一种钢结构表面重锈清除方法及后处理方法与流程

本发明属于重度锈蚀层清除，具体涉及一种组合试剂及基于该组合试剂的钢结构表面重锈清除方法及后处理方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、在钢结构工程的养护工作中，对于钢结构工程腐蚀部位的清洗工作至关重要，决定了钢结构养护工程的质量。

3、通常情况下，钢结构工程表面的防腐涂层在复杂环境中退化失效后，钢铁会发生吸氧腐蚀产生铁锈。铁锈生成后更易储存腐蚀介质，从而导致铁锈随着时间推演逐渐老化，初期为容易去除的浮锈，长时间老化后最终形成底层附着力更强的重锈。重锈形成后不仅影响外观，而且由于钢铁腐蚀的纵向发展特性，可能会导致钢结构一步步出现更严重的腐蚀导致的力学性能下降。因此，当发现钢结构工程存在铁锈后，应该及时对腐蚀部位进行清洗，尤其是已经生成重度锈蚀层（以下文中简称“重锈”）的位置。然而，锈层结块鼓包、厚度大、与钢材基体结合牢固，钢材表面伴随大量微观锈蚀坑，仅依靠单一化学清洗、单一激光清洗或常规机械除锈手段无法将锈蚀坑内锈蚀产物完全清除，因此，开发出可以清除钢结构工程表面重锈的方法具有重要意义。

4、另外，钢结构经除锈后裸钢基体活性高，施工现场除锈与底漆涂装往往存在施工间隔，构件露天搁置时极易吸附水汽、盐分快速生成二次浮锈，需重新除锈，增加施工成本。传统临时防锈油、钝化膜去除难度大，残留组分易造成后续底漆起泡、附着力下降；临时防锈底漆需打磨除膜，工序繁琐。因此亟需配套可简易脱除的临时防护后处理工艺，在涂装前隔绝腐蚀介质，同时不破坏后续漆膜结合性能。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种组合试剂，该组合试剂配合激光破碎用于钢结构的重锈的清除，具有清除速度快，清除彻底无残留的优势。进一步地，本发明还提供了一种除锈后钢结构表面的后处理方法，通过超疏水材料对裸钢表面进行封闭，具有快速封闭、简易脱除并且不破坏后续底漆结合性能的特点。

2、根据取得的上述成果，本发明提供如下的技术方案：

3、第一方面，提供一种组合试剂，所述组合试剂至少包括润洗剂、复合洗剂及超疏水浆料，成分如下：

4、润洗剂：羟基乙叉二膦酸、柠檬酸三钠、异丙醇及钼酸钠，ph为2.5~3.5；

5、复合洗剂：羟基乙叉二膦酸四钠、柠檬酸、异丙醇、葡萄糖酸钠、钼酸钠，ph为3.5~4.5；

6、超疏水浆料：超疏水材料及羟乙基纤维素水溶液。

7、上述润洗剂中，润洗剂中的羟基乙叉二膦酸、柠檬酸三钠和葡萄糖酸钠作为铁离子的螯合剂可以有效化学溶解重锈中的铁氧化物，而钼酸钠则可以与溶解的铁离子发生反应促进化学溶解过程平衡的移动，同时润洗剂中的异丙醇可以起到渗透剂的作用，使润洗剂更容易对深层铁氧化物进行浸润溶解。

8、效果较好的实施方式中，上述润洗剂中，各成分的浓度如下：羟基乙叉二膦酸的浓度为100~130 g/l、柠檬酸三钠的浓度为150~170g/l、异丙醇的浓度为20~40g/l、钼酸钠的浓度为5~8g/l，溶剂为水，加入硫酸调节ph至2.5~3.5。

9、复合洗剂中，采用羟基乙叉二膦酸四钠、柠檬酸、葡萄糖酸钠复配多螯合体系，螯合容量更高，可充分溶解经激光破碎后的松散锈渣；体系 ph 上调至 3.5~4.5，酸性更温和，大幅降低裸钢过腐蚀风险；异丙醇持续强化缝隙渗透，钼酸钠持续钝化基材，配合电动刷机械摩擦，深入微观锈蚀坑清除深层残留锈蚀，弥补单一药剂无法抵达坑内死角的缺陷。

10、效果好的实施方式中，上述复合洗剂中，各成分的浓度如下：羟基乙叉二膦酸四钠的浓度为60~80g/l、柠檬酸的浓度为110~130 g/l、异丙醇的浓度为30~50g/l、葡萄糖酸钠的浓度为10~30g/l、钼酸钠的浓度为7~10g/l，溶剂为水，加入硫酸或者氢氧化钠调节ph至3.5~4.5。

11、上述超疏水浆料可在洁净钢表面构筑低表面能微纳疏水结构，隔绝水汽、盐分，填补除锈至涂装间的防护空白；且浆料在乙醇中具有良好的溶解度，可被完全擦除，不干扰后续底漆涂装。效果较好的一些实施方式中，所述超疏水材料的制备方法如下：

12、将硫脲溶液与氯化铜溶液按照摩尔比3~7:1~5混合后离心保留白色沉淀，按照0.1~0.5g/l的投料量将白色沉淀加入1~5g/l的硬脂酸乙醇溶液中充分搅拌，再次离心将所得产物按照1~3g/l投料量转移至8~12g/l的1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液中充分搅拌，离心保留固体部分经无水乙醇超声清洗，即得。

13、所述超疏水浆料的制备方法如下：将上述超疏水材料按照15~30g/l的投料量加入8~12g/l的羟乙基纤维素水溶液中搅拌均匀，即得。

14、在超疏水浆料的制备过程中，通过将等体积的硫脲溶液与氯化铜溶液混合，可以利用硫脲对铜离子的还原作用生成亚铜离子，亚铜离子进一步与过量的硫脲分子按1:1配位得到白色沉淀，构型为直链型，且因为氢键含有结晶水，此白色沉淀为cucl·cs(nh2)2·h2o，微观呈现纳米线状。在下一步将白色沉淀转移至硬脂酸乙醇溶液中搅拌的过程中，硬脂酸可以在氧气的作用下与白色沉淀反应，导致表面生成疏水的硬脂酸铜，微观转变为纳米丝带状。随后转移至1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液中搅拌时，未反应的cucl·cs(nh2)2·h2o中的水分子诱导1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷在纳米丝带状结构表面发生水解，水解产生的1h,1h,2h,2h-全氟癸基硅醇具有强吸附性，吸附在纳米丝带状结构表面形成硬脂酸铜-全氟硅醇，从而极大地降低了表面能，从而达到超疏水的效果，采用无水乙醇超声清洗后得到超疏水材料。经验证，涂覆超疏水浆料后的钢结构表面水接触角达到151°，证明该后处理方式能够有效的防止钢结构被水浸润。

15、由于长时间锈蚀产物的陈化，生成的重锈氧化度高且结构相对致密，甚至产生严重的锈蚀坑，很难完全去除。当采用化学清洗时，化学除锈剂很难在常温下将较为致密的重锈完全浸润溶解，因此化学清洗很难单独清除重锈。当采用激光清洗时，待清洗污染物越致密，需要选择的激光功率越高，才能对污染物产生破碎剥离的效果，但产生的热效应和基体氧化烧蚀效应则会更严重。因此，低能量的激光很难完全清除重锈，而高能量的激光不仅会对基材产生显著的热影响，还会残存严重的烧蚀产物，并且受限于光路很难对锈蚀坑内的重锈产生理想的清洗效果，故激光清洗并不适合作为终清洗手段。当采用物理机械清洗时，例如抛丸、喷丸、喷砂等，具有高动能的固体粒子会对基材产生力学影响，而且也很难清除锈蚀坑内的重锈。因此本发明采用化学预润洗-激光清洗-物理化学复合清洗的方式对重锈进行多重多步清洗，从而清除重锈，并且不对钢基体产生显著的热效应和力学效应。

16、因此，本发明第二方面，提供第一方面所述组合试剂在制备除锈产品中的应用。

17、上述应用的具体方式包括但不限于以下任意一种：

18、a1.将第一方面所述组合试剂用于制备除锈剂；

19、a2.将第一方面所述组合试剂用于钢结构表面除锈；

20、上述应用方式a1中，所述除锈剂为用于钢结构表面重锈去除的产品。

21、上述应用方式a2中，所述组合试剂还可能配合其它物理除锈的手段，示例性的，所述物理除锈手段包括但不限于抛丸、喷砂、机械打磨、激光清洗、干冰清洗、超声波清洗或火焰清洗等。

22、本发明验证的一种效果较好的实施方式中，上述组合试剂配合激光清洗具有良好的除锈效果，因此，本发明第三方面，提供一种钢结构的重锈清洗及后处理方法，所述方法采用第一方面所述组合试剂实现，包括如下步骤：

23、（1）预润洗：采用上述润洗剂浸润重锈，4~7分钟后对预润洗的重锈进行擦除；

24、（2）激光清洗：对步骤（1）擦除后的重锈进行激光清洗，激光光源的波长为1065±10 nm，枪头距离重锈50~90cm，激光入射角度为40~50°，扫描频率为80~120hz，峰值功率为400~1000w，激光频率4500~5500hz；

25、（3）复合清洗：将擦拭布浸润上述复合清洗液对步骤（2）清洗后的重锈表面进行擦拭，至锈迹完全清除后，用无水乙醇擦拭干净即可。

26、上述步骤（1）中，所述润洗剂喷洒于待处理的重锈表面，用量为100~150 ml/m2，进一步地，为120 ml/m2。

27、上述步骤（2）中，保持枪头与钢结构垂直距离50或80 cm，激光入射角度约45°，符合普通人蹲姿或站姿时枪头的距离钢结构的垂直距离。固定扫描宽度10 cm，当枪头与钢结构垂直距离50 cm时选择激光器的峰值功率为500 w，得到最佳的激光清洗效果，若峰值功率低于500 w则能量输出不够难以对重锈产生显著的烧蚀效果，若峰值功率高于500 w则能量输出过高导致基材热变形。当枪头与钢结构垂直距离80 cm时，由于辐照到钢结构表面的激光束的扫描范围更宽，因此选择激光器的峰值功率为1000 w，从而保证辐照至单位面积重锈的激光能量相同。保证激光的占空比为90%，可以通过周期内的激光脉冲对重锈产生更加显著的烧蚀、破碎、剥离效果。

28、上述步骤（3）中，擦拭布浸润清洗剂后通过物理化学复合清洗的方式清洗经过步骤(2)处理的重锈表面。由于步骤(2)可以烧蚀、破碎重锈，因此在复合清洗过程中，擦拭布中的清洗剂可以进一步与破碎松动的铁锈接触，清洗剂中可以溶解铁锈的羟基乙叉二膦酸四钠、柠檬酸、葡萄糖酸钠和钼酸钠进一步发挥清洗作用，而异丙醇可以渗透铁锈提升清晰效果，ph4则会产生最佳的清洗效果。因此，在步骤(3)的复合清洗时，擦拭布反复擦拭的机械作用协同化学清洗作用对重锈产生优异的去除效果，最终使被激光破碎的重锈被根除，并且可以对锈蚀坑内的重锈产生优异的清洗效果。进一步地，所述擦拭可以是人工实现、也可以通过电动清洁刷等进行擦拭。

29、经过上述步骤（1）-（3）完成重锈清除后，采用无水乙醇擦拭处理后的钢结构可以保障其干燥稳定。由于刚除锈的新鲜钢基体活性极高，无钝化保护，常温下数小时就会快速生成薄浮锈，并且大型钢结构除锈后往往难以立刻进行底漆喷涂，因此，本发明第四方面，提供一种除锈后钢结构表面的后处理方法，所述方法包括采用第一方面所述的超疏水浆料对除锈的钢结构表面进行处理。

30、进一步地，所述后处理方法包括对第三方面步骤步骤（3）擦拭干净后的钢结构表面涂抹所述超疏水浆料；在底漆喷涂之前，通过无水乙醇充分擦去所述超疏水浆料。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、1、本发明首先提供一种协同激光除锈的组合试剂，包括润洗剂、复合洗剂及后处理试剂。其中，润洗剂及复合洗剂以羟基乙叉二膦酸、柠檬酸（盐）和葡萄糖酸钠作为螯合剂，充分溶解重锈中的铁离子，另外引入浸润剂加强渗透作用，钼酸钠可加速铁离子的消融。不含磷酸、强酸、硫脲、磷酸锌等易腐蚀、易残留干扰涂装的原料；搭配钼酸钠同步实现除锈催化与基体缓蚀，不会造成钢材氢脆、点蚀，无大量酸雾污染，废液磷酸盐负荷低，相比传统强酸、磷酸型除锈剂施工更安全、环保处理成本更低。两级药剂梯度 ph 设计，预润洗弱酸溶胀、复合清洗温和除残锈，全程兼顾除锈效率与基材保护。

33、2、本发明提供的组合试剂中，还包括了对除锈后钢结构表面进行后处理的超疏水试剂。现有封闭方法通常采用防锈油/防锈脂等，难以充分去除，残留在钢结构表面会显著降低底漆与钢结构的结合强度。本发明提供的这种后处理方式，可通过无水乙醇完全擦拭去除，无组分残留，不会破坏后续富锌底漆附着力，划格测试漆膜附着力可达 0 级，适配钢结构标准化防腐涂装流程。

34、3、本发明提供了一种 “预润洗 - 激光清洗 - 复合精洗 - 超疏水后处理” 完整工艺闭环。除锈后涂覆超疏水浆料可构筑高水接触角防护层，隔绝水汽、盐分，避免裸钢在等待底漆涂装期间快速二次锈蚀；且该浆料工序简洁、综合施工成本更低，工程适用性强。预润洗仅需 4~7 min 即可完成表层锈皮剥离，无需长时间浸泡；全程无需大型抛丸、喷砂设备，手持式激光及电动擦拭即可现场作业，适配桥梁、厂房、塔筒等大型、异形钢结构分段施工。