水性環氧防腐涂料及其在加氣混凝土鋼筋網片防護中的應用研究

劉佳敏付成林楊桓康超峰劉志勇

（1 煙臺大學土木工程學院；2 新疆建筑科學研究院有限公司；3 新疆農業大學水利與土木工程學院）

0 前言

加氣混凝土因其具有質量輕，保溫隔熱、吸音隔聲、耐火阻燃、可減輕建筑物自重等諸多優點而在建筑中被廣泛應用[1，2]。加氣混凝土是一種孔隙率可達到70%～80%的多孔材料，其主要水化產物是托貝莫來石[3,4]，比普通混凝土的水化產物穩定，但由于具有多孔性，使得外界物質更易侵入，這將對其抗凍性、碳化等造成直接影響[5，6]。近年來，配筋加氣混凝土板材的應用量在逐年增加，配筋加氣混凝土板兼具承重、保溫、防火等功能，主要應用于隔離墻板或外圍護墻，也可作為低層民用住宅的樓板、屋面板、承重墻等[7]。

普通混凝土鋼筋在高堿性環境下會形成鈍化膜，但碳化會降低混凝土的堿度并使得鋼筋表面脫鈍，當有水和氧氣滲入時鋼筋就會產生銹蝕[8，9]，或者當氯離子滲入到鋼筋表面達到足夠濃度時，即使在高堿性環境下鋼筋鈍化膜依舊會被破壞[10-12]。對于配筋加氣混凝土來說，高孔隙率及高滲透性、低堿度環境下鋼筋更易銹蝕[13，14]，銹蝕鋼筋不僅截面減小，而且銹蝕鋼筋體積膨脹，嚴重時會直接導致加氣混凝土開裂，不僅破壞結構穩定性，也給建筑的安全性帶來隱患，甚至造成巨大經濟損失。

大量工程實踐表明，為保證配筋加氣混凝土板在使用過程中鋼筋不銹蝕，鋼筋網片必須經過防腐處理。目前大部分加氣混凝土使用的防腐涂料雖成本較低，但涂料穩定性差、易沉淀，造成涂層防銹能力和粘結性能差的問題。本試驗制備了4 種不同填料配比的水性環氧防腐涂料，對其粘度、基礎力學性能、防護性能以及粘結錨固性能進行測試，并與市售產品進行對比，得到了最優配比，可在不改變目前生產工藝和基本不提高成本的條件下，顯著提高對鋼筋網片的保護能力，從而有效提升配筋加氣混凝土板的耐久性。

1 實驗及測試方法

1.1 水性環氧防腐涂料制備

水性環氧防腐涂料A 組份制備：在自制增韌水性環氧乳液中分別加入消泡劑、分散劑、潤濕劑、硅烷偶聯劑，在分散機下以500r/min 分散15min，然后再加入沉淀硫酸鋇/硅灰/氧化鐵紅以1500r/min高速分散1h，并靜置消泡，即可得到水性環氧防腐涂料A組份。

表1 水性環氧防腐涂料顏填料配比（%）

水性環氧防腐涂料制備：將A 組份與B 組份自制固化劑按比例混合并完全攪拌均勻后，再加入定量水泥緩慢攪拌至完全分散即可。顏填料占水性環氧乳液與固化劑總質量的15%。

1.2涂層鋼筋電極制作

使用直徑為10mm，高度為15mm 的Q235 光圓鋼筋作為涂層鋼筋電極，將其一端用銅導線綁定并放入PVC 管中，用環氧樹脂膠密封，待環氧膠完全固化后，依次使用不同細度的砂紙將試件電極工作面打磨至無劃痕且光亮，酒精擦拭晾干后，將防腐涂料涂覆于試件表面養護成型。

圖1 涂層鋼筋電極簡圖

1.3涂層鋼筋混凝土試件制作

涂層鋼筋混凝土試件的尺寸為100mm×100mm×160mm，試驗所采用的蒸壓加氣混凝土的強度等級為A5.0。鋼筋選取直徑為10mm 的HRB400 普通螺紋鋼筋，長度為180mm，試件簡圖如圖2 所示。將鋼筋表面進行打磨處理，使鋼筋表面無銹漬及氧化膜，用酒精擦拭晾干后，表面涂覆防腐涂料并養護成型，將涂層鋼筋與混凝土澆筑成型并蒸養。

圖2 涂層鋼筋混凝土試件簡圖

1.4 性能測試方法

1.4.1 涂料粘度測試

使用旋轉粘度計進行測試，選擇合適的單元測定器及與之配套的轉子與轉速，取適量樣品于燒杯中，使液面至轉子液位標線，在（25±0.5）℃下測量，記錄轉子旋轉（60±2）s時的指示數值。

1.4.2 涂層基礎力學性能測試

耐沖擊測試按照GB/T 1732-2020 進行測試；彎曲測試按照GB/T 6742-2007進行測試；劃格測試按照GB/T 9286-2021 進行測試；鉛筆硬度測試按照GB/T 6739-2006進行測試。

圖3 涂層鋼筋混凝土試件成型圖

1.4.3 涂層防護性能測試

將制備好的涂層鋼筋試件浸泡在3.5%氯化鈉溶液中，測試涂層鋼筋電極的腐蝕電流密度（Icorr）及線性極化電阻RP經時變化。試驗系統采用PARSTAT2273 電化學綜合測試系統的三電極體系，其中工作電極為涂覆防腐涂料的涂層鋼筋電極，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為不銹鋼片。并通過以下公式計算出涂層的緩蝕效率，其中Icorr（uncoated）和Icorr（coated）分別是未涂覆和涂覆防腐涂料的鋼筋電極試件的腐蝕電流密度。

1.4.4 涂層鋼筋與混凝土的粘結錨固性能測試

粘結錨固性能測試按照GB/T 15762-2020 中的頂出試驗法進行測試。試驗在材料試驗機上進行，開動試驗機以100～150N/s 的速度，逐步加載至鋼筋移動時，記錄材料試驗機上的最大加載讀數，即為極限荷載Fb，取同一試樣中3 個試件的算術平均值為1 組鋼筋粘著力。

2 結果與討論

2.1 涂料粘度分析

不同填料配比涂料粘度測試結果如表2 所示，粘度過高或過低均不利于涂層鋼筋的制作，其中H-4 組平均粘度為155.6mPa·s，具有低粘度、高流態的特點，采用浸漬工藝便可完成鋼筋網片涂層制作，涂料可滲透至鋼筋網片的各個節點。

表2 水性環氧防腐涂料粘度測試結果

2.2 涂層基礎力學性能分析

表3 為自制水性環氧防腐涂層的基礎力學性能實測結果，耐沖擊均能達到80cm 以上，且抗剝離等級均為0 級，結果表明水性環氧防腐涂層兼具增韌水性環氧的良好韌性（涂膜拉伸強度為31.4MPa，斷裂伸長率為48.7%）和無機填料優良的硬度及耐磨性的特點。其中H-4 組涂層樣板經受100cm 落錘沖擊后表面未開裂，在柔韌性測試中經軸徑2mm 圓柱彎曲測試后未出現涂層破壞和開裂現象，抗剝離級別為0 級，鉛筆硬度達到2 H，表明涂層具有良好的抗磕碰、刮擦的能力。

表3 水性環氧防腐涂層基礎力學性能

2.3 涂層防護性能分析

通過電化學測試對比了自制水性環氧防腐涂料與市售防腐涂料的防腐蝕性能，見圖4、表4。從圖表數據可以看出：在3.5%氯化鈉溶液的電化學試驗中，市售防腐涂料1h 后鋼筋電極便銹蝕，28d 腐蝕電流密度高達3.92μA·cm-2，緩蝕效率僅為67%；而自制水性環氧防腐涂料均在28d 才達到銹蝕閾值。H-1 組1h 腐蝕電流密度 為1.88×10-4μA·cm-2，28d 腐 蝕 電 流 密 度 為0.20 μA·cm-2，緩蝕效率為98.35%；H-4組1h腐蝕電流密度為2.35×10-4μA·cm-2，28d 后腐蝕電流密度為0.23 μA·cm-2，緩蝕效率達98.06%，防腐蝕效果都遠優于市售產品。

表4 涂層鋼筋電極在3.5%氯化鈉溶液浸泡28天后Icorr及緩蝕效率

圖4 涂層鋼筋電極電化學測試結果

2.4 涂層鋼筋與混凝土的粘結錨固性能分析

鋼筋與混凝土之間的粘結性能是影響結構安全與可靠的重要因素，鋼筋開始銹蝕時，鐵銹對粘結性能有利，但是隨著銹蝕的發展，鐵銹對粘結性能產生不利影響[15]。通過頂出試驗法測得涂層鋼筋與加氣混凝土之間的粘結強度，結果如表5 所示。測得空白組裸鋼筋與混凝土之間的粘結強度為1.2 MPa，H-1、H-3、H-4 組水性環氧涂層鋼筋與混凝土的粘結強度達到1.5MPa，市售防腐涂料制成的涂層鋼筋粘結強度為1.0MPa。水性環氧涂層鋼筋試件的粘結強度較裸鋼筋提高了25%，較市售涂層鋼筋提高了50%。粘結性能的提高得益于具有良好流動性和滲透性的涂料與浸涂工藝相結合，使得涂料在鋼筋表面形成一層薄且均勻致密的保護膜，涂層對肋高、肋間距和肋傾角影響較小，此外無機填料提高了涂層與混凝土之間的摩阻力和吸附力，從而使粘結性能有了提高[16]。

表5 鋼筋混凝土粘結力試驗結果

3 結論

性能測試結果表明4 種不同填料配比的水性環氧防腐涂料中摻10wt%水泥、2wt%沉淀硫酸鋇和2wt%硅灰的H-4 組綜合性能最優：耐沖擊達到100cm，柔韌性為2mm，附著力達到0級，鉛筆硬度為2H；H-4組涂層緩蝕效率達到98%以上；涂層鋼筋粘結力達到了1.5MPa，較裸鋼筋提高了25%，較市售涂層鋼筋提高了50%。自制水性環氧防腐涂料具有低粘度、高流態、綠色環保和成本適中的特點，適用于加氣混凝土鋼筋網片，在配筋加氣混凝土板中推廣應用，可顯著提升其耐久性和服役壽命，其技術、經濟和環境效益顯著，具有廣闊的應用前景。