低温烧结活性瓷釉涂层钢筋耐腐蚀性能试验研究

doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2020.01.007

浙江大学学报(工学版)

2020, Vol. 54

Issue (1): 56-63 DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2020.01.007

土木工程、交通工程

低温烧结活性瓷釉涂层钢筋耐腐蚀性能试验研究

闫东明1(

),黄之昊1,陈功1,钱昊1,邓嘉华1,刘毅2

1. 浙江大学建筑工程学院，浙江杭州 310058
2. 浙江大学材料科学与工程学院，浙江杭州 310058

Study on corrosion resistance of low-temperature sintered chemically reactive enamel coated rebars

Dong-ming YAN1(

),Zhi-hao HUANG1,Gong CHEN1,Hao QIAN1,Jia-hua DENG1,Yi LIU2

1. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2. College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

全文: PDF(1212 KB) HTML

摘要：

为了研究低温烧结活性瓷釉（LTCRE）涂层的性能和机理，利用差示扫描量热法（DSC）和热重法（TG）对LTCRE涂层的烧结温度进行优化，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）分析涂层微观结构和腐蚀过程，通过中性盐雾试验和氙灯老化试验研究LTCRE涂层钢筋的耐腐蚀性能. LTCRE涂层的优化烧结温度为500~540 °C，涂层具有结构致密、孔隙率低的特点，LTCRE涂层钢筋在腐蚀后的质量变化为普通钢筋的1.6%，800 h盐雾腐蚀后人为缺陷孔的剥离半径为0.26 mm，在氙灯照射下耐老化时长超过500 h. 结果表明，LTCRE涂层作为无机陶瓷涂层，具有比环氧树脂涂层更优异的耐老化性能，具备长期稳定的耐腐蚀能力. 涂层密实少孔的结构和烧结时良好的化学反应使得LTCRE涂层钢筋能够有效阻止外界腐蚀物质渗入与蔓延，即使在缺陷孔发生腐蚀后也能够阻止腐蚀加剧，起到涂层自愈合的效果.

关键词： 活性瓷釉涂层; 微观结构; 耐腐蚀性; 耐盐雾性; 抗剥离性能; 抗老化性

Abstract:

The sintering temperature was optimized by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TG) in order to analyze the properties and mechanism of low-temperature sintered chemically reactive enamel (LTCRE) coating. Microstructure and corrosion process were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray diffraction (XRD). The corrosion resistance of LTCRE coated steel was analyzed by salt spray test and xenon aging test. Optimized temperature for LTCRE coating is 500-540 °C, and this coating has dense structure and low porosity. Weight change ratio of LTCRE coated steel is 1.6% of that of uncoated steel in the same corrosive environment, peeling radius of LTCRE coated steel after 800 h salt spray test is only 0.26 mm and resisting time in xenon environment is longer than 500 hours. Results indicate that as an inorganic coating, LTCRE coating has better aging resistance and higher stability than epoxy coating. LTCRE coated steel is effective to prevent the infiltration and spread of corrosive substances because of its dense structure and good chemical reaction. Corrosion products accumulated in the corrosion channel can isolate the steel from corrosion, so LTCRE coating can mitigate further corrosion of steel with defects by healing itself.

Key words: chemically reactive enamel coating microstructure corrosion resistance salt mist resistance peeling resistance aging resistance

收稿日期: 2019-01-10 出版日期: 2020-01-05

CLC:

TU 523

基金资助: 国家自然科学基金资助项目（51522905，51778570，51879230）；中央军委后勤保障部军队后勤科研资助项目（BZZ19J001）

作者简介: 闫东明（1978—），男，教授，博导，从事土木工程新材料和新结构的研究. orcid.org/0000-0003-2522-3342. E-mail： dmyan@zju.edu.cn

	服务
	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	作者相关文章
	闫东明
	黄之昊
	陈功
	钱昊
	邓嘉华
	刘毅

引用本文:

闫东明,黄之昊,陈功,钱昊,邓嘉华,刘毅. 低温烧结活性瓷釉涂层钢筋耐腐蚀性能试验研究[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020, 54(1): 56-63.

Dong-ming YAN,Zhi-hao HUANG,Gong CHEN,Hao QIAN,Jia-hua DENG,Yi LIU. Study on corrosion resistance of low-temperature sintered chemically reactive enamel coated rebars. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2020, 54(1): 56-63.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2020.01.007 或 http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2020/V54/I1/56

表 1 HPB300钢筋的化学组成

表 2 LTCRE涂层的化学组成

图 1 LTCRE涂层的DSC与TG分析

图 2 不同烧结温度下LTCRE涂层钢筋表面形态

图 3 LTCRE/CRE涂层钢筋横截面SEM图与EDS分析

图 4 LTCRE涂层XRD图

图 5 LTCRE涂层钢筋/普通钢筋的质量变化率与时间关系

图 6 中性盐雾试验中普通钢筋与LTCRE涂层钢筋对比图

图 7 环氧树脂钢筋和LTCRE涂层钢筋腐蚀机理示意图

图 8 剥离半径测试中的缺陷孔与剥离距离示意图

表 3 中性盐雾试验后LTCRE涂层钢筋的剥离半径

图 9 氙灯老化前、后LTCRE涂层钢筋的形貌对比

1	HOU B R, LI X G, MA X M, et al The cost of corrosion in China[J]. NPJ Materials Degradation, 2017, 1 (1): 1- 10 doi: 10.1038/s41529-017-0001-6
2	程兆俊, 宋丹, 江静华, 等混凝土中钢筋腐蚀与防护研究进展[J]. 热加工工艺, 2016, 45 (6): 14- 19 CHENG Zhao-jun, SONG Dan, JIANG Jing-hua, et al Research progress in corrosion and protection of rebar in concrete[J]. Hot Working Technology, 2016, 45 (6): 14- 19
3	CHEN G D, VOLZ J, BROW R, et al. Coated steel rebar for enhanced concrete-steel bond strength and corrosion resistance [R]. Missouri: Missouri Department of Transportation, 2010.
4	TANG F J, CHEN G D, VOLZ J, et al Cement-modified enamel coating for enhanced corrosion resistance of steel reinforcing bars[J]. Cement and Concrete Composites, 2013, 35 (1): 171- 180 doi: 10.1016/j.cemconcomp.2012.08.009
5	TANG F J, LIN Z B, CHEN G D, et al Three-dimensional corrosion pit measurement and statistical mechanical degradation analysis of deformed steel bars subjected to accelerated corrosion[J]. Construction and Building Materials, 2014, 70 (2): 104- 117
6	WU C L, CHEN G D, VOLZ J, et al Local bond strength of vitreous enamel coated rebar to concrete[J]. Construction and Building Materials, 2012, 35 (10): 428- 439
7	吴波, 梁悦欢高温后混凝土和钢筋强度的统计分析[J]. 华南理工大学学报: 自然科学版, 2008, 36 (12): 13- 20 WU Bo, LIANG Yue-huan Statistical analysis of strengths of concrete and steel bar after high-temperature treatment[J]. Journal of South China University of Technology: Natural Science Edition, 2008, 36 (12): 13- 20
8	闫东明, 陈根达, 唐福建, 等活性瓷釉(CRE)涂层钢筋防腐蚀技术研究进展[J]. 中国科学: 技术科学, 2015, 45 (03): 293- 305 YAN Dong-ming, CHEN Gen-da, TANG Fu-jian, et al Recent advances in the development and application of chemically reactive enamel coating for steel bars[J]. Scientia Sinica Technologica, 2015, 45 (03): 293- 305
9	张洛栋. 基于活性瓷釉(CRE)技术的钢筋防腐蚀涂层试验研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2017. ZHANG Luo-dong. Experiment study of chemically reactive enamel(CRE) technique based anti-corrosion coating of rebar [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2017.
10	闫东明, 张洛栋, 刘毅, 等. 一种用于海洋钢筋混凝土防腐的杀菌涂料及其涂覆工艺: CN106220074A [P]. 2016-12-14.
11	闫东明, 刘毅, 张洛栋, 等. 一种钢筋防腐用韧性涂料及其涂覆方法: CN105439625A [P]. 2016-03-30.
12	闫东明, 刘毅, 张洛栋, 等. 一种用于钢筋防腐的低通孔率涂层及其涂覆方法: CN105670366A [P]. 2016-06-15.
13	闫东明, 刘毅, 张洛栋, 等. 用于钢筋防腐的小孔径无机涂层及其涂覆方法: CN105819691A [P]. 2016-08-03.
14	杨帆, 黄之昊, 刘毅, 等高温后活性瓷釉涂层微观结构和耐腐蚀性能研究[J]. 低温建筑技术, 2018, 40 (2): 1- 3, 7 YANG Fan, HUANG Zhi-hao, LIU Yi, et al Study on microstructure and corrosion resistance of chemically reactive enamel coating after high temperature sintering[J]. Low Temperature Architecture Technology, 2018, 40 (2): 1- 3, 7
15	中华人民共和国住房和城乡建设部. 环氧树脂涂层钢筋: JG/T 502-2016 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.
16	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射: GB/T 1865-2009 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.
17	辽宁省地质局中心实验室.矿物差热分析[M]. 北京: 地质出版社, 1975: 5.
18	DONG S G, ZHAO B, LIN C J, et al Corrosion behavior of epoxy/zinc duplex coated rebar embedded in concrete in ocean environment[J]. Construction and Building Materials, 2012, 28 (1): 72- 78 doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.08.026
19	AGRAWAL A, KAWAGUCHI A, CHEN Z Deterioration rates of typical bridge elements in New York[J]. Journal of Bridge Engineering, 2010, 15 (4): 419- 429 doi: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0000123
20	王晶晶, 董士刚, 叶美琪, 等环氧涂层室外暴晒和室内加速老化试验相关性研究[J]. 表面技术, 2006, 35 (1): 36- 39 WANG Jing-jing, DONG Shi-gang, YE Mei-qi, et al Correlation between outdoor-exposure and indoor-accelerated aging test for epoxy coating[J]. Surface Technology, 2006, 35 (1): 36- 39 doi: 10.3969/j.issn.1001-3660.2006.01.013

[1]	孙海超,王文军,凌道盛. 低掺量水泥固化土的力学特性及微观结构[J]. 浙江大学学报(工学版), 2021, 55(3): 530-538.
[2]	王永贵,李帅鹏,HUGHESPeter,范玉辉,高向宇. 改性再生混凝土高温性能[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020, 54(10): 2047-2057.
[3]	谢约翰,唐朝生,刘博,程青,尹黎阳,蒋宁俊,施斌. 基于微生物诱导碳酸钙沉积技术的黏性土水稳性改良[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(8): 1438-1447.
[4]	季宪泰,文世峰,魏青松,周燕,陈志平. 淬火处理对激光选区熔化成形S136组织与性能的影响[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(4): 664-670.
[5]	余良贵,周建,温晓贵,徐杰,罗凌晖. 重塑高岭土渗透各向异性影响因素[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(2): 275-283.
[6]	丁智, 洪其浩, 魏新江, 张孟雅, 郑勇. 地铁列车荷载下人工冻融软土微观试验研究[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(7): 1291-1299.
[7]	王玉梅, 孙平, 冯浩杰, 刘军恒, 嵇乾. 柴油机燃用铁基FBC燃油的微粒排放特性[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(10): 1981-1987.
[8]	陈经浩, 黄建新, 陆胜勇, 李晓东, 严建华. 生活垃圾开放式燃烧炭黑的结构及污染物分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(10): 1849-1854.
[9]	杜明月, 田野, 金南国, 王宇纬, 金贤玉. 基于水泥水化的早龄期混凝土温湿耦合[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(8): 1410-1416.
[10]	徐日庆,徐丽阳,邓祎文,朱亦弘. 基于SEM和IPP测定软黏土接触面积的试验[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(8): 1417-1425.
[11]	李蓓, 田野, 赵若轶, 段安, 李宗津, 马红岩. 聚丙烯酸酯乳液改性砂浆微观结构与改性机理[J]. 浙江大学学报(工学版), 2014, 48(8): 1345-1352.
[12]	李蓓, 田野, 赵若轶, 段安, 李宗津, 马红岩. 聚丙烯酸酯乳液改性砂浆微观结构与改性机理[J]. J4, 2014, 48(3): 0-07.
[13]	王海龙,董宜森,孙晓燕, 金伟良. 干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理[J]. J4, 2012, 46(7): 1255-1261.
[14]	李仁民, 刘松玉, 方磊, 杜延军. 采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构[J]. J4, 2010, 44(10): 1897-1901.
[15]	施韬施惠生许碧莞. 煤矸石-氢氧化钙体系的反应特征[J]. J4, 2008, 42(5): 900-904.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed