一种聚苯胺改性的水泥基防锈涂料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑及金属防锈的环保型涂料领域，具体涉及一种用于混凝土钢筋的 防锈涂料及其制备方法和工程应用。
【背景技术】
[0002] 在沿海及岛礁工程建设中，由于工程施工周期长，存在多期间隔施工，造成大部分 预布置的钢筋长期裸露并在盐雾气候影响下，钢筋严重锈蚀并影响钢筋承载力和钢筋混凝 土结构的耐久性。如果混凝土中钢筋发生锈蚀，会严重影响混凝土的强度和耐久性，原因在 于钢筋锈蚀有以下三方面的危害：1.降低结构的承载能力，减小安全储备;2.降低结构的刚 度，增大变形，甚至使混凝土保护层剥落，影响正常使用;3.降低结构的延性，甚至改变其形 态，导致工程事故。因此，钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构最具破坏性的因素之一。据统计，在所 有的结构破坏中，钢筋腐蚀破坏约占55%。美国每年用于钢筋混凝土腐蚀的修复费达2500 亿美元，加拿大的全部修复费要超过5000亿美元，我国每年的腐蚀损失也达1800~3600亿 J L· 〇
[0003] 钢筋混凝土工程的锈蚀主要发生在两个阶段:主要是在混凝土浇筑前，由于钢筋 长时间暴露，受沿海盐雾气候、雨水及天气影响，很容易产生大面积锈蚀;其次是在混凝土 浇筑后，由于各种原因导致钢筋混凝土中的钢筋锈蚀。
[0004] 已公布的防锈涂料中，申请号为201310346415.X的"一种抗静电环保型聚苯胺防 腐涂料"，由环氧树脂、液态脂肪族多元胺、聚苯胺、磷酸三苯酯、苯胺、甲基硅油等为原料在 氮气保护下经各原料搅拌加工得到，涂料无污染。但是由于加入环氧树脂会严重影响钢筋 握裹力，易造成钢筋与混凝土界面分离，此外，涂料中聚苯胺含量高，成本较高，电化学测试 方面仅因为提高开路电位200mV不能完全说明防腐性能；申请号为CN 201010226027.4提供 了一种耐脱掺杂性染料掺杂聚苯胺及其制备方法和应用，利用磺酸基等可掺杂基团掺杂聚 苯胺，掺杂剂中引入氨基、烷胺基和偶氮基等基团改善掺杂聚苯胺的耐脱掺杂能力，易于形 成聚苯胺导电涂层，应用于金属防腐、环保处理、催化材料、光电材料、导电塑料等领域，但 是该聚苯胺防腐涂料，存在溶解度小、附着力差、成本高的缺点。申请号为 CN201410134593.0的"一种用于水下或湿表面的聚苯胺防腐涂料及其制备方法"，由环氧树 月旨、树脂改性剂、聚苯胺、缓蚀剂、助剂、颜填料、固化剂等组成，涂料无毒无污染，对人体、对 环境友好，水下防腐性能持久，但是涂料表面平滑，涂层柔韧富有弹性影响的钢筋与混凝土 的刚性。申请号为CN201410166283.7的"高性能水性聚苯胺防腐涂料及其制法和应用"，由 水性成膜剂、掺杂态水分散性的聚苯胺以及固化剂等组成，具有优异防腐性能且绿色环保 的涂料，但是在涂料与钢筋握裹力方面没有涉及，在沿海地区的施工工地上限制了应用；申 请号为CN201410579214.9的"一种水性聚苯胺防腐厚浆涂料合成方法"，由高聚物乳液、水 性聚苯胺、防腐填料和助剂加入到调漆罐中，经过搅拌，高速分散均匀后制成。涂料制备方 法简单，成本低、易控制，合成的水性聚苯胺防腐厚浆涂料具有良好的稳定性、耐高温、抗氧 化性，并且干燥快。但是涂料浆料过厚会影响涂料涂刷的施工性能，限制了其广泛应用。申 请号为CN2015103746121的"一种水泥基混凝土钢筋防锈涂料及其制备方法和应用"，公开 了一种可在盐水浸泡长达3个月时仍不会生锈的防锈涂料，该防锈涂料通过乙烯-醋酸乙烯 (EVA)的强粘结性增强混凝土与钢筋之间的握裹力。
【发明内容】
[0005] 发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于钢 筋混凝土的聚苯胺改性的水泥基防锈涂料，以提高涂料的防锈能力、握裹力、流动性和耐久 性等;本发明的另一目的还在于提供该水泥基防锈涂料的制备方法;本发明的再一目的在 于提供该水泥基防锈涂料的应用。
[0006] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种聚苯胺改性的水泥基防锈涂料，包括水泥、阻锈剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、减 水剂、缓凝剂和水，还包括聚苯胺。
[0008] 以水泥质量为基准，各组分的质量百分比为:水泥100wt%、聚苯胺0.5~3wt%、阻 锈剂1~3wt%、乙稀-醋酸乙稀共聚物0~15wt%、减水剂0 · 5~lwt%、缓凝剂0~0 · 22wt% 和水35~55wt%。
[0009] 进一步地，以水泥质量为基准，各组分的质量百分比为：水泥lOOwt%，聚苯胺1~ 3wt%，阻锈剂2~3wt%，乙稀-醋酸乙稀共聚物10~15wt%，减水剂0.5~0.7wt%，缓凝剂 0.18~0.22wt%jJC35~45wt%。
[0010] 进一步地，以水泥质量为基准，各组分的质量百分比为：水泥lOOwt%、聚苯胺 3wt %、阻锈剂3wt %、萘系粉末减水剂0.5wt %、木质素磺酸钠0.2wt %和水40wt %，其中木 质素磺酸钠为缓凝剂。聚苯胺为3wt %时，此时的EVA掺量为0，因为聚苯胺掺量过高，此时加 入EVA会大大提高需水量。加入EVA是从EVA乳液粘结力强方面考虑增加握裹力，加入聚苯胺 是因为是从其独特的大η键结构和正负电荷吸引增加握裹力的。
[0011] 进一步地，所述水泥选自普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥或 硫铝酸盐水泥中的一种，其中，作为优选，水泥选自强度等级52.5的普通娃酸盐水泥。
[0012] 进一步地，所述聚苯胺选自本征态聚苯胺、氧化态聚苯胺或还原态聚苯胺中的一 种，其中，作为优选，聚苯胺选自还原态聚苯胺。
[0013]进一步地，所述阻锈剂选自掺入型JK-H20复合氨基醇、RI钢筋阻锈剂、C0R防腐阻 锈剂、乙酸钙或苯甲酸钠中的一种，其中，作为优选，阻锈剂选自RI钢筋阻锈剂。
[0014] 进一步地，所述减水剂选自萘系粉末减水剂或聚羧酸中的一种，其中，作为优选， 减水剂为萘系粉末减水剂。
[0015] 进一步地，所述缓凝剂选自糖蜜缓凝剂、羟基羧酸及其盐类缓凝剂或木质素磺酸 盐类缓凝剂中的一种，其中，作为优选，缓凝剂为羟基羧酸及其盐类缓凝剂和木质素磺酸盐 类缓凝剂中的一种。
[0016] 本发明进一步提出了上述聚苯胺改性的水泥基防锈涂料的制备方法，包括以下步 骤：
[0017] (1)根据上述聚苯胺改性的水泥基防锈涂料各组分的质量百分比准备原料；
[0018] (2)首先将原料中的减水剂和水按照比例混合均匀；
[0019] (3)随之，加入准备的聚苯胺和乙烯-乙酸乙烯共聚物，搅拌，得到均匀的乳液；
[0020] (4)最后，将备好的水泥和阻锈剂加入步骤(3)得到的乳液中，搅拌l-2min后，加入 缓凝剂并快速搅拌10-15min，既得产品。
[0021] 本发明还提供了上述聚苯胺改性的水泥基防锈涂料的应用，上述防锈涂料用于沿 海工程施工裸露钢筋的防锈。由于沿海及岛礁建设工程施工周期长，存在多期间隔施工，造 成大部分预布置的钢筋长期裸露并在盐雾气候影响下，钢筋严重锈蚀并影响钢筋承载力和 钢筋混凝土结构的耐久性。将上述聚苯胺改性水泥基防锈涂料涂覆在沿海工程施工工地的 钢筋上，用于减缓钢筋的锈蚀，同时不降低钢筋与混凝土之间的握裹力。
[0022]有益效果:与现有技术相比，通过添加聚苯胺以及与其他组分相互协同作用，本发 明的聚苯胺改性的水泥基防锈涂料及其制备方法和应用，具有以下优点：
[0023] (1)通过添加防锈剂增加涂料的防锈性能;通过还原态聚苯胺与钢筋表面自由电 子形成电场作用，使金属的电化学腐蚀电位形成正位移动从而提高钢筋的电化学腐蚀电 位，起到钝化作用，聚苯胺含有多个能提供31电子和孤对电子的杂化轨道，与金属铁形成配 位键从而起到缓蚀作用，聚苯胺的以上作用进一步提高了涂料的防锈能力，将本发明提供 的防锈涂料涂覆在沿海工程施工工地的钢筋上，即使在恶劣的盐雾环境下（如3.5wt %的 NaCl溶液中浸泡3个月），到期施工时发现钢筋生锈情况不明显；
[0024] (2)通过添加减水剂解决流动性与泌水性、流动性与强度等矛盾;可提高钢筋握裹 力;通过添加缓凝剂提高涂料的延时流动性，解决了涂料流动性与施工时间、施工温度之间 的矛盾，满足了涂料施工操作性的要求，本发明提供的所述水泥基涂料最长工作时间可达 到2小时，完全能够满足大规模施工的需要；
[0025] (3)利用聚苯胺与钢筋表面自由电子形成电场作用，进一步提升钢筋与混凝土之 间的握裹力;采用水泥与后期浇筑混凝土整体水化，不至于形成两相界面而降低握裹力;通 过改善钢筋、涂料、水泥三相界面，使界面兼具聚合物涂料的柔性与水泥的刚性，从而使握 裹力与防锈性能达到整体的最大化，本发明的防锈涂料使得钢筋握裹力大于混凝土与裸钢 筋之间的握裹力；
[0026] (4)本发明提供的防锈涂料原料价廉、经济环保。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例对本发明进一步解释说明。
[0028] 实施例1
[0029] -种聚苯胺改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的组成为:强度等 级52 · 5的普通硅酸盐水泥lkg(100wt% )，聚苯胺10g(lwt% )，RI钢筋阻锈剂30g(3wt% )，萘 系粉末减水剂5g(0.5wt% )，木质素磺酸钠2g(0.2wt% )，水400g(40wt% )。按本发明所述的 制备方法进行制备，用涂-4杯黏度计进行黏度测试和lh后的黏度测试。然后用25mm的毛刷 将制备好的防锈涂料涂覆在钢筋的表面，放置7d后将短钢筋放入3.5wt%的盐水溶液中进 行防锈实验，再将长钢筋用C50的混凝土按握裹力测试的行业标准(JTJ270-98《水运工程混 凝土试验规程》)进行筑模，48h后脱模并在20°C，湿度100%的养护室中养护28d，最后进行 握裹力测试。本实施例中防锈涂料的黏度、防锈性能和握裹力性能结果见表1。
[0030] 实施例2
[0031 ] -种聚苯胺改性的水泥基防锈涂料，原料组成为:强度等级52.5的普通硅酸盐水 泥lkg(100wt%)，聚苯胺2(^(2?丨％)，1?1钢筋阻锈剂3(^(3?丨％)，萘系粉末减水剂58 (0.5wt% )，木质素磺酸钠2g(0.2wt% )，水400g(40wt% )。按本发明所述的制备方法进行制 备，用涂-4杯黏度计进行黏度测试和lh后的黏度测试。然后用25mm的毛刷将制备好的防锈 涂料涂覆在钢筋的表面，放置7d后将短钢筋放入3.5wt%的盐水溶液中进行防锈实验，再将 长钢筋用C50的混凝土按握裹力测试的行业标准(JTJ270-98《水运工程混凝土试验规程》） 进行筑模，48h后脱模在20°C，湿度100%的养护室中养护28d，最后进行握裹力