專利名稱：一種跨海大橋橋墩用防腐材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種防腐材料，特別是海工工程中跨海大橋混凝土橋墩表面的防腐材料。
背景技術：
發展海洋經濟日益成為一個國家或地區發展的重要增長點，跨海大橋作為現階段我國重要的海上工程，對當前的國民經濟發展和交通環境具有重要影響，但是，惡劣的海洋環境對建筑物的腐蝕破壞造成了重大經濟損失，日本、加拿大等國公布的一些腐蝕資料顯示,腐蝕造成的直接經濟損失約占國民經濟總產值的1% 4%，每年腐蝕生銹的鋼鐵約占年產量的20%，約30%的設備因腐蝕而報廢。在我國，每年腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的4%，超過火災、風災和地震造成損失的總和。裸露的鋼筋混凝土結構在海洋環境中會受到鹽類侵蝕、鋼筋銹蝕、波浪的沖刷等腐蝕作用，在北方海域還會受到危害性極強的凍融循環的破壞，建成5 8年后，就開始出現裂縫、鋼筋腐蝕等現象。后期的修復加固工作不僅耗費大量人力物力，而且隨之出現的結構失效問題也嚴重威脅人們的生命和財產安全。對于跨海大橋這類處于惡劣的服役環境，同時是百年大計的建筑物來說，必須要采用高效長久的防護技術和防護材料，以保證其耐久性和安全性。對跨海大橋進行防腐防護研究意義重大且深遠。
從原因來看，跨海大橋除承受自然環境中機械應力、凍融循環、干濕交替、腐蝕介質等環境因子耦合作用的影響外，局部還要承受高速含泥沙水流的沖蝕磨損，其承受的局部水流速度場的沖擊動能與強度，大小可高達上千兆帕，甚至達到上萬兆帕，從而產生嚴重的氣蝕破壞。其中，高速水流和磨料顆粒的沖蝕對其產生嚴重的沖蝕磨損。此外，跨海大橋在施工過程中還存在著碾壓不密實、水泥水化熱傳導不均勻導致的應力開裂，在高速水流下進一步變形、開裂，形成滲漏通道，增大流體阻力，加速沖蝕磨損，嚴重危害跨海大橋的安全性和穩定性，急需采取行之有效的防護措施。現有的提高耐久性的措施一般劃分為兩大類第一類為基本措施，如采用高性能混凝土等，然而混凝土本身是一種多孔材料，具有滲透性，無法阻止水分及有害物質的滲入，所以最終會發生表層惡化、剝落或由表層破壞引發的深層破壞。第二類為附加措施，包括增加混凝土保護層厚度、混凝土表面涂層防護、采用特種鋼筋(如環氧涂層鋼筋、不銹鋼鋼筋等)、陰極保護技術及使用鋼筋阻銹劑保護等。現有技術雖然具有一定的防護效果，但它們仍然無法在跨海大橋的惡劣服役環境中滿足超長耐久性的要求。因此，針對海工工程的特點，設計一種成本較低、施工方便、既有良好的耐腐蝕性能，又具有耐沖刷、耐磨損性能的防腐材料是非常必要的，從而實現跨海大橋的超長壽命。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術存在的上述不足，提供一種跨海大橋橋墩用防腐材料，包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層，它施工難度小、成本低廉、防腐效果好、耐磨性能好、壽命長、維修方便，能很好地適應海工工程的惡劣環境，有效地抵御外力、內應力破壞以及以及抵御鹽堿液腐蝕或海浪沖刷，能有效解決延長基體使用壽命。為了實現上述目的，本發明采用下述技術方案
一種跨海大橋橋墩用防腐材料,包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層,其中 抗滲材料為純聚脲；
增強材料由環氧樹脂和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末構成；
耐磨材料由環氧樹脂添加碳化硅粒度砂顆粒組成；
其中，純聚脲由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成，增強材料中氧化鋁粉末、氧化鋅粉末各自含量為增強材料的5 15%，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1:1. 5 3. 5。純聚脲是一種新型混凝土防護材料，成型后能夠形成整體致密、連續無接縫的高強度、高彈性涂層，以其耐腐蝕、抗凍融、耐海洋氣候老化、防滲漏、耐磨蝕、抗沖擊、抗疲勞破壞等優異性能展示出了巨大優勢。聚脲涂層或者彈性體是由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成的物質。A組分可以是芳香族異氰酸酯，也可以是脂肪族異氰酸酯；可以是異氰酸酯單體、多聚體、異氰酸酯的改性衍生物、半預聚物或預聚物。異氰酸酯預聚物或半預聚物是由端氨基(或者端羥基)聚醚與異氰酸酯反應而得。B組分由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，端氨基聚醚中不得人為引入羥基化合物，但允許氨化過程中非完全氨化的微量羥基物質存在。B組分可以含有涂料助劑(或者稱之為非主要成分)，這些助劑允許含有羥基，例如顏料分散劑。通常，B組分不得含有催化劑。根據上述定義制備的聚脲產品又稱為純聚脲。環氧樹脂凡分子結構中含有環氧基團的高分子化合物統稱為環氧樹脂。固化后的環氧樹脂具有良好的物理、化學性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優異的粘接強度，介電性能良好，變定收縮率小，制品尺寸穩定性好，硬度高，柔韌性較好，對堿及大部分溶劑穩定，因而廣泛應用于國防、國民經濟各部門，作澆注、浸潰、層壓料、粘接劑、涂料等用途。氧化鋁粉末氧化鋁熔點高、硬度大、絕緣性能優異、高溫結構穩定、抗氧化性能好，但也有不足，那就是脆性較大，所以采用超細粉末氧化鋁來提高防腐涂料的斷裂和韌性。氧化鋅硬度約為4. 5H，是種相對較軟的材料，氧化鋅的熱穩定性和熱傳導性較好，而且沸點高，熱膨脹系數低，在陶瓷才料領域有用武之地，能縮減耐酸耐堿防腐涂料的固化時間，并提高涂料的防水性能。氧化鋅可以反射紅外線，達到保溫或隔熱的效果。尤其是納米氧化鋅，可以屏蔽具有潛在危害的紫外線，從而延長涂料的耐候性。碳化硅是一種高溫強度高、耐磨性好，耐酸耐堿，硬度高且化學穩定性好的無機非金屬材料，碳化硅的加入可以大大提高試樣的抗折強度及耐磨性，當顆粒之間基質較少時，顆粒與顆粒之間縫隙較小，因此結構緊密，機械強度較高，耐磨性也較好，因此，碳化硅的加入量是影響耐酸耐堿防腐涂料機械性能的一個重要因素。由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命I 2倍；用以制成的高級耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節能效果好。
耐磨材料中，起耐腐蝕作用的主要是樹脂，要有耐磨損和耐沖刷性能，必須依靠其中的填料和特殊的配方。耐磨材料的配合比極其關鍵，樹脂的比例過高，其耐磨性能達不到最高；樹脂的比例過低，耐磨顆粒比例過高，耐磨性能會有所提高，但是其抗滲性能又降低；另外，耐磨顆粒的規格，包括粒徑的大小、形狀等都會影響抗滲性能。優選地，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1: 2.5。按照這種規格比例配方，形成的防腐耐磨層致密性、耐磨性更好，級配效果好，能充分抵抗海水的侵蝕和海風、沙塵的沖刷。抗滲性、耐磨性、耐腐蝕性能優良，施工性能亦優良。所述混合樹脂B由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，所述端氨基擴鏈劑為異佛爾
酮二胺。混合樹脂B組分由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，端氨基聚醚中不得人為引入羥基化合物，但允許氨化過程中非完全氨化的微量羥基物質存在。發明人考察了擴鏈劑對聚脲形態結構與性能的影響，分別使用了異佛爾酮二胺(IPDA)、乙二胺(EDA)和己二胺(HDA)三種擴鏈劑合成了不同結構的聚脲。結果表明，與EDA和HDA擴鏈的聚氨酯脲和聚脲相比，IPDA擴鏈的聚脲中脲羰基的氫鍵化程度較低，軟段和硬段間的相混合程度較好；同時IPDA擴鏈的聚脲具有更好的拉伸強度、硬度和撕裂強度，但斷裂伸長率較低。EDA和HDA擴鏈的聚脲相比，兩者性能相差不大。所述環氧樹脂為改性環氧樹脂。所述改性環氧樹脂為乙烯基酯樹脂。乙烯基酯樹脂是由雙酚型或酚醛型環氧樹脂與甲基丙烯酸反應得到的一類變性環氧樹脂，通常被稱為乙烯基酯樹脂(VE)，別名環氧丙烯酸樹脂，為熱固性樹脂。乙烯基酯樹脂秉承了環氧樹脂的優良特性，固化性和成型性方面更為出色，能溶解于苯乙烯以及丙烯酸系單體，由于兼具環氧和不飽和的優點。與現有技術相比，本發明的有益效果是1、優異的海洋惡劣環境的適應性。純聚脲的壽命在75年以上，實驗證明長期浸泡于海水及硫酸鈉溶液中的純聚脲涂層的宏觀性能沒有顯著降低，其對氯離子、硫酸鹽的侵蝕具有明顯的阻礙作用，可顯著提高混凝土的抗海水及硫酸鹽的腐蝕性能；純聚脲涂層經過180次干濕循環和凍融循環后涂層拉伸強度分別僅下降了 4%和9%，斷裂伸長率均有所回升，有良好的力學性能保持率，環氧樹脂和氧化鋁氧化鋅均具有優異的耐堿性能，本發明所述防腐材料能夠充分保證混凝土基體結構安全。2、優秀的抗沖蝕磨損及耐老化的性能環氧樹脂搭配碳化硅填料形成的防腐耐磨層抗滲性、耐磨性、耐腐蝕性能優良，級配效果好，能充分抵抗海水的侵蝕和海風、沙塵的沖刷。碳化硅可以大大提高試樣的抗折強度及耐磨性，當顆粒之間基質較少時，顆粒與顆粒之間縫隙較小，因此結構緊密，機械強度較高，耐磨性也較好。本發明所述防腐材料可以有效防止涂層開裂和外力損傷，其優異的力學和耐磨性能可確保涂層有效抵御外部物體的沖撞、碰擦，保持涂層的完整性、封閉性和耐久性。3、施工難度小、成本低廉，使用和維修也很方便噴涂純聚脲技術采用機械化連續噴涂施工，一次施工即可達到設計的厚度要求，固化速度快，能迅速在被施工物體表面形成厚度達數毫米的涂層，并且在垂直物體表面施工時，不產生流掛現象，完成涂裝后馬上可以投入使用，擁有100%固含量，涂層固化過程不會像傳統涂料那樣向周圍環境揮發有機化合物(VOC)影響環境；本發明所述防腐材料形成的涂層致密且連續，可以將被保護的混凝土結構與外界的腐蝕介質隔離開，起到有效的保護作用，能有效解決跨海大橋橋墩最易出現的腐蝕和磨損破壞，延長了防腐層使用壽命，能很大程度上降低維修成本。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明的上述發明內容作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的范圍內。以下實施例均在膠州灣海域進行試驗，膠州灣海域年極端溫差可達50°C，冰凍期約2個月，海水鹽度范圍29. 4% 32. 9%，此外還受運動荷載、鹽霧、臺風、暴雨、工業排放物等多重腐蝕因素的綜合作用，腐蝕環境遠比我國其他海域惡劣，僅靠常規防護手段無法達到腐蝕防護要求，必須采用先進的涂層技術進行防護。實施例1
本實施例跨海大橋橋墩用防腐材料,包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層,其
中
抗滲材料為純聚脲；
增強材料由環氧樹脂和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末構成；
耐磨材料由環氧樹脂添加碳化硅粒度砂顆粒組成；
其中，純聚脲由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成，增強材料中氧化鋁粉末含量為增強材料的8%、氧化鋅粉末含量為增強材料的5%，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1:3. O。所述混合樹脂B由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，所述端氨基擴鏈劑為異佛爾
酮二胺。所述環氧樹脂為改性環氧樹脂。所述改性環氧樹脂為乙烯基酯樹脂。經實驗證明，混凝土橋墩經海水、雨霧、顆粒沖刷侵蝕一年后，耐腐蝕性比較好，整體材料的外形結構幾乎沒變化，但表面碳化硅有凸出現象，說明防腐材料的耐腐蝕性、耐磨性和致密性能優異，但固體材料(碳化硅)比例稍稍偏大。實施例2
本實施例跨海大橋橋墩用防腐材料,包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層,其
中
抗滲材料為純聚脲；
增強材料由環氧樹脂和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末構成；
耐磨材料由環氧樹脂添加碳化硅粒度砂顆粒組成；
其中，純聚脲由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成，增強材料中氧化鋁粉末含量為增強材料的10%、氧化鋅粉末含量為增強材料的15%，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1:2. 5。所述混合樹脂B由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，所述端氨基擴鏈劑為異佛爾
酮二胺。所述環氧樹脂為改性環氧樹脂。所述改性環氧樹脂為乙烯基酯樹脂。經實驗證明，混凝土橋墩經海水、雨霧、顆粒沖刷侵蝕兩年后，耐腐蝕性比較好，整體材料的外形結構幾乎沒變化，整體材料的外形結構幾乎沒變化，材料厚度、表面平整度基本與使用前一樣。說明防腐材料的耐腐蝕性、耐磨性和致密性能優異，環氧樹脂選用乙烯基酯樹脂提高性能，耐磨材料中液體材料(乙烯基酯樹脂)和固體材料(碳化硅)比例合適。實施例3
本實施例跨海大橋橋墩用防腐材料,包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層,其
中
抗滲材料為純聚脲；
增強材料由環氧樹脂和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末構成；
耐磨材料由環氧樹脂添加碳化硅粒度砂顆粒組成；
其中，純聚脲由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成，增強材料中氧化鋁粉末含量為增強材料的15%、氧化鋅粉末含量為增強材料的10%，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1:3. 5。所述混合樹脂B由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，所述端氨基擴鏈劑為異佛爾
酮二胺。所述環氧樹脂為改性環氧樹脂。所述改性環氧樹脂為乙烯基酯樹脂。經實驗證明，混凝土橋墩經海水、雨霧、顆粒沖刷侵蝕兩年后，耐腐蝕性比較好，整體材料的外形結構幾乎沒變化，整體材料的外形結構幾乎沒變化，材料厚度、與使用前一樣，但表面碳化硅凸出現象明顯。說明防腐材料的耐腐蝕性、耐磨性和致密性能優異，但固體材料(碳化硅)比例稍稍偏大。實施例4
本實施例跨海大橋橋墩用防腐材料,包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層,其
中
抗滲材料為純聚脲；
增強材料由環氧樹脂和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末構成；
耐磨材料由環氧樹脂添加碳化硅粒度砂顆粒組成；
其中，純聚脲由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成，增強材料中氧化鋁粉末含量為增強材料的5%、氧化鋅粉末含量為增強材料的10%，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1:1. 5。所述混合樹脂B由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，所述端氨基擴鏈劑為異佛爾
酮二胺。所述環氧樹脂為改性環氧樹脂。所述改性環氧樹脂為乙烯基酯樹脂。
經實驗證明，混凝土橋墩經海水、雨霧、顆粒沖刷侵蝕一年后，耐腐蝕性比較好，整體材料的外形結構幾乎沒變化，整體材料的外形結構幾乎沒變化，但耐磨性和致密性有細微變化，表面有細小的凹凸不平。這說明耐磨材料配比沒有達到最佳，耐磨材料中液體材料(乙烯基酯樹脂)比例稍稍偏大。綜上所述，表明本發明所述跨海大橋橋墩用防腐材料具有優異的海洋惡劣環境的適應性、優秀的抗沖蝕磨損及耐老化的性能以及施工難度小、成本低廉，使用和維修也很方便的特點，能夠保證橋墩混凝土結構安全。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種跨海大橋橋墩用防腐材料，其特征在于包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層，其中 抗滲材料為純聚脲； 增強材料由環氧樹脂和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末構成； 耐磨材料由環氧樹脂添加碳化硅粒度砂顆粒組成； 其中，純聚脲由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成，增強材料中氧化鋁粉末、氧化鋅粉末各自含量為增強材料的5 15%，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1:1. 5 3. 5。
2.根據權利要求1所述的跨海大橋橋墩用防腐材料，其特征在于耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=1: 2. 5。
3.根據權利要求1所述的跨海大橋橋墩用防腐材料，其特征在于所述混合樹脂B由端氨基聚醚、端氨基擴鏈劑組成，所述端氨基擴鏈劑為異佛爾酮二胺。
4.根據權利要求1所述的跨海大橋橋墩用防腐材料，其特征在于所述環氧樹脂為改性環氧樹脂。
5.根據權利要求4所述的跨海大橋橋墩用防腐材料，其特征在于所述改性環氧樹脂為乙稀基酷樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種跨海大橋橋墩用防腐材料，包括抗滲材料、增強材料以及耐磨材料三層，其中抗滲材料為純聚脲；增強材料由環氧樹脂和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末構成；耐磨材料由環氧樹脂添加碳化硅粒度砂顆粒組成；其中，純聚脲由異氰酸酯A組分與混合樹脂B組分反應生成，增強材料中氧化鋁粉末、氧化鋅粉末各自含量為增強材料的5～15%，耐磨材料中用量比例為環氧樹脂碳化硅粒度砂=11.5～3.5。本發明所述跨海大橋橋墩用防腐材料具有優異的海洋惡劣環境的適應性、優秀的抗沖蝕磨損及耐老化的性能以及施工難度小、成本低廉，使用和維修也很方便的特點，能夠保證跨海大橋橋墩混凝土結構安全。
文檔編號C09D5/08GK103061252SQ20121057965
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者張慶彬 申請人:張慶彬