用于钢筋防腐的低温烧结涂料及其涂覆方法技术领域
本发明属于用于混凝土结构的金属材料领域，尤其是涉及一种
用于钢筋防腐的低温烧结涂料及其涂覆方法。
背景技术
进入21世纪，我国已经迈入了沿海经济大发展的时代，可以
预见未来一段时期内将有大批海港码头、跨海桥梁、隧道、海上采
油平台等使用钢筋混凝土结构。混凝土结构中钢筋被锈蚀成为影响
钢筋混凝土耐久性的一项主要因素。因此，利用新材料、新技术解
决钢筋腐蚀问题是当前土木工程领域科技工作者面临的最紧迫的
任务之一。
随着钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀和防护机理研究的不断深入，
钢筋覆膜技术得到了迅速发展。目前按涂层材料可以将钢筋覆膜技
术分为三种：(1)金属材料。如不锈钢热喷涂涂层钢筋、镀锌钢筋
等；(2)有机材料。如环氧树脂涂层钢筋；(3)无机材料。如磷酸
盐涂层钢筋、瓷釉涂层钢筋等。
从工程应用情况分析，采用金属材料对钢筋进行涂层，成本较
高，通常达到普通钢筋价格的2-5倍，因此不能大批量的应用于腐
蚀严重的沿海大型工程中。
采用环氧树脂涂覆钢筋，普遍采用静电喷涂方法，将环氧树脂
粉末喷涂在带肋钢筋和光圆钢筋的表面，使其形成一种具有外包层
的钢筋。如中国专利号CN201593271公开了《一种环氧树脂涂层钢
筋》，在钢筋表面涂覆有环氧树脂涂层，其有效地解决了钢筋结构
容易被腐蚀的问题，可以提高建筑物的使用寿命。虽然环氧树脂涂
层钢筋有很好的耐蚀性，但与混凝土的粘结强度明显降低，而且环
氧树脂涂层暴露在空气中容易被氧化，其防腐性能大受影响。
中国专利CN103074960公开了《一种双层环氧树脂涂层钢筋及
其制备方法》，其包括基层钢筋，基层钢筋外涂有涂层，内涂层外
涂覆有外涂层。外涂层更具有耐磨抗腐蚀性能，能满足在各种恶劣
环境下的建设工程的需要。但仍存在以下问题：1、其外层的环氧
树脂与混凝土之间粘结力依然薄弱；2、为保证双涂层界面的粘结，
需要精密的技术设备支持；3、双涂层使成本翻倍，经济性不佳。
中国专利CN104404502公开了《一种磷酸盐基钢筋防腐涂层》，
该专利涉及一种用于海洋钢筋混凝土中钢筋的腐蚀涂层材料，该防
腐涂层与钢筋表面的结合性能好，结构致密，固化后强度高。但其
本质属于粘结剂，可用于混凝土的破损修复，但存在磷酸盐粘结剂
在受拉状态，容易开裂的问题。
综上所述，现有的钢筋防腐涂层技术已不能适应高腐蚀环境中
的混凝土结构中的钢筋防腐，因此寻找一种低成本、耐久性更好、
防腐性能更佳的防腐涂层极其涂覆方法成为一种急需。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种成本低、防腐
性能好、能保持钢筋自身力学性能的用于钢筋防腐的低温烧结涂料
及其涂覆方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于钢筋防
腐的低温烧结涂料，原料包括以下组分：纳米二氧化硅30-50份、
助熔剂20-40份、氟化钙9-20份、增稠剂2-10份、密着剂2-14
份。
进一步的，所述助熔剂与纳米二氧化硅的重量比为
(0.5-0.75):1。
进一步的，所述增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一
种或两种。
进一步的，所述密着剂为二氧化锰、四氧化三铁中的一种或两
种。
进一步的，所述助熔剂为九水偏硅酸钠、硼砂中的一种或两种。
九水偏硅酸钠和硼砂都是涂料烧结时的助熔剂，两者协同作用
降低了烧结温度，改善了烧结性能。随着温度升高，助熔剂熔化之
后粘连其周围的粉料，并与粉料发生复杂的化学反应。相对纳米二
氧化硅，助熔剂用量过少，无法有效粘连其周围的粉料，涂层结构
松散，助熔剂用量过多，过量的助熔剂无法与纳米二氧化硅结合，
反而阻碍了纳米二氧化硅-助熔剂主体结构的形成，最终影响涂层
结构的力学强度。
纳米二氧化硅是涂层结构的重要组成物质，纳米级的粒径保证
烧结后的涂层内部的致密性。
本发明还公开了一种用于钢筋防腐的低温烧结涂料的涂覆方
法，包括如下步骤：
1)干混：将按组分比例称量的纳米二氧化硅与助熔剂、氟化
钙、增稠剂、密着剂倒入容器中，拌合均匀，置于混料机中充分搅
拌得到混合物A；
2)湿混：在混合物A中加入水，混合物A与水的质量比为
(2-5)：1，置于混料机中充分混合得到浆状涂料B，备用；
3)预处理：对钢筋表面进行除锈处理，清洗干净后烘干；
4)涂覆：将步骤3)中得到的钢筋浸入步骤2)中得到的混合
物B料液中，钢筋被旋转的同时从涂料B中抽出；
5)烘烤：将步骤4)中被均匀涂覆的钢筋置于90-130℃下，
烘烤20-40分钟；
6)烧结：将步骤5)中得到的烧结有涂料B的钢筋置于电炉中
以3-10℃/分钟的速度升温至400-550℃，烧结10分钟；
7)常温冷却，即得。
严格控制烘干温度：过高的烘干温度会使得涂层中的水快速蒸
发，造成涂层内部膨胀，影响烧结后涂层的致密性。过低的烘干温
度，大大增加了烘干时间，消耗过多能源。
本发明具有的优点和积极效果是(1)突出的抗腐蚀能力。由
低温涂料烧制的钢筋防腐涂层能够大幅度提升钢筋的耐腐蚀能力，
达到普通钢筋耐腐蚀能力的3-4倍；(2)材料自身耐久性强。低温
涂料是无机材料，自身具有较强的耐久性，可以长久、有效地发挥
作用。
综上所述，本发明的有益效果是，强度高、致密性能好、防腐
性能好，同时烧结温度较低，可保持钢筋自身的力学性能。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将对发
明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实
施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
预处理：取一段HRB335、HRB400或HPB300级钢筋，用磨砂纸
除锈之后再用5％的稀硫酸冲洗表面除锈，然后用清水冲洗干净，烘
干备用。
制取涂料：取45份纳米二氧化硅和27份九水偏硅酸钠、4份
羟甲基纤维素、13份氟化钙、4份二氧化锰、7份四氧化三铁，九
水偏硅酸钠与纳米二氧化硅的重量比为0.6，加入混料罐中用搅拌
棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，充分
混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入31份水，其中混
合物A与水的质量比为2.3:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混料机
中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于容器
中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将涂料B
倒入储蓄罐中备用。
涂覆：用铁夹夹住预处理过的钢筋，把钢筋浸入涂料B中，缓
慢旋转钢筋的同时把钢筋从涂料B中抽出，涂料B均匀涂覆于钢筋
表面。
烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋
架立于两块耐火垫块上，在150℃下烘烤40分钟。
烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以5℃/分钟的速
度升温，直到温度达到550℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室温，
即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。
实施例2
预处理：同实施例1。
制取涂料：取38份纳米二氧化硅和28份九水偏硅酸钠、4份
羟甲基纤维素、5份羟乙基纤维素、14份氟化钙、6份二氧化锰、5
份四氧化三铁，九水偏硅酸钠与纳米二氧化硅的重量比为0.74，加
入混料罐中用搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干
混3-5分钟，充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加
入33份水，其中混合物A与水的质量比为2:1，将其搅拌直到呈浆
状，置入混料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出
涂料B置于容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水
层即可。将涂料B倒入储蓄罐中备用。
涂覆：同实施例1。
烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋
架立于两块耐火垫块上，在130℃下烘烤30分钟。
烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以5℃/分钟的速
度升温，直到温度达到500℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室温，
即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。
实施例3
预处理：同实施例1。
制取涂料：取42份纳米二氧化硅和12份九水偏硅酸钠、12份
硼砂、6份羟乙基纤维素、15份氟化钙、7份二氧化锰、6份四氧
化三铁，助熔剂与纳米二氧化硅的重量比为0.57，加入混料罐中用
搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，
充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入22份水，其
中混合物A与水的质量比为3:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混料
机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于容
器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将涂
料B倒入储蓄罐中备用。
涂覆：同实施例1。
烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋
架立于两块耐火垫块上，在180℃下烘烤30分钟。
烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以7.5℃/分钟的
速度升温，直到温度达到430℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室
温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。
实施例4
预处理：同实施例1。
制取涂料：取48份纳米二氧化硅和14份九水偏硅酸钠、10份
硼砂、3份羟乙基纤维素、10份氟化钙、1份二氧化锰、4份四氧
化三铁，助熔剂与纳米二氧化硅的重量比为0.5，加入混料罐中用
搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，
充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入23.6份水，
其中混合物A与水的质量比为3:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混
料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于
容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将
涂料B倒入储蓄罐中备用。
涂覆：同实施例1。
烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋
架立于两块耐火垫块上，在160℃下烘烤30分钟。
烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以7.5℃/分钟的
速度升温，直到温度达到470℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室
温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。
实施例5
预处理：同实施例1。
制取涂料：取50份纳米二氧化硅和34份硼砂、5份羟乙基纤
维素、9份氟化钙、2份二氧化锰，硼砂与纳米二氧化硅的重量比
为0.68，加入混料罐中用搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料
机中进行干混3-5分钟，充分混合得到混合物A。干混完毕后在混
合物A中加入20份水，其中混合物A与水的质量比为4.2:1，将其
搅拌直到呈浆状，置入混料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到
涂料B，取出涂料B置于容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、
表层无水层即可。将涂料B倒入储蓄罐中备用。
涂覆：同实施例1。
烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋
架立于两块耐火垫块上，在140℃下烘烤40分钟。
烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以7.5℃/分钟的
速度升温，直到温度达到520℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室
温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。
为了验证本发明的钢筋防腐涂料和涂覆方法的效果，进行了试
验。
1)分别取五组，每组四根光圆钢筋和带肋钢筋均匀涂覆本发
明的防腐涂料，将其置于5％的氯化钠溶液中,通电后进行加速腐蚀
试验。
表1钢筋加速腐蚀试验
从表1可得，将本发明的防腐涂料低温涂覆于光圆钢筋和带肋
钢筋的表面，再将钢筋置于5％的氯化钠溶液，钢筋保持不被腐蚀的
时间是无涂层钢筋的3-4倍，因此本发明的钢筋防腐涂料能有效延
缓钢筋在水中的腐蚀。
2)本发明的钢筋在涂覆防腐材料后的力学性能
本发明涉及到对钢筋的高温处理(400-550℃)，众所周知钢筋
在高温处理后强度会发生变化，表2显示钢筋在受到过200℃,400
℃,600℃,800℃热处理后的强度和表观形态变化。
表2钢筋高温处理后的力学性能
从表2可得，当钢筋受到高温处理时，特别是温度超过600℃
时，钢筋的屈服强度明显下降，当超过800℃时其极限强度下降较
大，冷弯性能也较差，外部形态发生较大变化。本发明的烧结温度
在600℃以下，其力学性能不会发生较大改变，保证了钢筋原有的
性能。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行
限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的
任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。