環(huán)保型水基防銹劑的制備及應(yīng)用

環(huán)保型水基防銹劑的制備及應(yīng)用

0水基防銹劑的防腐性能使用螺紋鋼筋需要很高的力學(xué)強度。目前，三級鋼筋已逐漸取代三級鋼筋。國內(nèi)一般采用熱軋后穿水冷卻的方法來提高Ⅲ級螺紋鋼的力學(xué)強度。但是,穿水冷卻的螺紋鋼比空氣冷卻的更容易生銹,對后續(xù)使用不利。水基防銹劑的防銹效果較好,但其含有的亞硝酸鹽或鉻鹽會對環(huán)境產(chǎn)生較大污染,已逐漸被環(huán)保型防銹劑取代。防銹油雖防銹期很長,但其會大大影響螺紋鋼與混凝土的握裹力,且價格昂貴,后處理工藝復(fù)雜。用無機與有機防腐蝕助劑配制的防銹劑具有較好的防腐蝕性能,又不會影響螺紋鋼與混凝土的握裹力。本工作采用無機、有機防腐蝕助劑,自制了環(huán)保型水基防銹劑,將螺紋鋼浸入其中室溫成膜,測試了該防銹劑所成涂層的耐中性鹽霧性能、Tafel極化曲線、電化學(xué)阻抗譜以及露天耐蝕性,并與市售的2種水基防銹劑所成涂層進行了比較。1測試1.1成分介紹的成分選用?12mm的JISCO冷軋帶肋螺紋鋼,化學(xué)成分見表1。取長30cm的螺紋鋼條,用清水沖洗表面,干燥后依次用丙酮、無水乙醇擦洗去除表面的油污,再用蒸餾水清洗,在真空干燥器中干燥24h。1.2防銹劑及助劑的制備防銹劑的配制:在14.0g蒸餾水中加入0.5g緩蝕劑磷酸三鈉和0.5g烏洛托品,常溫攪拌至溶解,加入1.0gOP-10表面活性劑、3.0g助劑丙三醇和3.0g助劑乙二醇,溶解后加入13.0g二氧化硅(粒徑為40nm),攪拌至完全溶解后加入65.0g成膜劑丙烯酸乳液,攪拌20min,即得防銹劑。防銹處理:室溫下,將螺紋鋼浸泡在防銹劑中30s,取出后室溫干燥15min,即可在表面形成一層水溶性防腐蝕保護膜。同時采用市售防銹劑1(水基防銹劑,主要防銹成分為硅酸鈉)和市售防銹劑2(水基防銹劑,TONC型)進行對比試驗。1.3抗銹劑涂層的耐腐蝕性測試1.3.1鹽霧加霧試樣采用YW-1804型氣流式鹽霧試驗箱進行,腐蝕介質(zhì)為5%NaCl溶液,pH=6.5~7.5;控制鹽霧箱內(nèi)的溫度(35±1)℃,相對濕度約為98%,試樣與垂直方向呈30°;連續(xù)噴霧1h后,停止噴霧,試樣繼續(xù)置于鹽霧箱中1h。以上過程為1個周期,每隔1個周期觀察試樣銹跡,確定防銹劑涂層的耐腐蝕性能。1.3.2輔助電極的制備采用LK3200A電化學(xué)測試體系:試樣為工作電極,用蠟和松香涂封,暴露1cm×1cm,飽和甘汞電極(SCE)為參比電極,鉑電極為輔助電極;腐蝕介質(zhì)為5%NaCl溶液。(1)腐蝕活性物質(zhì)的含量計算穩(wěn)定30min后常溫下測量,動電位掃描速度5mV/s。通過式(1)計算腐蝕速度(或均勻腐蝕速度):vcorr=AnQ×Jcorr(1)vcorr=AnQ×Jcorr(1)式中vcorr——腐蝕速度,g/(h·cm2)A——金屬的原子質(zhì)量,gn——腐蝕氧化反應(yīng)電荷的轉(zhuǎn)移量,molQ——1mol電子的電量,96500C/mol(26.8A·h·mol-1)Jcorr——腐蝕電流密度,A/cm2通過式(2)計算涂層保護效率:η=(1?JcorrJ0corr)×100%(2)η=(1-JcorrJcorr0)×100%(2)式中η——涂層保護效率,%Jcorr——樣品腐蝕電流密度,A/cm2J0corrcorr0——空白樣品腐蝕電流密度,A/cm2(2)電阻抗譜在腐蝕電位下測定,正弦波擾動電壓為10mV,擾動頻率為1×(10-2~104)Hz。1.3.3室外試驗將螺紋鋼條一半噴涂防銹劑,另一半不噴,放置在戶外,在夏季多雨季節(jié)試驗,觀察防銹效果。2結(jié)果與討論2.1合成膜劑和緩蝕劑的應(yīng)用空白螺紋鋼及自制防銹劑保護的螺紋鋼的中性鹽霧腐蝕結(jié)果見表2。由表2可見:螺紋鋼浸涂自制防銹劑后防銹期大大增加。這是因為水基防銹劑中成膜劑丙烯酸乳液的性能較好,同時納米二氧化硅使防銹劑形成了堅固的膜層,起到了物理隔離作用;而且,當(dāng)水分接觸涂層時,緩蝕劑磷酸三鈉在涂層中起到緩蝕的作用,對螺紋鋼進行緩蝕保護,延長了螺紋鋼表面出現(xiàn)紅銹的時間,提高了螺紋鋼的耐蝕性能。5%NaCl鹽霧中Cl-對涂層的破壞從點蝕開始,形成針狀紅銹后的下1個周期開始產(chǎn)生局部腐蝕,形成圓點狀銹跡,然后慢慢擴大為圓餅狀,最后擴大至全面腐蝕。2.2涂層電阻器性能2.2.1防銹劑涂層與其它工藝劑涂層的腐蝕效果對比4種狀態(tài)螺紋鋼在5%NaCl溶液中的Tafel極化曲線見圖1,擬合的極化曲線參數(shù)見表3。對比可見,有自制防銹劑涂層的螺紋鋼的腐蝕電流密度大幅降低,腐蝕電位提高,腐蝕速度降低,膜層的保護效率達到99.8%,防銹劑涂層在5%NaCl溶液中起到了物理隔離與緩蝕保護的作用,這與中性鹽霧試驗結(jié)果一致;自制防銹劑的防銹效果優(yōu)于其他2種市售水基防銹劑。2.2.2電解質(zhì)液滲流對抗型4種狀態(tài)螺紋鋼在5%NaCl溶液中浸泡96h后的電化學(xué)性能見圖2~4。由圖2可知:未處理的螺紋鋼的高頻容抗弧非常小,出現(xiàn)2個時間常數(shù),說明螺紋鋼表面氧化皮已經(jīng)破壞,不穩(wěn)定的氧化皮與腐蝕產(chǎn)物阻止腐蝕反應(yīng)進一步發(fā)生,但電解質(zhì)溶液繼續(xù)滲透進行腐蝕反應(yīng);浸涂自制防銹劑的螺紋鋼仍為單容抗弧,僅1個時間常數(shù),涂層有電容特性,電化學(xué)極化阻抗值達到930Ω·cm2,此時涂層未被破壞,仍起了物理隔離與緩蝕保護作用,沒有引起鋼鐵腐蝕,而且高頻容抗弧的半徑遠(yuǎn)大于其他2種涂層的;而2種市售防銹劑的涂層已被電解質(zhì)完全滲入,腐蝕產(chǎn)物阻擋了部分微孔,使得腐蝕反應(yīng)變慢。由圖3可知,自制防銹劑的涂層極化電阻很大,為空白的1000倍以上。自制防銹劑中納米二氧化硅提高了涂層的強度,其他助劑提高了涂層在螺紋鋼表面的附著力,從而提高了涂層的阻抗值。自制防銹劑的涂層的阻抗值明顯高于2種市售防銹劑的涂層,更大地提高了螺紋鋼的耐腐蝕性能。2.3腐蝕膜的保護作用螺紋鋼露天耐候試驗2個月后,噴涂自制防銹劑的一端形成了致密的防腐蝕膜,隔離了空氣和水分與螺紋鋼的直接接觸,對螺紋鋼起到了保護作用。若遇到雨水,防銹劑中的緩蝕劑還可起緩蝕作用,降低螺紋鋼的腐蝕速率,提高螺紋鋼的耐腐蝕性能,使螺紋鋼戶外防銹期超過2個月。3其他助劑對螺紋鋼腐蝕的影響(1)自制防銹劑中成膜劑的性能較好,納米二氧化硅提高了涂層的強度,緩蝕劑起到了很好的緩蝕作用,其他助劑提