜實(shí)現(xiàn)磷酸鎂基防護(hù)涂層之外的第二道鋼筋防護(hù)層，從而有效提升鋼筋耐腐蝕能力。

第五，磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層采用了高強(qiáng)水凝膠作為韌性提升組分，從而有效提升涂層的柔軟抗裂性。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

一種磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料及其制備方法，它包括如下步驟：

A組分：總計(jì)95％

磷酸鎂膠凝組分：活性氧化鎂40％、磷酸二氫鈉41％；

凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分：葡萄糖鈉0.6％、硼砂2.4％；

輔助增強(qiáng)組分：氧化鈣2％；

鋼筋緩蝕組分：亞硝酸鈉1％、亞硝酸鈣1％；

工作性調(diào)節(jié)組分：纖維素1.5％、石英粉5.5％

B組分：總計(jì)5％

韌性提升組分：聚乙烯醇水凝膠5％，楊氏模量15KPa,極限應(yīng)變?yōu)?350％；

按照磷酸鎂膠凝組分、凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分、輔助增強(qiáng)組分與鋼筋緩蝕組分的重量含量選取各組分。將上述材料組分經(jīng)粉磨至顆粒粒徑小于300目后，經(jīng)過(guò)攪拌與混合至均勻狀態(tài)后得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的A組分。將韌性提升組分于50℃水浴中，按照水固比為50:1的比例加熱溶解后冷卻得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的B組分。在實(shí)際應(yīng)用中，A組分與B組分比例為2:1的條件下，工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)攪拌均勻后得磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料，該涂料可通過(guò)噴涂與刷涂的工藝涂覆于鋼筋表面形成防護(hù)型涂層。

通過(guò)鹽水浸烘環(huán)境中鋼筋腐蝕面積百分率(參照J(rèn)GJ/T 192《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，下同)、鹽水溶液中防銹性能(參照J(rèn)GJ/T 192《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，下同)、和鋼筋間握裹力試驗(yàn)(參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，下同)，對(duì)比市售環(huán)氧涂層與聚合物水泥涂層對(duì)建筑HRB400鋼筋性能的影響，結(jié)果表明：磷酸鎂基防護(hù)涂層明顯提升了鋼筋的耐腐蝕性，同時(shí)優(yōu)于環(huán)氧涂層與聚合物水泥涂層的性能。

表1磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料對(duì)建筑HRB400鋼筋防護(hù)性能的影響

實(shí)施例2：

一種磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料及其制備方法，它包括如下步驟：

A組分：總計(jì)92％

磷酸鎂膠凝組分：活性氧化鎂43％、磷酸二氫鉀14％；

凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分：硼砂7.2％、甲酸鈉0.8％；

輔助增強(qiáng)組分：氫氧化鈣1％、碳酸鈉4％；

鋼筋緩蝕組分：鉻酸鈉1％、氯化亞錫5％；

工作性調(diào)節(jié)組分：纖維素醚1％、滑石粉15％

B組分：總計(jì)8％

韌性提升組分：聚丙烯酰胺水凝膠6％，楊氏模量10KPa,極限應(yīng)變?yōu)?410％；明膠2％，，楊氏模量19KPa,極限應(yīng)變?yōu)?1120％；

制備方法：按照磷酸鎂膠凝組分、凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分、輔助增強(qiáng)組分與鋼筋緩蝕組分的重量含量選取各組分。將上述材料組分經(jīng)粉磨至顆粒粒徑小于300目后，經(jīng)過(guò)攪拌與混合至均勻狀態(tài)后得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的A組分。將韌性提升組分于70℃水浴中，按照水固比為100:1的比例加熱溶解后冷卻得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的B組分。在實(shí)際應(yīng)用中，A組分與B組分比例為3:1的條件下，工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)攪拌均勻后得磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料，該涂料可通過(guò)噴涂與刷涂的工藝涂覆于鋼筋表面形成防護(hù)型涂層。

通過(guò)鹽水浸烘環(huán)境中鋼筋腐蝕面積百分率(參照J(rèn)GJ/T 192《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，下同)、鹽水溶液中防銹性能(參照J(rèn)GJ/T 192《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，下同)、和鋼筋間握裹力試驗(yàn)(參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，下同)，對(duì)比市售環(huán)氧涂層與聚合物水泥涂層對(duì)建筑HRB400鋼筋性能的影響，結(jié)果表明：磷酸鎂基防護(hù)涂層明顯提升了鋼筋的耐腐蝕性，同時(shí)優(yōu)于環(huán)氧涂層與聚合物水泥涂層的性能。

表2磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料對(duì)建筑HRB400鋼筋防護(hù)性能的影響

實(shí)施例3：

一種磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料及其制備方法，它包括如下步驟：

A組分：總計(jì)82.5％

磷酸鎂膠凝組分：活性氧化鎂45.8％、磷酸二氫鉀5％、磷酸二氫銨4.2％；

凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分：硼砂6.4％、醋酸鈉1％、硫酸鋅0.6％；

輔助增強(qiáng)組分：氫氧化鉀1％、碳酸鉀2.5％；

鋼筋緩蝕組分：亞硝酸鈣1％、硝酸鈣3％；

工作性調(diào)節(jié)組分：石灰石粉7％、立德粉5％。

B組分：總計(jì)17.5％

韌性提升組分：淀粉-丙烯酸接枝聚合物水凝膠17.5％，楊氏模量9KPa,極限應(yīng)變?yōu)?700％；

制備方法：按照磷酸鎂膠凝組分、凝結(jié)時(shí)間調(diào)控組分、輔助增強(qiáng)組分與鋼筋緩蝕組分的重量含量選取各組分。將上述材料組分經(jīng)粉磨至顆粒粒徑小于300目后，經(jīng)過(guò)攪拌與混合至均勻狀態(tài)后得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的A組分。將韌性提升組分于60℃水浴中，按照水固比為70:1的比例加熱溶解后冷卻得到磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料的B組分。在實(shí)際應(yīng)用中，A組分與B組分比例為5:1的條件下，工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)攪拌均勻后得磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料，該涂料可通過(guò)噴涂與刷涂的工藝涂覆于鋼筋表面形成防護(hù)型涂層。

通過(guò)鹽水浸烘環(huán)境中鋼筋腐蝕面積百分率(參照J(rèn)GJ/T 192《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，下同)、鹽水溶液中防銹性能(參照J(rèn)GJ/T 192《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，下同)、和鋼筋間握裹力試驗(yàn)(參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，下同)，對(duì)比市售環(huán)氧涂層與聚合物水泥涂層對(duì)建筑HRB400鋼筋性能的影響，結(jié)果表明：磷酸鎂基防護(hù)涂層明顯提升了鋼筋的耐腐蝕性，同時(shí)優(yōu)于環(huán)氧涂層與聚合物水泥涂層的性能。

表3磷酸鎂基鋼筋防護(hù)涂層材料對(duì)建筑HRB400鋼筋防護(hù)性能的影響