CN103061252A - 一种跨海大桥桥墩用防腐材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨海大桥桥墩用防腐材料，包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，其中：抗渗材料为纯聚脲；增强材料由环氧树脂和氧化铝粉末、氧化锌粉末构成；耐磨材料由环氧树脂添加碳化硅粒度砂颗粒组成；其中，纯聚脲由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成，增强材料中氧化铝粉末、氧化锌粉末各自含量为增强材料的5～15%，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂=1：1.5～3.5。本发明所述跨海大桥桥墩用防腐材料具有优异的海洋恶劣环境的适应性、优秀的抗冲蚀磨损及耐老化的性能以及施工难度小、成本低廉，使用和维修也很方便的特点，能够保证跨海大桥桥墩混凝土结构安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种防腐材料，特别是海工工程中跨海大桥混凝土桥墩表面的防腐材料。
背景技术
发展海洋经济日益成为一个国家或地区发展的重要增长点，跨海大桥作为现阶段我国重要的海上工程，对当前的国民经济发展和交通环境具有重要影响，但是，恶劣的海洋环境对建筑物的腐蚀破坏造成了重大经济损失，日本、加拿大等国公布的一些腐蚀资料显示，腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济总产值的1％～4％，每年腐蚀生锈的钢铁约占年产量的20％，约30％的设备因腐蚀而报废。在我国，每年腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4％，超过火灾、风灾和地震造成损失的总和。
裸露的钢筋混凝土结构在海洋环境中会受到盐类侵蚀、钢筋锈蚀、波浪的冲刷等腐蚀作用，在北方海域还会受到危害性极强的冻融循环的破坏，建成5～8年后，就开始出现裂缝、钢筋腐蚀等现象。后期的修复加固工作不仅耗费大量人力物力，而且随之出现的结构失效问题也严重威胁人们的生命和财产安全。对于跨海大桥这类处于恶劣的服役环境，同时是百年大计的建筑物来说，必须要采用高效长久的防护技术和防护材料，以保证其耐久性和安全性。对跨海大桥进行防腐防护研究意义重大且深远。
从原因来看，跨海大桥除承受自然环境中机械应力、冻融循环、干湿交替、腐蚀介质等环境因子耦合作用的影响外，局部还要承受高速含泥沙水流的冲蚀磨损，其承受的局部水流速度场的冲击动能与强度，大小可高达上千兆帕，甚至达到上万兆帕，从而产生严重的气蚀破坏。其中，高速水流和磨料颗粒的冲蚀对其产生严重的冲蚀磨损。此外，跨海大桥在施工过程中还存在着碾压不密实、水泥水化热传导不均匀导致的应力开裂，在高速水流下进一步变形、开裂，形成渗漏通道，增大流体阻力，加速冲蚀磨损，严重危害跨海大桥的安全性和稳定性，急需采取行之有效的防护措施。
现有的提高耐久性的措施一般划分为两大类：第一类为基本措施，如采用高性能混凝土等，然而混凝土本身是一种多孔材料，具有渗透性，无法阻止水分及有害物质的渗入，所以最终会发生表层恶化、剥落或由表层破坏引发的深层破坏。第二类为附加措施，包括增加混凝土保护层厚度、混凝土表面涂层防护、采用特种钢筋(如环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋等)、阴极保护技术及使用钢筋阻锈剂保护等。现有技术虽然具有一定的防护效果，但它们仍然无法在跨海大桥的恶劣服役环境中满足超长耐久性的要求。
因此，针对海工工程的特点，设计一种成本较低、施工方便、既有良好的耐腐蚀性能，又具有耐冲刷、耐磨损性能的防腐材料是非常必要的，从而实现跨海大桥的超长寿命。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述不足，提供一种跨海大桥桥墩用防腐材料，包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，它施工难度小、成本低廉、防腐效果好、耐磨性能好、寿命长、维修方便，能很好地适应海工工程的恶劣环境，有效地抵御外力、内应力破坏以及以及抵御盐碱液腐蚀或海浪冲刷，能有效解决延长基体使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种跨海大桥桥墩用防腐材料，包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，其中：
抗渗材料为纯聚脲；
增强材料由环氧树脂和氧化铝粉末、氧化锌粉末构成；
耐磨材料由环氧树脂添加碳化硅粒度砂颗粒组成；
其中，纯聚脲由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成，增强材料中氧化铝粉末、氧化锌粉末各自含量为增强材料的5～15%，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1：1.5～3.5。
纯聚脲：是一种新型混凝土防护材料，成型后能够形成整体致密、连续无接缝的高强度、高弹性涂层，以其耐腐蚀、抗冻融、耐海洋气候老化、防渗漏、耐磨蚀、抗冲击、抗疲劳破坏等优异性能展示出了巨大优势。
聚脲涂层或者弹性体是由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成的物质。A组分可以是芳香族异氰酸酯，也可以是脂肪族异氰酸酯；可以是异氰酸酯单体、多聚体、异氰酸酯的改性衍生物、半预聚物或预聚物。异氰酸酯预聚物或半预聚物是由端氨基（或者端羟基）聚醚与异氰酸酯反应而得。B组分由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，端氨基聚醚中不得人为引入羟基化合物，但允许氨化过程中非完全氨化的微量羟基物质存在。B组分可以含有涂料助剂（或者称之为非主要成分），这些助剂允许含有羟基，例如：颜料分散剂。通常，B组分不得含有催化剂。根据上述定义制备的聚脲产品又称为纯聚脲。
环氧树脂：凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。
氧化铝粉末：氧化铝熔点高、硬度大、绝缘性能优异、高温结构稳定、抗氧化性能好，但也有不足，那就是脆性较大，所以采用超细粉末氧化铝来提高防腐涂料的断裂和韧性。
氧化锌：硬度约为4.5H，是种相对较软的材料，氧化锌的热稳定性和热传导性较好，而且沸点高，热膨胀系数低，在陶瓷才料领域有用武之地，能缩减耐酸耐碱防腐涂料的固化时间，并提高涂料的防水性能。氧化锌可以反射红外线，达到保温或隔热的效果。尤其是纳米氧化锌，可以屏蔽具有潜在危害的紫外线，从而延长涂料的耐候性。
碳化硅：是一种高温强度高、耐磨性好，耐酸耐碱，硬度高且化学稳定性好的无机非金属材料，碳化硅的加入可以大大提高试样的抗折强度及耐磨性，当颗粒之间基质较少时，颗粒与颗粒之间缝隙较小，因此结构紧密，机械强度较高，耐磨性也较好，因此，碳化硅的加入量是影响耐酸耐碱防腐涂料机械性能的一个重要因素。由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。
耐磨材料中，起耐腐蚀作用的主要是树脂，要有耐磨损和耐冲刷性能，必须依靠其中的填料和特殊的配方。
耐磨材料的配合比极其关键，树脂的比例过高，其耐磨性能达不到最高；树脂的比例过低，耐磨颗粒比例过高，耐磨性能会有所提高，但是其抗渗性能又降低；另外，耐磨颗粒的规格，包括粒径的大小、形状等都会影响抗渗性能。
优选地，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1： 2.5。
按照这种规格比例配方，形成的防腐耐磨层致密性、耐磨性更好，级配效果好，能充分抵抗海水的侵蚀和海风、沙尘的冲刷。抗渗性、耐磨性、耐腐蚀性能优良，施工性能亦优良。
所述混合树脂B由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，所述端氨基扩链剂为异佛尔酮二胺。
混合树脂B组分由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，端氨基聚醚中不得人为引入羟基化合物，但允许氨化过程中非完全氨化的微量羟基物质存在。
发明人考察了扩链剂对聚脲形态结构与性能的影响，分别使用了异佛尔酮二胺(IPDA)、乙二胺(EDA)和己二胺(HDA)三种扩链剂合成了不同结构的聚脲。结果表明,与EDA和HDA扩链的聚氨酯脲和聚脲相比,IPDA扩链的聚脲中脲羰基的氢键化程度较低,软段和硬段间的相混合程度较好;同时IPDA扩链的聚脲具有更好的拉伸强度、硬度和撕裂强度,但断裂伸长率较低。EDA和HDA扩链的聚脲相比,两者性能相差不大。
所述环氧树脂为改性环氧树脂。
所述改性环氧树脂为乙烯基酯树脂。
乙烯基酯树脂是由双酚型或酚醛型环氧树脂与甲基丙烯酸反应得到的一类变性环氧树脂，通常被称为乙烯基酯树脂（VE）,别名环氧丙烯酸树脂，为热固性树脂。乙烯基酯树脂秉承了环氧树脂的优良特性，固化性和成型性方面更为出色，能溶解于苯乙烯以及丙烯酸系单体，由于兼具环氧和不饱和的优点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、优异的海洋恶劣环境的适应性。纯聚脲的寿命在75年以上，实验证明长期浸泡于海水及硫酸钠溶液中的纯聚脲涂层的宏观性能没有显著降低，其对氯离子、硫酸盐的侵蚀具有明显的阻碍作用，可显著提高混凝土的抗海水及硫酸盐的腐蚀性能；纯聚脲涂层经过180次干湿循环和冻融循环后涂层拉伸强度分别仅下降了4％和9％，断裂伸长率均有所回升，有良好的力学性能保持率，环氧树脂和氧化铝氧化锌均具有优异的耐碱性能，本发明所述防腐材料能够充分保证混凝土基体结构安全。
2、优秀的抗冲蚀磨损及耐老化的性能：环氧树脂搭配碳化硅填料形成的防腐耐磨层抗渗性、耐磨性、耐腐蚀性能优良，级配效果好，能充分抵抗海水的侵蚀和海风、沙尘的冲刷。碳化硅可以大大提高试样的抗折强度及耐磨性，当颗粒之间基质较少时，颗粒与颗粒之间缝隙较小，因此结构紧密，机械强度较高，耐磨性也较好。本发明所述防腐材料可以有效防止涂层开裂和外力损伤，其优异的力学和耐磨性能可确保涂层有效抵御外部物体的冲撞、碰擦，保持涂层的完整性、封闭性和耐久性。
3、施工难度小、成本低廉，使用和维修也很方便：喷涂纯聚脲技术采用机械化连续喷涂施工，一次施工即可达到设计的厚度要求，固化速度快，能迅速在被施工物体表面形成厚度达数毫米的涂层，并且在垂直物体表面施工时，不产生流挂现象，完成涂装后马上可以投入使用，拥有100％固含量，涂层固化过程不会像传统涂料那样向周围环境挥发有机化合物(VOC)影响环境；本发明所述防腐材料形成的涂层致密且连续，可以将被保护的混凝土结构与外界的腐蚀介质隔离开，起到有效的保护作用，能有效解决跨海大桥桥墩最易出现的腐蚀和磨损破坏，延长了防腐层使用寿命，能很大程度上降低维修成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
以下实施例均在胶州湾海域进行试验，胶州湾海域年极端温差可达50℃，冰冻期约2个月，海水盐度范围29．4％～32．9％，此外还受运动荷载、盐雾、台风、暴雨、工业排放物等多重腐蚀因素的综合作用，腐蚀环境远比我国其他海域恶劣，仅靠常规防护手段无法达到腐蚀防护要求，必须采用先进的涂层技术进行防护。
实施例1
本实施例跨海大桥桥墩用防腐材料，包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，其中：
抗渗材料为纯聚脲；
增强材料由环氧树脂和氧化铝粉末、氧化锌粉末构成；
耐磨材料由环氧树脂添加碳化硅粒度砂颗粒组成；
其中，纯聚脲由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成，增强材料中氧化铝粉末含量为增强材料的8%、氧化锌粉末含量为增强材料的5%，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1：3.0。
所述混合树脂B由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，所述端氨基扩链剂为异佛尔酮二胺。
所述环氧树脂为改性环氧树脂。
所述改性环氧树脂为乙烯基酯树脂。
经实验证明，混凝土桥墩经海水、雨雾、颗粒冲刷侵蚀一年后，耐腐蚀性比较好，整体材料的外形结构几乎没变化，但表面碳化硅有凸出现象，说明防腐材料的耐腐蚀性、耐磨性和致密性能优异，但固体材料（碳化硅）比例稍稍偏大。
实施例2
本实施例跨海大桥桥墩用防腐材料，包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，其中：
抗渗材料为纯聚脲；
增强材料由环氧树脂和氧化铝粉末、氧化锌粉末构成；
耐磨材料由环氧树脂添加碳化硅粒度砂颗粒组成；
其中，纯聚脲由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成，增强材料中氧化铝粉末含量为增强材料的10%、氧化锌粉末含量为增强材料的15%，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1：2.5。
所述混合树脂B由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，所述端氨基扩链剂为异佛尔酮二胺。
所述环氧树脂为改性环氧树脂。
所述改性环氧树脂为乙烯基酯树脂。
经实验证明，混凝土桥墩经海水、雨雾、颗粒冲刷侵蚀两年后，耐腐蚀性比较好，整体材料的外形结构几乎没变化，整体材料的外形结构几乎没变化，材料厚度、表面平整度基本与使用前一样。说明防腐材料的耐腐蚀性、耐磨性和致密性能优异，环氧树脂选用乙烯基酯树脂提高性能，耐磨材料中液体材料（乙烯基酯树脂）和固体材料（碳化硅）比例合适。
实施例3
本实施例跨海大桥桥墩用防腐材料，包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，其中：
抗渗材料为纯聚脲；
增强材料由环氧树脂和氧化铝粉末、氧化锌粉末构成；
耐磨材料由环氧树脂添加碳化硅粒度砂颗粒组成；
其中，纯聚脲由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成，增强材料中氧化铝粉末含量为增强材料的15%、氧化锌粉末含量为增强材料的10%，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1：3.5。
所述混合树脂B由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，所述端氨基扩链剂为异佛尔酮二胺。
所述环氧树脂为改性环氧树脂。
所述改性环氧树脂为乙烯基酯树脂。
经实验证明，混凝土桥墩经海水、雨雾、颗粒冲刷侵蚀两年后，耐腐蚀性比较好，整体材料的外形结构几乎没变化，整体材料的外形结构几乎没变化，材料厚度、与使用前一样，但表面碳化硅凸出现象明显。说明防腐材料的耐腐蚀性、耐磨性和致密性能优异，但固体材料（碳化硅）比例稍稍偏大。
实施例4
本实施例跨海大桥桥墩用防腐材料，包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，其中：
抗渗材料为纯聚脲；
增强材料由环氧树脂和氧化铝粉末、氧化锌粉末构成；
耐磨材料由环氧树脂添加碳化硅粒度砂颗粒组成；
其中，纯聚脲由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成，增强材料中氧化铝粉末含量为增强材料的5%、氧化锌粉末含量为增强材料的10%，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1：1.5。
所述混合树脂B由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，所述端氨基扩链剂为异佛尔酮二胺。
所述环氧树脂为改性环氧树脂。
所述改性环氧树脂为乙烯基酯树脂。
经实验证明，混凝土桥墩经海水、雨雾、颗粒冲刷侵蚀一年后，耐腐蚀性比较好，整体材料的外形结构几乎没变化，整体材料的外形结构几乎没变化，但耐磨性和致密性有细微变化，表面有细小的凹凸不平。这说明耐磨材料配比没有达到最佳，耐磨材料中液体材料（乙烯基酯树脂）比例稍稍偏大。
综上所述，表明本发明所述跨海大桥桥墩用防腐材料具有优异的海洋恶劣环境的适应性、优秀的抗冲蚀磨损及耐老化的性能以及施工难度小、成本低廉，使用和维修也很方便的特点，能够保证桥墩混凝土结构安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种跨海大桥桥墩用防腐材料，其特征在于：包括抗渗材料、增强材料以及耐磨材料三层，其中：
抗渗材料为纯聚脲；
增强材料由环氧树脂和氧化铝粉末、氧化锌粉末构成；
耐磨材料由环氧树脂添加碳化硅粒度砂颗粒组成；
其中，纯聚脲由异氰酸酯A组分与混合树脂B组分反应生成，增强材料中氧化铝粉末、氧化锌粉末各自含量为增强材料的5～15%，耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1：1.5～3.5。
2.根据权利要求1所述的跨海大桥桥墩用防腐材料, 其特征在于：耐磨材料中用量比例为环氧树脂：碳化硅粒度砂 = 1： 2.5。
3.根据权利要求1所述的跨海大桥桥墩用防腐材料, 其特征在于：所述混合树脂B由端氨基聚醚、端氨基扩链剂组成，所述端氨基扩链剂为异佛尔酮二胺。
4.根据权利要求1所述的跨海大桥桥墩用防腐材料, 其特征在于：所述环氧树脂为改性环氧树脂。
5.根据权利要求4所述的跨海大桥桥墩用防腐材料, 其特征在于：所述改性环氧树脂为乙烯基酯树脂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130424 |