劉佳敏付成林楊桓康超峰劉志勇

（1 煙臺(tái)大學(xué)土木工程學(xué)院；2 新疆建筑科學(xué)研究院有限公司；3 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院）

0 前言

加氣混凝土因其具有質(zhì)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(yōu)點(diǎn)而在建筑中被廣泛應(yīng)用[1，2]。加氣混凝土是一種孔隙率可達(dá)到70%～80%的多孔材料，其主要水化產(chǎn)物是托貝莫來(lái)石[3,4]，比普通混凝土的水化產(chǎn)物穩(wěn)定，但由于具有多孔性，使得外界物質(zhì)更易侵入，這將對(duì)其抗凍性、碳化等造成直接影響[5，6]。近年來(lái)，配筋加氣混凝土板材的應(yīng)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(yīng)用于隔離墻板或外圍護(hù)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(huán)境下會(huì)形成鈍化膜，但碳化會(huì)降低混凝土的堿度并使得鋼筋表面脫鈍，當(dāng)有水和氧氣滲入時(shí)鋼筋就會(huì)產(chǎn)生銹蝕[8，9]，或者當(dāng)氯離子滲入到鋼筋表面達(dá)到足夠濃度時(shí)，即使在高堿性環(huán)境下鋼筋鈍化膜依舊會(huì)被破壞[10-12]。對(duì)于配筋加氣混凝土來(lái)說(shuō)，高孔隙率及高滲透性、低堿度環(huán)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(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致加氣混凝土開(kāi)裂，不僅破壞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也給建筑的安全性帶來(lái)隱患，甚至造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

大量工程實(shí)踐表明，為保證配筋加氣混凝土板在使用過(guò)程中鋼筋不銹蝕，鋼筋網(wǎng)片必須經(jīng)過(guò)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(wěn)定性差、易沉淀，造成涂層防銹能力和粘結(jié)性能差的問(wèn)題。本試驗(yàn)制備了4 種不同填料配比的水性環(huán)氧防腐涂料，對(duì)其粘度、基礎(chǔ)力學(xué)性能、防護(hù)性能以及粘結(jié)錨固性能進(jìn)行測(cè)試，并與市售產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，得到了最優(yōu)配比，可在不改變目前生產(chǎn)工藝和基本不提高成本的條件下，顯著提高對(duì)鋼筋網(wǎng)片的保護(hù)能力，從而有效提升配筋加氣混凝土板的耐久性。

1 實(shí)驗(yàn)及測(cè)試方法

1.1 水性環(huán)氧防腐涂料制備

水性環(huán)氧防腐涂料A 組份制備：在自制增韌水性環(huán)氧乳液中分別加入消泡劑、分散劑、潤(rùn)濕劑、硅烷偶聯(lián)劑，在分散機(jī)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(huán)氧防腐涂料A組份。

表1 水性環(huán)氧防腐涂料顏填料配比（%）

水性環(huán)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(huán)氧乳液與固化劑總質(zhì)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(dǎo)線(xiàn)綁定并放入PVC 管中，用環(huán)氧樹(shù)脂膠密封，待環(huán)氧膠完全固化后，依次使用不同細(xì)度的砂紙將試件電極工作面打磨至無(wú)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(yǎng)護(hù)成型。

圖1 涂層鋼筋電極簡(jiǎn)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(yàn)所采用的蒸壓加氣混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為A5.0。鋼筋選取直徑為10mm 的HRB400 普通螺紋鋼筋，長(zhǎng)度為180mm，試件簡(jiǎn)圖如圖2 所示。將鋼筋表面進(jìn)行打磨處理，使鋼筋表面無(wú)銹漬及氧化膜，用酒精擦拭晾干后，表面涂覆防腐涂料并養(yǎng)護(hù)成型，將涂層鋼筋與混凝土澆筑成型并蒸養(yǎng)。

圖2 涂層鋼筋混凝土試件簡(jiǎn)圖

1.4 性能測(cè)試方法

1.4.1 涂料粘度測(cè)試

使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，選擇合適的單元測(cè)定器及與之配套的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速，取適量樣品于燒杯中，使液面至轉(zhuǎn)子液位標(biāo)線(xiàn)，在（25±0.5）℃下測(cè)量，記錄轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（60±2）s時(shí)的指示數(shù)值。

1.4.2 涂層基礎(chǔ)力學(xué)性能測(cè)試

耐沖擊測(cè)試按照GB/T 1732-2020 進(jìn)行測(cè)試；彎曲測(cè)試按照GB/T 6742-2007進(jìn)行測(cè)試；劃格測(cè)試按照GB/T 9286-2021 進(jìn)行測(cè)試；鉛筆硬度測(cè)試按照GB/T 6739-2006進(jìn)行測(cè)試。

圖3 涂層鋼筋混凝土試件成型圖

1.4.3 涂層防護(hù)性能測(cè)試

將制備好的涂層鋼筋試件浸泡在3.5%氯化鈉溶液中，測(cè)試涂層鋼筋電極的腐蝕電流密度（Icorr）及線(xiàn)性極化電阻RP經(jīng)時(shí)變化。試驗(yàn)系統(tǒng)采用PARSTAT2273 電化學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)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(guò)以下公式計(jì)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(jié)錨固性能測(cè)試

粘結(jié)錨固性能測(cè)試按照GB/T 15762-2020 中的頂出試驗(yàn)法進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)以100～150N/s 的速度，逐步加載至鋼筋移動(dòng)時(shí)，記錄材料試驗(yàn)機(jī)上的最大加載讀數(shù)，即為極限荷載Fb，取同一試樣中3 個(gè)試件的算術(shù)平均值為1 組鋼筋粘著力。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂料粘度分析

不同填料配比涂料粘度測(cè)試結(jié)果如表2 所示，粘度過(guò)高或過(guò)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(tài)的特點(diǎn)，采用浸漬工藝便可完成鋼筋網(wǎng)片涂層制作，涂料可滲透至鋼筋網(wǎng)片的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。

表2 水性環(huán)氧防腐涂料粘度測(cè)試結(jié)果

2.2 涂層基礎(chǔ)力學(xué)性能分析

表3 為自制水性環(huán)氧防腐涂層的基礎(chǔ)力學(xué)性能實(shí)測(cè)結(jié)果，耐沖擊均能達(dá)到80cm 以上，且抗剝離等級(jí)均為0 級(jí)，結(jié)果表明水性環(huán)氧防腐涂層兼具增韌水性環(huán)氧的良好韌性（涂膜拉伸強(qiáng)度為31.4MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為48.7%）和無(wú)機(jī)填料優(yōu)良的硬度及耐磨性的特點(diǎn)。其中H-4 組涂層樣板經(jīng)受100cm 落錘沖擊后表面未開(kāi)裂，在柔韌性測(cè)試中經(jīng)軸徑2mm 圓柱彎曲測(cè)試后未出現(xiàn)涂層破壞和開(kāi)裂現(xiàn)象，抗剝離級(jí)別為0 級(jí)，鉛筆硬度達(dá)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(huán)氧防腐涂層基礎(chǔ)力學(xué)性能

2.3 涂層防護(hù)性能分析

通過(guò)電化學(xué)測(cè)試對(duì)比了自制水性環(huán)氧防腐涂料與市售防腐涂料的防腐蝕性能，見(jiàn)圖4、表4。從圖表數(shù)據(jù)可以看出：在3.5%氯化鈉溶液的電化學(xué)試驗(yàn)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(dá)3.92μA·cm-2，緩蝕效率僅為67%；而自制水性環(huán)氧防腐涂料均在28d 才達(dá)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(dá)98.06%，防腐蝕效果都遠(yuǎn)優(yōu)于市售產(chǎn)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(xué)測(cè)試結(jié)果

2.4 涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固性能分析

鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能是影響結(jié)構(gòu)安全與可靠的重要因素，鋼筋開(kāi)始銹蝕時(shí)，鐵銹對(duì)粘結(jié)性能有利，但是隨著銹蝕的發(fā)展，鐵銹對(duì)粘結(jié)性能產(chǎn)生不利影響[15]。通過(guò)頂出試驗(yàn)法測(cè)得涂層鋼筋與加氣混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，結(jié)果如表5 所示。測(cè)得空白組裸鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度為1.2 MPa，H-1、H-3、H-4 組水性環(huán)氧涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到1.5MPa，市售防腐涂料制成的涂層鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度為1.0MPa。水性環(huán)氧涂層鋼筋試件的粘結(jié)強(qiáng)度較裸鋼筋提高了25%，較市售涂層鋼筋提高了50%。粘結(jié)性能的提高得益于具有良好流動(dòng)性和滲透性的涂料與浸涂工藝相結(jié)合，使得涂料在鋼筋表面形成一層薄且均勻致密的保護(hù)膜，涂層對(duì)肋高、肋間距和肋傾角影響較小，此外無(wú)機(jī)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(jié)性能有了提高[16]。

表5 鋼筋混凝土粘結(jié)力試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

性能測(cè)試結(jié)果表明4 種不同填料配比的水性環(huán)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(yōu)：耐沖擊達(dá)到100cm，柔韌性為2mm，附著力達(dá)到0級(jí)，鉛筆硬度為2H；H-4組涂層緩蝕效率達(dá)到98%以上；涂層鋼筋粘結(jié)力達(dá)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(huán)氧防腐涂料具有低粘度、高流態(tài)、綠色環(huán)保和成本適中的特點(diǎn)，適用于加氣混凝土鋼筋網(wǎng)片，在配筋加氣混凝土板中推廣應(yīng)用，可顯著提升其耐久性和服役壽命，其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著，具有廣闊的應(yīng)用前景。