CN101948264B

CN101948264B - 一种混凝土钢筋阻锈剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101948264B
Application number: CN 201010517142
Authority: CN
Inventors: 张大全; 高立新; 吴欢; 辛志玲
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: CN101948264A

Abstract

本发明公开了一种混凝土钢筋阻锈剂及其制备方法。即由二元羧酸和有机胺反应制备气相缓蚀剂，并在此基础上制得混凝土钢筋阻锈剂。钢筋阻锈剂按所含原料的质量百分比组成计算为单氟磷酸钠5%~10%、葡萄糖酸钙2%~5%、气相缓蚀剂20%~40%、余量为水。本发明涉及的混凝土钢筋阻锈剂，不含亚硝酸盐，含有气相缓蚀剂的成分，在混凝土中具有迁移扩散的功能。本发明与传统的钢筋阻锈剂相比具有缓蚀阻锈性能优异、环保性好等优点，可广泛应用于海港工程、沿海建筑、盐碱地地区建筑以及其他有防止混凝土钢筋锈蚀要求的建构筑物的新拌钢筋混凝土施工中，也可以用于重大工程建设项目的钢筋混凝土结构的修复和日常的维护保养中。

Description

一种混凝土钢筋阻锈剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土钢筋阻锈剂及其制备方法，特别涉及一种含有气相缓蚀剂的混凝土钢筋阻锈剂及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土结构是一种经济实用的结构材料，广泛地应用在桥梁、海底隧道和大型海洋平台等重大工程建设中。通常，重大的基础性工程设计寿命长达100年，混凝土结构的过早破坏不仅引起严重的经济损失，有时还带来重大的社会危害和环境灾难。混凝土发生碳化，或者受到侵蚀性离子（如Cl-）的进攻，混凝土钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀是混凝土结构破坏的主要原因之一。钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构性能的影响主要体现在三个方面：（1）钢筋锈蚀使钢筋截面减小，从而使钢筋承载能力下降，极限延伸率减小；（2）钢筋锈蚀产物的体积相对于钢铁本身而言可以膨胀6.4倍左右，体积膨胀产生的压力可使混凝土产生顺筋开裂，严重时可使混凝土保护层剥落；（3）钢筋锈蚀使钢筋与混凝土之间的粘结力下降，使结构的可靠度降低。采用钢筋阻锈剂是经济、有效、使用方便的预防混凝土钢筋锈蚀的方法。近几年来，国家对重要工程的耐久性越来越重视。国内有多种国产和进口的钢筋阻锈剂产品销售。Ca(NO₂)₂作为钢筋阻锈剂的主流产品在工程上已得到了大量应用。亚硝酸盐类是一类典型的阳极型阻锈剂, 用量不足会引起严重的局部腐蚀。随着人们环保意识的增强，亚硝酸盐的潜在致癌作用也引起了人们的重视，有机阻锈剂已成为钢筋阻锈剂研究开发的热点。有机钢筋阻锈剂通常有胺类、醛类、炔醇类、有机磷化合物、有机硫化合物、羧酸及其盐类、磺酸及其盐类、杂环化合物等，有机阻锈剂的优点是无毒、环境安全性好，能对钢筋腐蚀阴极和阳极电化学过程同时起抑制作用。美国Cortec公司率先将气相缓蚀剂与其它有机阻锈剂复合用于保护钢筋混凝土，气相缓蚀剂可以利用混凝土的多孔结构，通过液相和气相扩散到达钢筋表面，形成有效的保护膜。气相缓蚀剂即使不与钢筋直接接触，也能在混凝土中渗透扩散一定距离而到达钢筋表面，起到对钢筋的保护作用。目前，研究较多的迁移型阻锈剂包括胺、氨基醇、吗啉多元胺、脂肪酸酯等。中国发明专利申请200710036821.0、201010140907.X、200910080844.0、200910080843.6公开了钢筋阻锈剂配方，涉及的化合物主要为：胺基醇、环氧改性多元胺、碳酸环己胺、烷基酰胺酸盐等。

但上述阻锈剂存在防锈性能和扩散性能不理想的技术问题。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题，提供一种通过酸碱成盐反应，制备二元羧酸衍生的气相缓蚀剂，进而开发一种混凝土钢筋阻锈剂。

在混凝土的多孔结构中，气相缓蚀剂可通过液相和气相扩散到达钢筋表面，形成有效的保护膜。本发明可以充分发挥二元羧酸的优异防锈性能，显著提高对混凝土钢筋的保护作用。

本发明的技术方案

一种混凝土钢筋阻锈剂，其原料的质量百分比组成如下：

单氟磷酸钠 5%~10%

葡萄糖酸钙 2%~5%

气相缓蚀剂 20%~40%

余量为水；

其中所述的气相缓蚀剂包括：二元酸、有机胺和水，其中二元酸、有机胺和水的摩尔比按二元酸：有机胺：水为1:2.05~2.20：11~18；

其中所述的二元酸为己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、葵二酸；

所述的有机胺为乙醇胺、吗啉、环己胺、二环己胺。

所述的气相缓蚀剂通过下述方法制备：

将二元酸和有机胺与水混合，反应2~4小时至溶液澄清，然后浓缩结晶，得到气相缓蚀剂固体。

上述所述的混凝土钢筋阻锈剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）、气相缓蚀剂的制备

将二元酸和有机胺与水混合，反应2~4小时至溶液澄清，然后浓缩结晶，得到气相缓蚀剂；

（2）、原料的混合

将步骤（1）所得的气相缓蚀剂、单氟磷酸钠、葡萄糖酸钙和水按上述所述的比例混合后经充分的搅拌均匀，并用乙醇胺调pH为7~8，即得本发明的一种混凝土钢筋阻锈剂。

本发明的有益效果

本发明相对于现有技术，由于采用了二元酸衍生的气相缓蚀剂作为钢筋阻锈剂的配方，具有良好的迁移扩散性能，能通过液相和气相在混凝土的多孔结构中进行迁移扩散，同时发挥二元酸优异的螯合防锈能力，从而显著提高了钢筋阻锈剂的阻锈效果，同时满足钢筋阻锈剂掺杂使用和涂刷修补的需要。

另外，本发明所用原料易得、对环境无污染，适合大规模工业化生产；其反应步骤少、反应简单，反应可以在常规条件下完成，对设备的要求低，通过上述方法得到的阻锈剂具有优良的阻锈效果。本发明制备的阻锈剂既可用于海上工程中新拌钢筋混凝土施工，也可涂覆于老的混凝土外露面或参入混凝土修补砂浆中，用于混凝土结构的修补工程。

附图说明

图1、在含阻锈剂1的浸泡液中的钢筋电极自腐蚀电位波动图

图2、在含阻锈剂2的浸泡液中的钢筋电极自腐蚀电位波动图

图3、在含阻锈剂3的浸泡液中的钢筋电极自腐蚀电位波动图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明详细描述，但是并不限制本发明。

实施例1

称取14g的己二酸于1000 mL的烧杯中，加入20 mL的去离子水，室温搅拌下缓慢加入20g 环己胺，（其中二元酸、有机胺和水的摩尔比按二元酸：有机胺：水为1：2.1：11.6）直至完全反应，溶液变为透明澄清，然后加热浓缩，至溶液表面出现不溶物膜，冷却至室温，过滤等固体28g，即为气相缓蚀剂1。

称取16g（22.0%）气相缓蚀剂1、4g（5.5%）单氟磷酸钠和3g（4.1%）葡萄糖酸钙溶于50mL去离子水中，搅拌，用乙醇胺调pH为7~8，即得钢筋阻锈剂1。

实施例2

称取10g壬二酸于1000mL的烧杯中，加入15mL的去离子水，室温搅拌下缓慢加入10g吗啉，（其中二元酸、有机胺和水的摩尔比按二元酸：有机胺：水为1：2.1：15.7）直至完全反应，溶液变为透明澄清，然后加热浓缩，至溶液表面出现不溶物膜，冷却至室温，过滤等固体17g，即为气相缓蚀剂2。

称取15g（21.1%）气相缓蚀剂2.4g（5.6%）单氟磷酸钠和2g（2.8%）葡萄糖酸钙溶于50mL去离子水中，搅拌均匀，用乙醇胺调pH为7~8，即得钢筋阻锈剂2。

实施例3

称取15g葵二酸于1000 mL的烧杯中，加入20 mL的去离子水，室温搅拌下缓慢加入10g乙醇胺，（其中二元酸、有机胺和水的摩尔比按二元酸：有机胺：水为1：2.2：15）直至完全反应，溶液变为透明澄清，然后加热浓缩，至溶液表面出现不溶物膜，冷却至室温，过滤等固体22g，即为气相缓蚀剂3。

称取20g（26.3%）气相缓蚀剂3.4g（5.3%）单氟磷酸钠和2g（2.6%）葡萄糖酸钙溶于50 mL去离子水中，加入，搅拌，用乙醇胺调pH为7~8，即得钢筋阻锈剂3。

实施例4

将Q235钢做成表面为120mm×60mm的工作电极。试验溶液为含1.15%NaCl的饱和Ca(OH)₂溶液，分别加入2.2%（重量比）的钢筋阻锈剂1、2和3。将配制好的溶液分别倒入烧杯中，溶液高度为40mm，将电极浸入溶液中，将烧杯密封。测量时，将电极触接高内阻电压表的正端，负端接甘汞电极。测量时间分别是1h、2h、3h、6h、1d、3d、5d、7d。测量时观察电极表面有无锈蚀发生，并分别记录钢筋电极的自腐蚀电位变化，结果分别见图1、图2和图3。从图1、图2、图3分别可以看出所有钢筋自腐蚀电位在0~ -250mv范围内，符合YB/T 9231-98阻锈剂标准要求。7天内钢筋电极表面均无锈蚀发生，表明其具有优异的阻锈性能。

实施例5

混凝土配比为，灰：砂：水=1：2.5：0.5；按水泥量的5%分别掺入阻锈剂1、2和3。Q235钢车成直径为10mm、长度为50mm的试棒，表面粗糙度达到实验要求。将此钢筋试棒埋入上述砂浆正中，钢筋周围及底面砂浆保护层厚度均为20mm，标准养护7天。将此钢筋试样用导线引出作为工作电极，甘汞电极作为参比电极，不锈钢电极为辅助电极，测试溶液为3% NaCl溶液，于1400mV极化72小时后，测其电流值，均小于150μA，按YB/T 9231-98阻锈剂标准要求合格。

实施例6

混凝土配比为，灰：砂：水=1：2.5：0.5；按水泥量的5%分别掺入阻锈剂1、2和3。Q235钢车成直径为10mm、长度为50mm的试棒，表面粗糙度达到实验要求。将此钢筋试棒埋入上述砂浆正中，钢筋周围及底面砂浆保护层厚度均为20mm，标准养护7天，然后开始实验。循环制度为：3%NaCl溶液浸泡16h、75℃烘4h、室温停放4h，24h为一个循环，时间为两个月。两个月后破样检查，钢筋表面无锈蚀，按YB/T 9231-98阻锈剂标准要求合格。

实施例7

符合GB/T 8076-1997 附录A的规定的基准水泥，符合GB/T 14684要求的细度模数为2.6~2.9的中砂，符合JGJ 63要求的水，按JGJ 55的基准混凝土配合比制备混凝土拌合物。同时，按水泥量的5%分别加入阻锈剂1、2和3，制备含有阻锈剂的混凝土拌合物，分别测得混凝土拌合物的凝结时间，见表1：

表1 混凝土拌合物凝结时间

混凝土拌合物	凝结时间(min)
		空白	510
阻锈剂1	537
		阻锈剂2	574
阻锈剂3	500

经过试验，三种阻锈剂的凝结时间相对于基准空白组均在-60min~120 min范围内，合格。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于其原料组成按质量百分比计算如下：

单氟磷酸钠 5%～10%

葡萄糖酸钙 2%～5%

气相缓蚀剂 20%～40%

余量为水；

其中所述的气相缓蚀剂是由二元酸、有机胺和水反应制得，其中所述的二元酸、有机胺和水的摩尔比按二元酸：有机胺：水为1:2.05～2.20：11～18；

所述的气相缓蚀剂通过下述方法制备：

将二元酸和有机胺与水混合，反应2～4小时至溶液澄清，然后浓缩结晶，得到气相缓蚀剂固体。

2.如权利要求1所述的混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于其原料组成按质量百分比计算如下：

单氟磷酸钠 5.3%～5.6%

葡萄糖酸钙 2.6%～4.1%

气相缓蚀剂 21.1%～26.3%

余量为水；

其中所述的气相缓蚀剂是由二元酸、有机胺和水反应制得；其中二元酸、有机胺和水的摩尔比按二元酸：有机胺：水为1:2.1～2.2：12～16。

3.如权利要求1或2所述的混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于：

所述的二元酸为己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、葵二酸；

所述的有机胺为乙醇胺、吗啉、环己胺、二环己胺。

4.如权利要求1或2所述的混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于：

所述的二元酸优选为己二酸、壬二酸、葵二酸；

所述的有机胺优选为乙醇胺、吗啉、环己胺。

5.如权利要求1或2所述的混凝土钢筋阻锈剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）、气相缓蚀剂的制备

将二元酸和有机胺与水混合，反应2～4小时至溶液澄清，然后浓缩结晶，得到气相缓蚀剂固体；

（2）、原料的混合

将步骤（1）所得的气相缓蚀剂与单氟磷酸钠、葡萄糖酸钙和水按比例混合后并充分搅拌均匀，即得一种混凝土钢筋阻锈剂。