PC钢棒在线防腐研究

PC钢棒在线防腐研究

郭喜荣  王震宇

摘要：介绍PC钢棒在线防腐新方法，给出了复合防腐剂的优化配方，分析了复合防腐剂中各成分的防腐作用机理及效果。在线最佳添加方式为每隔2天添加防腐液配方中除水以外的成分，添加量为原复合防腐剂配方中有效成分用量的1/2。防腐效果检测表明：对在体积分数为1%的稀盐溶液中浸泡24h的钢棒用电镜观察，经防腐处理的钢棒表面基本完好。

关键词：PC钢棒  在线防腐  复合防腐剂

我厂生产的PC钢棒主要在南方沿海地区使用，钢棒贮运过程中遭受雨淋和沿海盐雾的腐蚀，影响产品质量。雨淋可使钢棒表面形成薄层液膜，相对钢浸入水中而言极大地缩短氧扩散到阴极表面的路径，使腐蚀加速；沿海盐雾不仅使薄层液膜中含盐量增加，提高氧的溶解度，而且溶入的卤素离子还会破坏阳极保护膜，从而进一步加速腐蚀。因此，急需一种既能对钢棒进行有效防腐，成本低廉，又能在线进行的新型防腐办法。我公司与中科院金属研究所共同开发设计出一种在线防腐方法，本文就该方法和复合防腐剂的防腐原理、运行费用等作系统论述。

1、钢棒生产线现场情况

钢棒各成分的质量分数见表1，不同规格钢棒的生产速度见表2。

主要生产工艺流程如下：

原料→除鳞→冷拉→淬火→回火→检验→入库。

表1  钢棒各成分的质量分数  %

表2  不同规格钢棒的生产速度

根据钢棒的生产工艺特点，在回火冷却水槽内进行防腐处理。回火冷却水槽体积：2000mm*940mm*500mm；喷水长度：2.3-3.0mm。

在钢棒进入回火冷却水槽前，其温度为40-450℃，在冷却水中停留时间为5-10s，且要求复合防腐剂加在冷却水中。

2、复合防腐剂配方设计

充分考虑了钢棒在冷却水中停留时间短，急剧降温易产生氧化皮热震脱落等因素后，运用正交实验确定复合防腐剂配方如下。

水性防止腐粘结剂1（改性聚乙烯醇类）         5%-10%

水性防腐粘结剂2（改性丙烯酸乳液类）         10%-15%

钝化剂                                      2%-4%

缓蚀剂（咪唑类及有机磷化合物等）            0.5%-2%

偶联剂（硅烷类）                            0.5%-2%

防锈颜剂（复合锌类）                        0.3%-1%

成膜助剂                                    0.2%-1%

pH值调节剂                                    少量

消泡剂                                      0.1%-0.5%

分散剂                                      0.1%-0.5%

粘度调节剂                                  0.1%-0.5%

水                                          70%-80%

另外，应将防腐粘结剂、缓蚀剂和钝化剂配合起来使用，这样可多次反复使用处理液，降低成本，并对膜的外观和性能有所改善。

3、复合防腐剂各组分的防腐机理

3.1水性防腐粘结剂1的作用

水性防腐粘结剂1是由聚乙酸乙酯制的聚乙烯醇树脂。为提高树脂的水溶性，调节水溶性漆的粘度和漆膜的流平性，加入少量的亲水性有机溶剂，如：低级的醇或醚醇类，最后用短链醇封端，使其既溶于水，又有一定憎水性，以提高成膜后的耐水性。它本身是一种薄层防腐涂料，也是粘结钝化剂和缓蚀剂的载体。该树脂上的羟基使其与金属基体表面附着力好，结合牢固。

3.2水性防腐粘结剂2的作用

水性防腐粘结剂2是高聚物以球状微粒分散在水中，水挥发后，球状微粒表面吸附的保护层破坏，裸露的微粒相互接触，其间隙愈来愈小，至毛细管大小时，由于毛细管作用力高于聚合物微粒的抗变形力，微粒变形，最后凝聚、融合成连续的涂膜。它既是一种薄层防腐涂料，又是粘结钝化剂和缓蚀剂的载体。

3.3硅烷偶联剂的作用

钢棒在灌注水泥前，其亲水的极性表面在潮湿环境中易吸附上一层水膜，使粘结剂内疏水的基料很难对其润湿。因此，涂膜对基体很难有好的附着力。少量偶联剂涂覆表面后，硅烷就会迁移到粘结剂与钢筋的界面上，与表面上的水分反应，水解生成的硅醇基与钢筋表面羟基形成或缩合成SiO-M共价键（M为金属表面）。同时，硅烷各分子间的硅醇基有相互结合、剂聚形成网络结构的膜覆盖在钢筋金属表面。氢键（键能：2*10⁴-4*10⁵J/mol）和共价键（键能：2*10⁵-6*10⁵J/mol）的界面作用力远比范德华引力（键能：1*10³-2*10⁴J/mol）的界面作用力强，故而在硅烷与钢筋界面总键能远远高出单纯的物理吸附。因此，呈现出很强的对底材界面的初始附着力。在水浸条件下，这些键会断开，水浸越严重，键合水平越低，附着力就越弱；但键断后又能重新接上而使附着力有所恢复，不会发生全部断键使整个界面失去附着的现象，以籍以消除内应力这种机制说明该界面的耐水解稳定性好。

3.4钝化剂和缓蚀剂的作用

钝化剂是一种氧化性较强的盐，它氧化金属表面，使钢棒金属表面形成复合型钝化膜，提高防腐性能。钝化效果的优劣主要取决于钝化剂的配方和工艺。磷化和钝化后的保护膜应具有以下3个条件：（1）膜层致密；（2）膜质地均匀；（3）厚度适宜。缓蚀剂中的有机磷等有效成分能透过锈层，到达锈层与金属的界面，起到阳极缓蚀作用，对金属表面起缓蚀作用，对混凝土没有不利影响。

4、在线添加调节工艺

冷却水槽体积2000mm*940mm*500mm，实际盛装800L液体。先在冷却水槽中添加400L水，然后将防腐粘结剂、钝化剂、缓蚀剂、防锈颜料、pH值调节剂及助剂等加入冷却水槽水。充分搅拌混合后，再加水至冷却水槽的规定水位线。

在生产线运行一段时间后（约几个小时），冷却水槽中有漂浮的气泡，加入很少量的消泡剂即可消泡。每隔一段时间，加入少量消泡剂。

处理液在生产线运行3-5天后，可观察到钢筋保护膜变薄且颜色变浅，每隔2天添加防腐处理液配方中除水以外的成分，添加量为原复合防腐剂配方中有效成分用量的1/2。

5、保护膜及其防腐性能检测

（1）观察间隔冲淋后保护膜的抗蚀性。每隔2h向未防腐处理和已防腐钢棒表面淋水，未防腐处理的钢棒仅8h即产生锈点，24h后，已明显锈蚀，而经防腐处理的钢棒48h未产生锈点。（2）运用电镜观察稀盐中保护膜的抗蚀性。钢棒在体积分数为1%的稀盐溶液中浸泡24h后，运用电子扫描显微镜观察保护膜在腐蚀前后表面形貌变化。未经防腐处理的钢棒表面出现严重坑蚀，而经防腐处理的钢棒表面基本完好，对比情况见图1。

6、结语

综上所述，复合防腐剂中多种防腐缓蚀成分交互作用，明显提高钢筋的防腐性能，同时，解决了在线处理的问题。经在线防腐处理的钢筋在船运过程及用户使用中反应良好，复合防腐剂并未影响钢棒与水泥之间的粘合力，反而对粘结力有改善提高作用。通过在线跟踪观察及核算，每天24h连续生产45t钢材钢棒，防腐处理费仅4-5元/t。

作者简介

郭喜荣 1965年12月生，沈阳培新钢筋有限公司工程师。

王震宇 1972年6月生，博士，中国科学院金属研究所助理研究员。