本发明属于钢铁制造领域，具体涉及一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂。
背景技术：
螺纹钢是热轧带肋钢筋的简称，是目前建筑用钢材量最大的钢材产品。螺纹钢作为钢筋混凝土的骨架材料，被广泛应用于建筑工程中。近年来,为了生产低成本高强度钢筋，各钢铁企业大都采用了终轧后穿水冷却工艺。该工艺能在一定程度上改善组织，提高钢筋的机械性能，但该工艺存在着一个很大的缺点，即穿水冷却的螺纹钢在储存和运输过程中很容易生锈，这不仅严重影响了螺纹钢的表面质量，而且锈迹会造成螺纹钢表面与混凝土握裹强度降低，严重影响建筑质量，钢筋的锈蚀成为了影响建筑物持久性的主要因素。因此，越来越多的螺纹钢厂家采用化学处理剂对螺纹钢表面进行防锈防腐处理。
目前，现有技术已经公开了一些金属表面防锈处理的技术方案，例如公布号为cn103374715a的中国专利申请，公开了一种水性金属表面处理剂及使用其的金属表面处理方法。该水性金属表面处理剂包括水溶性锆化合物、硅化合物、含氟化合物、磷酸类化合物以及金属化合物。该硅化合物与该水溶性锆化合物的质量比为0.5至2.0。该含氟化合物具有至少一个含氟基团，且该含氟化合物与该水溶性锆化合物的质量比为0.2至1.0。该磷酸类化合物与该水溶性锆化合物的质量比为0.2至0.7。该金属化合物与该水溶性锆化合物的质量比为0.2至0.6。由此，可使具有该水性金属表面处理剂的金属材料具备良好的耐腐蚀性、耐碱洗性、耐黑变性及耐指纹性。但是，该水性金属表面处理剂仅对铝材、锌材、镀锌的钢材、镀锌铝合金的钢材及镀锌铁合金的钢材具有较好的防锈作用，对于螺纹钢的防锈效果还有待于进一步研究，同时该水性金属表面处理剂含有有机树脂成分，对刚轧制完成的高温螺纹钢处理后不能满足混凝土握裹性能的要求。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂。为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂，由如下重量百分比的原料组成：水溶性锆化合物3-10%、硅烷偶联剂0.3-1%、含氟化合物0.3-1%、磷酸类化合物3-10%、金属化合物0.3-1%，余量为水。
优选地，所述水溶性锆化合物为硝酸锆、硝酸氧锆按质量比3-10：1的组合物。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比1-3：1的组合物。
优选地，所述含氟化合物为氟钛酸铵、氟化铵按质量比1：3-5的组合物。
优选地，所述磷酸类化合物为三聚磷酸钠、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸按质量比1：1-3的组合物。
优选地，所述金属化合物为硝酸铝、草酸镁按质量比3-10：1的组合物。
本发明提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂的制备方法，包括以下步骤：将水溶性锆化合物与水在反应釜中混溶，然后再加入硅烷偶联剂、含氟化合物和磷酸类化合物，搅拌溶解后溶液静置冷却至室温；最后加入金属化合物，搅拌溶解后静置，即得。
本发明水性防锈剂使用方法简单，直接将原螺纹钢穿水工艺的水替换成本发明水性防锈剂即可，穿水时螺纹钢的表面温度为200-400℃。
本发明提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂与现有技术相比，通过对不同原料组分的具体选择及配比范围的筛选，所得到的水性防锈剂对螺纹钢的防腐性能优异，同时处理后的螺纹钢与混凝土的握裹强度优异，不会影响螺纹钢在建筑工程中的正常使用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂，由如下重量百分比的原料组成：水溶性锆化合物10%、硅烷偶联剂1%、含氟化合物0.3%、磷酸类化合物5%、金属化合物0.5%，余量为水；
所述水溶性锆化合物为硝酸锆、硝酸氧锆按质量比8：1的组合物；
所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比3：1的组合物；
所述含氟化合物为氟钛酸铵、氟化铵按质量比1:5的组合物；
所述磷酸类化合物为三聚磷酸钠、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸按质量比1：1的组合物；
所述金属化合物为硝酸铝、草酸镁按质量比5：1的组合物。
水性防锈剂的制备方法包括以下步骤：将水溶性锆化合物与水在反应釜中混溶，然后再加入硅烷偶联剂、含氟化合物和磷酸类化合物，搅拌溶解后溶液静置冷却至室温；最后加入金属化合物，搅拌溶解后静置，即得。
实施例2：
一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂，由如下重量百分比的原料组成：水溶性锆化合物3%、硅烷偶联剂0.3%、含氟化合物1%、磷酸类化合物10%、金属化合物1%，余量为水；
所述水溶性锆化合物为硝酸锆、硝酸氧锆按质量比3：1的组合物；
所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比1：1的组合物；
所述含氟化合物为氟钛酸铵、氟化铵按质量比1：3的组合物；
所述磷酸类化合物为三聚磷酸钠、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸按质量比1：3的组合物；
所述金属化合物为硝酸铝、草酸镁按质量比3：1的组合物。
水性防锈剂的制备方法同实施例1。
实施例3：
一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂，由如下重量百分比的原料组成：水溶性锆化合物8%、硅烷偶联剂0.5%、含氟化合物0.8%、磷酸类化合物7%、金属化合物0.3%，余量为水；
所述水溶性锆化合物为硝酸锆、硝酸氧锆按质量比10：1的组合物；
所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比3：1的组合物；
所述含氟化合物为氟钛酸铵、氟化铵按质量比1：3的组合物；
所述磷酸类化合物为三聚磷酸钠、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸按质量比1：2的组合物；
所述金属化合物为硝酸铝、草酸镁按质量比10：1的组合物。
水性防锈剂的制备方法同实施例1。
对比例1：
对比例1的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述硅烷偶联剂的重量百分比提高到5%。
对比例2：
对比例2的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述硅烷偶联剂的重量百分比降低到0.2%。
对比例3：
对比例3的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷。
对比例4：
对比例4的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。
对比例5：
对比例5的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比5：1的组合物。
对比例6：
对比例6的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比1：2的组合物。
对比例7：
对比例7的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述水溶性锆化合物为硝酸锆。
对比例8：
对比例8的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述水溶性锆化合物为硫酸锆。
对比例9：
对比例9的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述水溶性锆化合物为硝酸锆、硝酸氧锆按质量比1：1的组合物。
对比例10：
对比例10的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述含氟化合物为氟钛酸铵。
对比例11：
对比例11的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述含氟化合物为氟锆酸铵。
对比例12：
对比例12的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述含氟化合物为氟钛酸铵、氟化铵按质量比1:1的组合物。
对比例13：
对比例13的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述磷酸类化合物为三聚磷酸钠。
对比例14：
对比例14的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述磷酸类化合物为磷酸二氢钠。
对比例15：
对比例15的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述磷酸类化合物为1-羟基乙烷-1,1-二膦酸。
对比例16：
对比例16的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述磷酸类化合物为三聚磷酸钠、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸按质量比3：1的组合物。
对比例17：
对比例17的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述金属化合物为硝酸铝。
对比例18：
对比例18的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述金属化合物为草酸镁。
对比例19：
对比例19的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述金属化合物为硫酸锰。
对比例20：
对比例20的水性防锈剂与实施例1的不同之处在于，所述金属化合物为硝酸铝、草酸镁按质量比1：1的组合物。
对同一钢厂生产的同一批次hrb335热轧带肋钢筋（以下简称螺纹钢）进行对比试验。将未经防锈处理的穿水螺纹钢作为空白组，用实施例1-3、对比例1-20制得的水性防锈剂替代原有穿水工艺得到的螺纹钢试样作为试验组1-20，每组样品数量为10根，长度为300mm。保证每组试验螺纹钢样品的穿水时间和防锈处理时间相同，轧钢过程的各项参数保持一致，穿水或防锈处理前螺纹钢的温度均处于250-290℃范围内，试验组与空白组的区别仅在于用水性防锈剂代替原穿水工艺。
1、盐雾试验
取上述空白组和试验组1-20的螺纹钢，每组5根。按照国家标准gb/t10125-1997《金属覆盖层盐雾腐蚀实验方法》，盐雾试验溶液：nacl溶液的浓度为50±5g/l，ph值为6.5-7.2，箱内温度为35±2℃，盐雾沉降量为1.0-2.0ml/cm2•h。盐雾试验方法：试样与水平成30-45°方向放置在盐雾箱中，连续喷雾24h。结束后，放置在室内自然干燥1h，然后用室温水清洗，并立即吹干，用3mm×3mm网格测量试样腐蚀率然后取平均值，结果见表1。
2、螺纹钢混凝土握裹性能试验
取上述空白组和试验组1-20的螺纹钢，每组5根。将螺纹钢样品预埋在150mm×150mm×150mm的混凝土试块中，按行业标准混凝土试件的成型和养护方法养护后龄期后，依据dl/t5150-2001《水工混凝土试验规程》进行钢筋与混凝土握裹强度检验，结果见表1。
表1对比试验结果
从表1的对比试验结果可以看出，硅烷偶联剂的用量不能太高也不能太低，用量高虽然可以得到厚度更好的膜层，但是螺纹钢轧制后表面温度过高会影响膜层的结构和致密度，反而会降低螺纹钢的耐蚀性，同时硅烷偶联剂用量太大会降低螺纹钢与混凝土的握裹强度；硅烷偶联剂用量低则不能形成致密的膜层从而影响耐蚀性，同时也会影响握裹强度；γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的质量比也是通过筛选得到的，超出范围则达不到最佳性能。水溶性锆化合物具体选择特定质量比的硝酸锆、硝酸氧锆，超出范围则达不到最佳性能。含氟化合物具体选择特定质量比的氟钛酸铵、氟化铵，超出范围则达不到最佳性能。磷酸类化合物具体选择特定质量比的三聚磷酸钠、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸，超出范围则达不到最佳性能。金属化合物具体选择特定质量比的硝酸铝、草酸镁，超出范围则达不到最佳性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
1.一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂，由如下重量百分比的原料组成：水溶性锆化合物3-10%、硅烷偶联剂0.3-1%、含氟化合物0.3-1%、磷酸类化合物3-10%、金属化合物0.3-1%，余量为水；其特征在于，所述水溶性锆化合物为硝酸锆、硝酸氧锆按质量比3-10：1的组合物；所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比1-3：1的组合物；所述含氟化合物为氟钛酸铵、氟化铵按质量比1：3-5的组合物；所述磷酸类化合物为三聚磷酸钠、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸按质量比1：1-3的组合物；所述金属化合物为硝酸铝、草酸镁按质量比3-10：1的组合物。
2.根据权利要求1所述的一种提高螺纹钢混凝土握裹性能的水性防锈剂，其特征在于，水性防锈剂的制备方法包括以下步骤：将水溶性锆化合物与水在反应釜中混溶，然后再加入硅烷偶联剂、含氟化合物和磷酸类化合物，搅拌溶解后溶液静置冷却至室温；最后加入金属化合物，搅拌溶解后静置，即得。
技术总结