鋼筋防腐粉末涂料

涂于混凝土結構鋼筋的防腐蝕粉末涂料。其特點為涂層較厚} }iU一} nrihem，可防銹、防潮，用于防止混凝t開裂后引起鋼筋腐蝕常用的品種為環(huán)氧粉末或酚醛粉末徐料等。

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摘要：介紹了鋅基重防腐粉末涂料的研制與應用，選用鱗片狀鋅粉、重防腐環(huán)氧樹脂、配套固化劑和各種助劑加工而成，該類重防腐粉末涂料具有長遠的推廣應用前景。

1 引言

鋅粉是重要的電化學防銹材料，由于鋅具有良好的電化學活性，當同鐵放在一起受到腐蝕時，能自我犧牲陽極保護含鐵金屬材料；另外，鋅可與腐蝕介質作用生成許多腐蝕產(chǎn)物[主要是堿式碳酸鋅等2ZnCO3·3Zn(OH)2 ] ，這些微堿性產(chǎn)物填塞了涂層間隙或破損處，有效阻擋和屏蔽腐蝕因子的透過，并能在一定程度上實現(xiàn)自愈合。正因如此，用大量鋅粉配制成的鋅基涂料（也稱富鋅涂料）成為保護鋼鐵最普遍、最重要的底涂材料。

根據(jù)涂料成膜物質的不同，鋅基涂料分為有機鋅基涂料和無機鋅基涂料兩大類，無機鋅基涂料以無機聚合物（如硅酸鹽、磷酸鹽等）為成膜物質，鋅粉與之反應，在金屬表面形成鋅鐵絡合物，最終形成堅實的防護涂層；有機鋅基涂料則以合成樹脂（如環(huán)氧、聚酯、丙烯酸等）為成膜物質，加入高含量鋅粉而成的液體防腐涂料。鋅基涂料自20世紀40年代以來，得到了廣泛的推廣應用并取得了良好的防蝕效果。

常規(guī)的鋅基涂料對含鋅量有明確的要求，無機類要求鋅占干膜質量的74%以上，有機類要求鋅占干膜質量的77%以上，雖然國際鉛鋅組織（ILZRO）的研究報告表明鋅粉含量的多少與涂層的防蝕性并無直接關系，某些含鋅量高的防蝕性并不好，某些含鋅量低的防蝕性并不差，不能單純以鋅粉含量來評判鋅基涂料的優(yōu)劣，但人們習慣上還是以含鋅量的多少來選擇使

用鋅基涂料。由于有機涂料使用鋅粉受臨界體積濃度（CPVC）的限制，難以含有大量的鋅粉而又要求涂層有良好的物理機械性能，結果有機鋅基涂料的應用遠不及無機鋅基涂料來得廣泛，而20世紀中期發(fā)展迅猛的粉末涂料更是無法單純利用鋅粉來開發(fā)新一代的重防腐粉末涂料。

20世紀末，德國愛卡（Eckave-Werke）公司開發(fā)了一種全新的鋅粉產(chǎn)品——鱗片狀鋅粉，取代了鋅基涂料中使用的普通鋅粉——球形鋅粉。鱗片狀鋅粉具有優(yōu)良的屏蔽性能、平行搭接性能、電接觸性能和易懸浮的特性，使得鱗片狀鋅基涂料在顯著降低干膜含鋅量的情況下，涂層的防腐性能仍優(yōu)于普通球鋅的鋅基涂料，以此理論為基礎，對鋅基重防腐粉末涂料進行了試驗研制并加以推廣應用。

2 鋅基重防腐粉末涂料涂層的防蝕機理

2.1 電化學保護

鋅基重防腐粉末涂層的電化學保護機理與鍍鋅、熱浸鋅、鋅基涂層、鋅鉻涂層（Dacro)）一樣，都是采用犧牲鋅來達到保護鋼鐵基體的目的。

陰極區(qū)：Zn→Zn2++2e（電勢：-0.762V）（1）

陽極區(qū)：Fe2++2e→Fe（電勢：-0.440V）（2）

由式（1）、式（2）可見，鋅的標準電極電位（25℃）比鐵低，故鋅比鐵活潑，當腐蝕介質滲透過涂層達到鋼鐵基體表面時（或者當涂層破損露出鋼鐵基體，而裸露處又被腐蝕介質覆蓋時），由于水的存在鱗片狀鋅粉和鋼鐵基體之間形成一個以鋅片為陽極、鋼鐵基體為陰極的電池，鋅逐漸腐蝕而鋼鐵基體得到了保護。

由于粉末涂料限制了鱗片狀鋅粉的用量，鋅基重防腐粉末涂料中填加了穩(wěn)定的導電材料——磷鐵粉（Fe2P），使涂層內(nèi)形成導電通路，而且鱗片狀鋅粉之間平行搭接的接觸面也具有良好的導通性，這些都保證了鋅片的陰極保護效率。

2.2 屏蔽保護

腐蝕性介質在含有鱗片狀鋅粉的涂層中擴散的公式為：

式中：Q——單位面積上腐蝕介質的總量；

X——腐蝕性介質在涂層中的滲透距離；

t——腐蝕性介質在涂層中的滲透時間；

D——該介質在涂層中的擴散系數(shù)，定值；

C（X，t）——某時間、某距離上腐蝕介質的濃度。

若腐蝕性介質在金屬基體上的濃度C達到臨界值C0時，金屬發(fā)生銹蝕，此時式（3）只有擴散時間t與滲透距離X2個變量。達到滲透平衡臨界值C0所需的擴散時間t近似正比于擴散距離的平方（X2），即增加滲透距離X可以顯著延長腐蝕介質滲透所需的時間。

由于加入鱗片狀鋅粉，涂層中鋅片形成平行搭接、交疊排列成如圖1所示的體系（圖2為涂層結構的掃描電鏡圖像），減少了涂層的孔隙度，腐蝕介質也不能通過鱗片滲透，必須繞過鱗片，沿著鱗片徑滲入，所以滲透距離x顯著增加，腐蝕性介質到達金屬基體的時間顯著延長。

腐蝕介質在滲透過程中，接觸鋅片后產(chǎn)生各類腐蝕產(chǎn)物，如ZnO、Zn(OH)2、Zn(OH)2CO3、Zn(OH)Cl3、ZnOCl、ZnSO4等，造成鋅片腐蝕部位體積膨脹，填塞了涂層中的孔隙，同時也增加了涂層的致密度，消耗部分腐蝕介質，從而更有效地保護了鋼鐵基體。

2.3 涂層自修復保護

當鋅基涂層受外力作用造成局部破損后，在一定范圍的面積內(nèi)，保護電流能流向鋼鐵基體裸露的部位，鋅的腐蝕產(chǎn)物可積累在那里形成一層保護膜。但當破損范圍擴大或保護電流減弱時，這種修復保護作用將逐漸減小，破損處的鋼鐵基體將發(fā)生腐蝕，必須進行局部修補。

3 試驗部分

3.1 基料選擇

根據(jù)涂層的使用特點和應用要求，采用中等相對分子質量的雙酚A型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂與酚類固化劑組成基料系統(tǒng)，該系統(tǒng)中酚醛環(huán)氧樹脂分子結構中有多個環(huán)氧基，固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度和芳環(huán)密度都比較高，與雙酚A型環(huán)氧樹脂搭配使用，涂層的硬度、耐熱性、耐磨性、耐化學腐蝕性及對基材的附著力都比較好。

3.2 鱗片狀鋅粉的選擇

雖然目前國內(nèi)已有多家企業(yè)生產(chǎn)鱗片狀鋅粉，但經(jīng)測試對比，國產(chǎn)的鋅片從顆粒形狀、粒徑、色澤以及包覆質量等指標上都與國外廠家的產(chǎn)品有較大距離，雖然價格明顯偏低（如國產(chǎn)鱗片狀鋅粉3.2萬元/t，而愛卡產(chǎn)品6.8萬元/t），還是選用了愛卡GTT片狀鋅粉產(chǎn)品。另外還添加了適量的片狀鋁粉或其他片狀金屬粉，對鱗片狀鋅粉產(chǎn)生抑制淘析作用，進一步延長了鋅片的陰極保護作用。

3.3 助劑的選擇

為提高涂層的機械性能，增加涂層內(nèi)的導電通路，實現(xiàn)重防腐效果，除使用常規(guī)的流平劑、增韌劑、固化促進劑外，還針對鋅基重防腐粉末涂料的特性使用了脫氣劑、粉體流動劑、增電劑，并在配方中加入穩(wěn)定的導電顏料——磷鐵粉(Fe2P)，在涂層內(nèi)形成導電通路，提高鋅片的陰極保護效率。

3.4 制造方法

目前鋅基重防腐粉末涂料主要有2種制造方法，一種是在傳統(tǒng)粉末涂料生產(chǎn)工藝的基礎上改進的擠出制造工藝，一種是采用干混技術（也稱邦定技術）的干混制造工藝。這2種方法制造出的粉末涂料產(chǎn)品的掃描電鏡照片見圖3。

改進的擠出工藝與正常粉末生產(chǎn)流程相似，但加強了原材料預混強度、延長了物料的熔融捏合時間。該工藝容易控制粉體粒度，粉體施工性能好，涂層具有良好的附著力及優(yōu)良的機械性能。不足之處是鋅片表面有一定的氧化，鋅片表面基料黏附較多，搭接稍差，需要添加導電助劑。

干混生產(chǎn)是將粉末基料及助劑按常規(guī)粉末生產(chǎn)工藝加工成粉末后，在干混設備中將基料與鱗片狀鋅粉及相關助劑混合加熱，控制在一定溫度讓基料粒子與鋅片黏結后，冷卻至常溫即可。該方法克服了擠出工藝中鋅片表面的氧化現(xiàn)象，鋅片表面黏附少量基料，鋅片搭接效果較好。存在的問題是工藝復雜，粉末必須再進行粉體處理；鋅片表面未得到有效抑制，極易氧化，迅速失去陰極保護作用；其涂層的附著力也較差。

4 試驗結果

4.1 鋅基重防腐粉末涂料的性能

2種方法制造的鋅基重防腐粉末涂料的性能比較見表1。

4.2 鋅基重防腐粉末涂料涂層耐鹽霧試驗結果

用不同方法生產(chǎn)的鋅基重防腐粉末涂料制成不同厚度的試板，進行涂層劃痕中性鹽霧試驗，結果見表2。

由鹽霧試驗的結果可以看到，涂層厚度與涂層的防腐蝕能力密切相關，鋅基涂層必須達到一一定的厚度才能具有超強的抗蝕能力。2種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品都具有優(yōu)異的防腐效果。

5 產(chǎn)品在高速公路護欄上的應用

國內(nèi)鋅基重防腐粉末涂料除在戶內(nèi)金屬防腐涂裝上應用外，在戶外惡劣腐蝕環(huán)境下應用最早的是在貴州高速公路護欄上。貴州地處云貴高原的東斜坡，山地和丘陵面積占全省總面積的92.5%，貴州屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，年降水量1100~1300mm，由于貴州省的企業(yè)（有300多萬煤爐）和家庭（飲食、烘烤食物）直接使用燃煤，廢氣未經(jīng)處理直接排放到空氣中，長期存在著酸雨污染，雨水的pH平均在4~5；部分污染嚴重的地區(qū)雨水的pH可達到3，全省酸雨率為80%左右，較適合檢測該涂層的耐腐蝕能力。2004年開始在安徽、河南等部分路段進行應用試驗。

試驗用高速公路護欄的涂裝工藝為：①拋丸：采用0.2mm的鋼丸噴，并對護欄基材的棱角進行打磨處理；②底涂：工件上線，靜電噴涂鋅基重防腐粉末涂料，厚度55~65μm，200℃，10min固化；③面涂：噴涂純聚酯粉末涂料，厚度不小于76μm，220℃，10min固化；④包裝：工件冷卻下線后，按加工要求進行包裝、轉運，安裝在試驗段上。

5.1 應用試驗結果

從2001年3月開始，在貴州省多條路段上進行了應用試驗，并與熱鍍鋅噴塑護欄產(chǎn)品（鍍鋅層含鋅量為270g/m2，噴塑層厚度不小于76μm）進行了耐腐蝕對比，試驗結果見表3。

5.2 存在問題

已進行了5a的雙涂層護欄應用試驗表明，鋅基重防腐粉末涂料與純聚酯粉末涂料形成的雙涂層防護體系，具有突出的抗腐蝕能力，完全滿足國家和交通行業(yè)相關標準規(guī)范的要求。目前存在的主要問題是，涂層受外力破壞露出鋼鐵基材后，裸露的金屬表面會很快銹蝕，雖然在鋅片的陰極保護作用下銹蝕漫延速率很慢，但產(chǎn)品外觀裝飾效果已受到嚴重影響。

5.3 改進措施

由于護欄產(chǎn)品在運輸、裝卸、安裝過程中極易受到意外的撞擊而造成涂層的破損，除通過改進包裝、加強運輸、安裝過程中的管理外，還對護欄產(chǎn)品易受撞擊損傷的棱邊進行了熱噴鋅處理，取得了良好的應用效果。

6 結語

利用鱗片狀鋅粉研制的鋅基重防腐粉末涂料涂層具有突出的耐腐蝕能力，經(jīng)過5a多的實際應用，防腐效果優(yōu)異，該產(chǎn)品的雙涂工藝在一定范圍內(nèi)完全可以取代熱鍍鋅，避免了鍍鋅工藝產(chǎn)生的嚴重的環(huán)境污染問題，具有長遠的應用前景。

文/晁兵，陸東方，鹿存才

徐州正菱涂裝有限公司

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鋼筋：是指鋼筋混凝土用和預應力鋼筋混凝土用鋼材，其橫截面為圓形，有時為帶有圓角的方形。

鋼筋混凝土用鋼筋是指鋼筋混凝土配筋用的直條或盤條狀鋼材，其外形分為光圓鋼筋和變形鋼筋兩種，交貨狀態(tài)為直條和盤圓兩種。

鋼筋分類

鋼筋種類很多，通常按化學成分、生產(chǎn)工藝、軋制外形、供應形式、直徑大小，以及在結構中的用途進行分類，今日我們主要整理了按使用用途的分類：

受力筋

指布置在梁或板的下部，承受拉力的那部分鋼筋及抗剪切的起彎筋、吊筋等。

怎么樣區(qū)分板受力筋跟分布筋？

（1）以板的開間、進深跨度區(qū)分：如果是單項板，那么平行于短跨方向的鋼筋是受力筋，平行于長跨方向的鋼筋是架立筋。如果是雙向板，那么長跨、短跨方向的鋼筋全部是受力筋。

（2）以鋼筋直徑上來區(qū)分：鋼筋的直徑大的為受力筋，直徑小的鋼筋為分布筋；

（3）以布置上來區(qū)分：正彎矩筋布置在下的鋼筋為受力筋，在之上垂直分布的鋼筋為分布筋， 負彎矩筋（如懸挑板 ）相反，在下的鋼筋為分布筋，在之上的鋼筋為受力筋。

分布筋

出現(xiàn)在板中，布置在受力鋼筋的上部，與受力鋼筋垂直。作用是固定受力鋼筋的位置并將板上的荷載分散到受力鋼筋上，同時也能防止因混凝土的收縮和溫度變化等原因，在垂直于受力鋼筋方向產(chǎn)生的裂縫，屬于構造鋼筋。（滿足構造要求，對不易計算和沒有考慮進去的各種因素，所設置的鋼筋為構造鋼筋。）

箍筋

用來滿足斜截面抗剪強度，并聯(lián)結受拉主鋼筋和受壓區(qū)混凝土使其共同工作，此外，用來固定主鋼筋的位置而使梁內(nèi)各種鋼筋構成鋼筋骨架的鋼筋。是梁和柱抵抗剪力配置的環(huán)形（當然有圓形的和矩形的）鋼筋，是口字形的，將上部和下部的鋼筋固定起來，同時抵抗剪力。

架立筋

是梁上部的鋼筋，只起一個結構作用，沒實質意義，但在梁的兩端則上部的架立筋抵抗負彎距，不能缺少。（架立鋼筋設置在梁的受壓區(qū)外邊緣兩側，用來固定箍筋和形成鋼筋骨架。如受壓區(qū)配有縱向受壓鋼筋時，則可不再配置架立鋼筋。架立鋼筋的直徑與梁的跨度有關。）

貫通筋

是指貫穿于構件（如梁）整個長度的鋼筋，中間既不彎起也不中斷，當鋼筋過長時可以搭接或焊接，但不改變直徑。

架立筋和貫通筋有什么區(qū)別？

在鋼筋布置上,架立鋼筋是布置本跨的1/3。也就是說，本跨梁存在左右支座鋼筋。通長鋼筋是全長布置,架立筋起架立作用，一定的受壓作用，可以在一定程度上提高梁的承載力。

貫通筋是指貫穿于構件（如梁）整個長度的鋼筋，中間既不彎起也不中斷，當鋼筋過長時可以搭接或焊接，但不改變直徑。貫通筋既可以是受力鋼筋，也可以是架力鋼筋。

架力筋也有貫通的，如規(guī)范中規(guī)定在梁上部兩側的架力筋必須是貫通的，此時的架力筋在支座處也可承擔一部份負彎矩。

如果在梁的上下都有通長的鋼筋，一般在梁上（受壓區(qū)）且直徑較小的是架力筋，在梁下的是都受力鋼筋。

負筋

就是負彎矩鋼筋，彎矩的定義是下部受拉為正，而梁板位置的上層鋼筋在支座位置根據(jù)受力一般為上部受拉，也就是承受負彎矩，所以叫負彎矩鋼筋。（支座有負筋,是相對而言的，一般應該是指梁的支座部位用以抵消負彎矩的鋼筋，俗稱擔擔筋。一般結構構件受力彎矩分正彎矩和負彎矩,抵抗負彎矩所配備的鋼筋稱為負筋，一般指板、梁的上部鋼筋，有些上部配置的構造鋼筋習慣上也稱為負筋。當梁、板的上部鋼筋通長時，大家也習慣地稱之為上部鋼筋，梁或板的面筋就是負筋）

拉結筋

在無法同時施工的兩個或多個構件之間預留的起拉結作用的鋼筋就是拉結筋。是加強框架填充墻與柱連結的受力鋼筋，提高了填充墻穩(wěn)定性和抗震能力。

腹筋

一般位于梁兩側中間部位而得來的，是梁中部構造鋼筋，主要是因為有的梁太高，需要在箍筋中部加條連接筋（梁側的縱向構造鋼筋實際中又稱為腰筋）。

在梁高450mm，就應沿梁高兩側應設腰筋，所以數(shù)量上就不會少于2根。腰筋的直徑最小的直徑為10mm，間距不應大于200mm，同時面積配筋率不應小于百分之0.3，在梁兩側的縱向構造鋼筋（腰筋）之間還要配置拉結鋼筋。一般民用建筑的腰筋直徑用16和18就可以了，拉筋用圓8。

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