節能複合牆體鋼筋拉接件防鏽劑研究論文

　　摘要：本文研究了節能複合牆體鋼筋拉接件防鏽劑的各種效能以及不同配方對比。透過研究表明新研製的DFJ系列鋼筋防鏽劑能有效保護複合牆體中鋼筋拉接件，提高其服役壽命，它具有效能可靠，造價低，塗覆方便等特點，在確保防鏽效能的基礎上，新型防鏽劑可以替代鍍鋅防腐工藝，具有廣闊的推廣應用前景。

　　關鍵詞：拉接件防鏽劑

　　一、前言

　　為改善寒冷地區採暖建築的室內熱環境質量，節約採暖的能耗，提高建築牆體保溫效能，在不增加牆體厚度的情況下，採用複合牆體結構，在牆體中間設定保溫層和金屬拉結件，可顯著改善建築結構的綜合性能。在兩層牆體間放置拉結鋼筋，能使內外牆體共同工作，增加抗震效能，但由於兩層牆體間的溫差變化，導致中間的保溫材料（岩棉或聚炳烯）經常處於潮溼或凝露的環境，因而易造成或促進拉結鋼筋的鏽蝕，以致影響牆體的效能與壽命，可見牆體拉結件的耐久性已成為一個很重要的問題。

　　據最近有關資料表明，一些經濟發達國家已採用不鏽鋼拉結件，這種拉結件固然防鏽效能好，但價格昂貴、工程造價高，這顯然不符合我國國情，目前最常用的牆體拉結件是鍍鋅拉結件，但生產鍍鋅防腐件需要電鍍車間，可能會造成汙染，成本還會比較高。

　　最常用的牆體拉結件的防腐措施是鍍鋅，但是據我們分析鍍鋅件在大氣環境中抗蝕性較好，而對複合牆體這們一個複雜的腐蝕環境來說，可能是不適合的，已有研究表明，鍍在pH為13左右時表面處於活性狀態，初期由於水泥砂漿pH值正好在這個範圍（12.5至13.5），這時如果鋼鐵表面有缺陷，那麼二者構成腐蝕電池，更加快了鋅的腐蝕溶解，所以鋼鐵在後期就難以得到保護，同時也影響了鋼筋與周圍砂漿或注芯混凝土的結合力，為此開發研製一種符合我國國情的造價低防鏽效能好、無汙染的拉結鋼筋防鏽劑的任務，就獲得了瀋陽牆改辦批准、立項。

　　二、實驗方法

　　1.防鏽劑研製的技術路線

　　透過檢索了大量文獻資料，並對該方向進行了聯機檢索，對於鋼筋拉接件的防鏽研究有了更進一步的認識。1994年初首先從分析拉接件所受到的可能的腐蝕因素入手，提出了抗震拉接件防鏽劑研究方案以及側重點，認為應該重點考慮塗層的耐蝕性、塗層與鋼筋的結合力，周圍砂漿或注芯混凝土對塗層的握裹力等，首先選擇防鏽劑的膠結劑，它決定了防鏽劑與鋼筋的結合力及塗層的耐蝕性；其次選擇了防鏽新增劑，它能增加塗層的耐蝕效能；同時選擇多種骨料，改善防鏽劑的成膜性等綜合性能，根據複合牆體對防鏽劑的要求，測試其綜合性能。進行了各種試驗，如結合力試驗、握裹力試驗、溼熱試驗、浸泡試驗、複合牆體保溫層中的腐蝕模擬試驗、腐蝕電位測量、交流阻抗測試試驗、耐酸、鹼腐蝕試驗等。

　　2.防鏽劑配方的選定與配比

　　對複合牆體內鋼筋拉接件防鏽劑既要考慮其對實際腐蝕環境（如鋼筋周圍的氧、氯離子，二氧化碳、水等）的防腐作用，同時又要考慮與周圍水泥層緊密結合，因此要求所選塗料必須具有較好的防鏽效能，及其與鋼筋結合效能。為此，以多種樹脂為膠結劑，篩選確定其中的一種為防鏽劑膠結劑。這種膠結劑具有耐酸、鹼腐蝕，結合力強等能力。在此基礎上，我們選擇了多種防鏽新增劑以及骨料，考慮到對環境的汙染問題，我們刪除了其中兩種新增劑（氧化鉛、三氧化鉻），然後採用正交設計的方法，優選配方，對幾種出的配方進行篩先，確定了6種配比的防鏽劑進行綜合性能的測試，最終優選出三種防鏽劑配方。

　　3.防鏽劑效能測試

　　將防鏽劑塗敷在65×65的試片以及ф12的鋼筋上，製成試樣，進行各種效能測試，下面是測試的專案：

　　（1）外觀測試，檢查表面無氣泡，針孔等缺陷；

　　（2）結合效能測試，檢測防鏽劑與鋼筋的結合力；

　　（3）抗凍效能及冷熱交替效能（在-15～20℃至25℃條件下進行實驗）；

　　（4）抗彎試驗，檢測塗防鏽劑筋在彎曲情況下的附著力；

　　（5）握裹力實驗，將塗防鏽劑的試樣製成100×100×100的混凝土塊，透過拉伸試驗進行測定；

　　（6）耐蝕效能試驗

　　a）電化學測試（Ecorr，EIS）

　　腐蝕電位測量，對浸泡在3.5%的鹽水中的試片，定期檢測其腐蝕電位測量出腐蝕電位隨時間的變化曲線。

　　電化學阻抗測量，對於防鏽劑防鏽效能的測試，除採用常規實驗方法進行檢測以外，我們還採用了現代電化學手段對各種防鏽劑的耐蝕效能進行了評價，電化學阻抗法是國際上普遍使用的方法之一，有的國家已將其發展成防鏽劑效能評價的標準，將上述浸泡實驗樣品製成阻抗測試電解池，，溶液為3.5%鹽水，在常溫下浸泡。採用英國的Solartron公司的1280阻抗測試系統，在微機控制下測量阻抗譜的變化，以判斷防鏽劑的耐蝕能力。

　　b）鹽霧加速試驗

　　將不同的防鏽劑，製成65×65的45#樣品上塗刷上一層100μm左右的防鏽劑，依據GB—7634上《塗層耐鹽霧加速試驗標準》，鹽霧實驗（5%鹽水，35℃，每天噴8小時，停16小時），實驗時間30天。

　　c）耐用浸泡試驗，將試樣浸泡在水中，時間為100天。

　　d）耐酸試驗，在pH值為1的鹽溶液中進行浸泡試驗，時間2個月。

　　e）耐鹼試驗，在pH值大於14（20%NaOH）的溶液中浸泡6個月。

　　f）保溫層中的腐蝕實驗，為了研究防鏽劑在真實環境中可能的腐蝕，採用了模擬加速試驗，檢測塗層在保溫層的腐蝕效能，將塗各種防鏽劑的試樣插入岩棉保溫層中，放入鹽霧箱中，進行鹽霧實驗，每天8小時鹽霧，停16小時，使保溫層中含有飽和的鹽水，恆定溫溼度，檢測防鏽劑的效能，試驗100天。

　　三、結果與討論

　　對篩選出的防鏽劑根據上述專案進行綜合測試，實驗結果如下：

　　1.檢測防鏽劑的施工效能

　　（1）可存放性

　　a）DFJ新型節能複合牆體鋼筋拉結件防鏽劑，採用固化劑、基料與溶劑分開存貯的方法，在密封條件下可長期存放，而不會變質；

　　b）在基料中，長期存放時新增的填料及防鏽劑可能有部分固體份沉澱，只要在使用前將其攪勻即可正常使用，不影響後期效能。

　　（2）可浸塗性。該防鏽劑在使用時將溶劑加入基料中，再按比例加入固化劑，攪勻後就可以施工。施工的方法為（a）刷塗，適用於批次小的拉結件或區域性修補強化處理的拉結件；（b）浸塗，適用於尺寸有限，形狀不規則且量大的拉結件；（c）噴塗，適用於工廠內生產線成批加工部件，其中（a）、（b）兩種方法適用於現場施工，如果檢測出塗層表面有針孔或有缺陷，則必須用刷塗法進行修補，以達到防鏽劑的質量要求。

　　（3）乾燥成膜性

　　該防鏽劑採用常溫固化，8小時表幹，24小時實幹。

　　（4）塗層厚度

　　對刷塗與浸塗的'試片依據《塗層厚度測試標準》，利用DHC—Ⅱ型磁性測厚儀測量塗層的厚度，每種樣4片，最後取其平均值，塗層厚度平均在100μm左右，可達到長期防鏽的目的。棒狀浸塗試樣與平板試樣進行對照實驗，棒材試樣的厚度在80～100μm之間。

　　2.耐衝擊實驗

　　根據塗層耐衝擊實驗標準，在CJ560型衝擊試驗機上，測試防鏽劑耐衝擊性，基本達到9級以上，達到建築施工標準要求。

　　3.韌性實驗

　　將塗防鏽劑的ф8鋼絲，用力彎折90度角，再拉直，反覆5次以上防鏽塗層不脫落，符合建築用塗料的韌性要求。

　　4.粘接效能

　　將塗有防鏽劑的鋼筋試樣，用C20混凝土砂漿製成100×100×100的試塊，養護28天后，進行拉伸實驗，資料如下表，都大於9級以上，基本不影響混凝土砂漿與鋼筋間的結合力，達到建築施工的要求。

　　表一防鏽劑握裹力測試結果

　　空白

　　E—1

　　E—2

　　E—3

　　E—4

　　E—5

　　E—6

　　E—7

　　拉力（KN）

　　2.81

　　5.26

　　2.98

　　2.99

　　4.54

　　2.9

　　3.81

　　3.48

　　握裹力KN/mm2

　　17.2

　　32.2

　　18.3

　　27.8

　　17.7

　　23.3

　　21.3

　　5.防腐效能

　　（1）鹽霧實驗結果

　　對篩選出的六種配方進行鹽霧實驗，結果表明其中有三種樣品在20天后有兩塊樣品起皮，其它樣品在30天中沒有發生鏽蝕，對起皮的幾個樣品進行分析，發現主經是由於制樣時試樣周邊沒有塗封，邊緣鏽蝕，鏽層使周邊開始起皮，但沒有出現起泡、漏鏽現象，因此可以評定這幾個配方中有三種防鏽等級達到10級以上。

　　（2）腐蝕電位測量

　　腐蝕電位隨時間的變化，說明防鏽塗層在浸泡過程中，長時間不發生變化，隔絕介質效能好，耐蝕性強。

　　（3）電化學阻抗測量法

　　電化學阻抗測量法能夠測量防鏽支的阻抗譜圖。阻抗譜反映的資訊主要有防鏽塗層的電阻、容抗、電解質與塗層金屬介面反應性質。如果防鏽層失效，電解質就可能浸入塗層，那麼塗防鏽層的金屬表面的阻抗、容抗等引數就會發生變化，同時表徵電解質與金屬介面反應的引數RP就發生變化。測得的防鏽層的阻抗譜，阻抗譜隨時間的變化。可以發現，在浸泡初期，由於防鏽層為絕緣層隔絕了電解液與鋼鐵基底的接觸，因此阻抗較大，一般在107Ω以上，高頻區為容抗特徵，資料在低頻區發散，此時說明防鏽層是絕緣的，起到隔離作用，隨著浸泡時間的延長，由於防鏽塗層中可能有水或其它離子的浸入塗層的阻抗譜就可能發生變化，透過分析阻抗譜的資訊特徵，就可能評價防鏽塗層的耐蝕效能，阻抗譜變化不大時，這說明塗層沒有發生明顯變化，其耐蝕效能仍舊很好，如果阻抗譜變化較快，說明塗層中可能已有電解質的浸入或塗層可能已發生破壞，塗層失效。說明Rct隨時間的變化，這說明三種配方（DXJ—2#，DXJ—3#，DXJ—5#）耐蝕效能較好。

　　Time (hr)

　　詳細效能指標見表二

　　表二六種防鏽劑效能指標（四組平行樣）

　　DXJ—1#

　　DXJ—2#

　　DXJ—3#

　　DXJ—4#

　　DXJ—5#

　　DXJ—6#

　　可存放性

　　長期貯存

　　（同左）

　　施工方法

　　刷塗、浸塗、噴塗

　　（同左）

　　乾燥成膜性

　　表幹8h

　　實幹24h

　　（同左）

　　塗層厚度（μm）

　　80～100

　　（同左）

　　耐衝擊性

　　10級

　　9級

　　10級

　　9級

　　10級

　　韌性試驗

　　90度彎折

　　5次以上

　　5次

　　5次以上

　　粘結效能

　　握裹力10級

　　10級

　　防鏽效能

　　9級以上

　　10級

　　9級

　　10級

　　耐溫差試驗

　　25～-15～20℃

　　30次以上

　　不脫落

　　（同左）

　　耐浸泡實驗

　　（鹽水）

　　60天浸泡

　　不起皮

　　（同左）

　　耐鹼浸泡（10%NaOH）

　　180天不起皮

　　（同左）

　　耐酸浸泡（pH=1）

　　3個月不破壞、起皮

　　（同左）

　　（4）保溫層腐蝕試驗

　　在模擬保溫腐蝕加速試驗中，DXJ系列防鏽劑的各種防鏽塗層在100天實驗過程中沒有發生破壞，如鼓泡、起皮、漏鏽，這說明DXJ系列防鏽劑在保溫材料中防鏽效能良好。

　　6.防鏽劑施塗方法

　　（1）施塗工件表面預處理。預處理包括除去金屬表面的油層，鏽層及氧化皮，使鋼筋表面出

　　現灰白色表面，小批次可採用機械擦除法除油、除鏽，對於大批次生產，可用磷化法對錶面進行除油、除鏽、磷化處理，獲得較好垢表面預處理表面是影響最終防鏽劑防鏽效能的第一個關鍵，如果不進行表面預處理，在防鏽劑與金屬基底間夾上一層油薄或鏽層，這不僅起不到防護作用，而且還會加速鋼筋腐蝕，因此必須把好預處理質量這一關。

　　（2）施工時將基料與固化劑按一定比例混合、攪勻。新增適量溶劑，使其粘度降低，以便於塗刷。

　　（3）塗刷方式：①刷塗，適合於小批次，形狀複雜的構件以及後期修補強化處理；②浸塗，適用於工件量大，尺寸不大的拉結件；③噴塗，適用於大批次生產，流水線作業。

　　（4）塗刷一次厚度可達80～100μm。

　　（5）防鏽層表干時間為12小時，完全乾燥為24小時。因此必須在施工前一天將工件準備出來。

　　7.DFJ防鏽拉件與鍍鋅拉接件的對比

　　該項成果與鍍鋅件相比：①成本顯著降低，每噸鋼材鍍鋅防腐，5000元左右，而鋼材塗防鏽劑，每噸約2000多元；②操作簡單易行。鍍鋅投資裝置費用較高，且不適用於現場施工，而塗防鏽劑施工較為靈活；③減少環境汙染，由於採用無毒溶劑，因此對周圍汙染很小，且生產過程中沒有任何排放。生產鍍鋅件既需排放汙水，而且對大氣有汙染，對環境保護日趨重要的今天，鍍鋅廠必須增加汙水處理裝置，又進一步增加了生產成本、工程成本。

　　四、結論

　　1. DFJ新型防鏽劑具有效能可靠，造價低，塗覆方便等特點，在確保防鏽效能的基礎上，新型防鏽劑可以替代鍍鋅防腐工藝，具有廣闊的應用前景。

　　2. 該項研究成果提高了複合牆體拉接件的使用壽命，促進了節能複合牆的發展與應用，在全國推廣應用不僅能帶來巨大的經濟效益，而且也會帶來巨大的社會效益。