CN102190454A - 一种掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料领域，具体说是涉及到一种掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂。所述阻锈剂组成按重量百分比为：咪唑啉衍生物5～30％，有机醇5～15％，有机金属盐0.3～1.5％，水60～85％。使用时按阻锈剂推荐用量直接加到水中溶解混合即可，同时按组成中水的比例扣减相应混凝土浇注时的用水量。其添加量以每立方米混凝土构建物所需要的水泥量计算。本发明可有效降低和减缓混凝土中钢筋的锈蚀，降低氯离子对钢筋表面钝化性能的破坏，从而延长氯离子诱发钢筋腐蚀的时间。该阻锈剂可广泛应用于近海、海港码头、沿海工业和民用钢筋混凝土建筑。
Description
技术领域：
本发明涉及建筑材料领域，具体说是涉及到一种掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂。
背景技术：
钢筋的锈蚀是混凝土结构性能退化和过早失效的主要原因。腐蚀不仅可造成巨大的经济损失，而且关系到安全、资源的有效利用和环境保护等问题，甚至给社会带来负面冲击。据统计，在美国仅2002年与钢筋混凝土结构相关的腐蚀损失就高达700亿美元，57.5万座钢筋混凝土桥梁中50％以上出现了钢筋的腐蚀问题，为此每年所付出的维修费用达200亿美元。在欧洲1996年因腐蚀而花费在高速公路及海滩建筑的修复费用也高达10亿欧元。2002年中国工程院《中国工业与自然环境腐蚀问题的调查与对策》咨询报告中预计，我国每年因钢筋混凝土腐蚀造成的经济损失可高达1000亿元。因此，自20世纪80年代末以来，混凝土中钢筋的腐蚀与防护问题日益受到世界各国的高度重视。
与均相体系中金属的腐蚀相比，混凝土中钢筋的腐蚀是一个比较复杂的过程，受多种因素的影响。其中，混凝土的碳化和Cl-的侵蚀被认为是引起钢筋锈蚀的主要原因。为减少或延缓钢筋的腐蚀，有许多方法被应用于大量工程实践。其中阻锈剂被认为是最为经济、有效和简单易行的重要技术之一。资料显示，1993年全世界约0.2亿m3混凝土使用了钢筋阻锈剂，到1998年，至少5亿m3混凝土使用了阻锈剂，可见钢筋阻锈剂的工程应用发展之迅猛。文献调研表明，现用阻锈剂多以无机盐为主，如亚硝酸盐，聚磷酸盐等。其中，亚硝酸盐是应用最早，也是应用最广的一类。然而，随着环保法规的日益严格和人们对环保认识的不断提高，一些对人类健康有害和对环境污染的阻锈剂，西方发达国家已禁止使用。因此，研究开发高效，低毒的阻锈剂技术已成为现实工程的需要。
大量研究表明，富含N，S，P，O和π键的有机杂环类化合物因其能提供或接受电子而在金属表面形成一层吸附保护膜，从而对金属起到防护作用，有可能成为替代无机盐类的阻锈剂。因此，近年来相关研究工作已受到国内外的格外重视。
发明内容：
针对现有阻锈剂技术的不足，本发明目的在于提供一种全有机、低毒、可有效降低或减缓混凝土中钢筋锈蚀，降低氯离子对钢筋表面钝化性能破坏，从而延长氯离子对钢筋局部腐蚀诱发时间，对混凝土本体性能无明显负面影响的掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂。
实现本发明的技术方案如下：
一种掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂，其组成包括咪唑啉衍生物、有机醇、有机金属盐和水，各组份所占总重量的百分比为：
咪唑啉衍生物：5～30％；
有机醇： 5～15％；
有机金属盐： 0.3～1.5％；
水： 60～85％。
本发明所用的咪唑啉衍生物是包括：
结构的化合物中的一种或二种的混合物。其中，-(CH2)nH中可能包括多个-OH基团和C＝C基团，n＝5-17，m＝1-3。
本发明所用的有机醇包括：甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、异戊二醇中的一种或一种以上的混合物。
本发明所用的有机金属盐包括：山梨酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸铝、、硬脂酸钡、硬脂酸锌、醋酸锌、葡萄糖酸锌和二烷基二硫代磷酸锌中的一种。
本发明所用的水为市政自来水。
按上述各组份比例将咪唑啉衍生物、有机醇、有机金属盐和水进行搅拌混合均匀，即可得到本发明的混凝土钢筋阻锈剂。
本发明通过组份间的协同效应，其阻锈机制简述如下：
(1)阻锈剂混合物中的氨基和羟基，通过静电吸附或提供共价电子对的方式在钢筋表面形成一层牢固的吸附膜，从而阻碍与腐蚀相关物质在钢筋/溶液界面间的自由迁移，尤其是可有效阻滞氯离子对钢筋的侵蚀作用；
(2)分子模拟计算表明，阻锈剂化合物中的咪唑环，既可以提供电子与铁的d轨道形成共价键合，又可以接受来自铁的电子形成反馈键。与在Fe3O4和Fe2O3表面吸附相比，咪唑环在Fe表面的吸附最强。阻锈剂具有阴极型阻锈剂特征。
(3)阻锈剂混合物中的羟基醇能与铁离子络合形成一种复合物而覆盖在钢筋表面，对钢筋的锈蚀起到保护作用。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明提供的掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂，使用时按阻锈剂推荐用量直接加到水中溶解混合即可，同时按组成中水的比例扣减相应混凝土浇注时的用水量，使用方便，无需增加额外工序。本发明的阻锈剂可有效降低和减缓混凝土中钢筋的锈蚀，降低延长氯离子对钢筋表面钝化性能的破坏，从而延长氯离子诱发钢筋腐蚀的时间。
2、本发明阻锈剂可广泛应用于近海、海港码头、沿海工业和民用钢筋混凝土建筑。
附图说明
图1为本发明阻锈剂与基准样防锈性能长期检测结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的过程和效果做进一步说明。
本发明中，咪唑啉衍生物可通过有机酸与有机多胺按现有文献合成路线制备，现有文献请参见：
(1)美国专利，USA Patent，1978，No.4,161,604；
(2)日本专利，公开特许公报，昭50-51437；
(3)法国专利，Fr.Patent，1,158,594；
(4)中国专利，CN Patent，1990，公开号1,030,263。
实施例1
称取5kg咪唑啉A，10kg乙醇混合均匀后，加入84.4kg的自来水，搅拌溶解均匀后，再加入0.6kg山梨酸钠，搅拌溶解后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。
本实施例中，咪唑啉A化合物具体结构如下：
实施例2
称取15kg咪唑啉A，10kg乙二醇混合均匀后，加入74kg的自来水，搅拌溶解均匀后，再加入1kg硬脂酸铝，搅拌溶解后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。
本实施例中，咪唑啉A化合物具体结构如下：
实施例3
称取30kg咪唑啉B，5kg异丙醇混合均匀后，加入64.7kg的自来水，搅拌溶解均匀后，再加入0.3kg硬脂酸钙，搅拌溶解后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。
本实施例中，咪唑啉B化合物具体结构如下：
实施例4
称取5kg咪唑啉A、10kg咪唑啉B，与5kg乙二醇混合均匀后，加入79kg自来水，搅拌溶解均匀后，再加入1kg葡萄糖酸锌，搅拌溶解后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。
本实施例中，咪唑啉A化合物具体结构如下：
本实施例中，咪唑啉B化合物具体结构如下：
实施例5
称取15kg咪唑啉A、15kg咪唑啉B，与2kg乙二醇、5kg丙三醇混合均匀后，加入62.5kg自来水，搅拌溶解均匀后，再加入0.5kg二烷基二硫代磷酸锌，搅拌溶解后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。
本实施例中，咪唑啉A化合物具体结构如下：
本实施例中，咪唑啉B化合物具体结构如下：
实施例6
称取5kg咪唑啉A、15kg咪唑啉B，与5kg乙二醇、5kg丙三醇和5kg异丁醇混合均匀后，加入63.5kg的自来水，搅拌溶解均匀后，再加入1.5kg硬脂酸钙，搅拌溶解后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。
本实施例中，咪唑啉A化合物具体结构如下：
本实施例中，咪唑啉B化合物具体结构如下：
在混凝土中，分别加入2.0％本发明实施例1(图1中以“-■-”表示)，实施例2(图1中以“-▲-”表示)，实施例5(图1中以“-△-”表示)和实施例6(图1中以“-
-”表示)所制备的阻锈剂(按所需水泥重量计算)，而后将其阻锈性能与基准样对比(图1中以“-●-”表示)。混凝土试块配比见表1。其他条件为：浸泡液为饱和NaCl水溶液，由一次蒸馏水和分析纯NaCl制成。硬化混凝土试块制作参照国标GB/T50081-2002进行，制备完成24后脱模，标准养护28天后进行饱和盐水浸泡；硬化钢筋混凝土试块中腐蚀电化学检测参照ASTM-G 109进行。
表1混凝土试块配比
| 阻锈剂添加量/wt％(以水泥重量计算) | 水泥添加量/g | 河沙添加量/g | 蒸馏水添加量/g | |
| 基准样实施例1实施例2实施例5实施例6 | 02222 | 460460460460460 | 920920920920920 | 230230230230230 |
从图1可以看出，基准样在饱和NaCl水溶液中浸泡10天后腐蚀电流密度快速增大，而后随浸泡时间的延长，电流密度逐渐降低，在浸泡约150天后又逐渐增加。而加入2％本发明阻锈剂的试样，除实施例2外，其余在浸泡80天内腐蚀电流密度一直保持在较低的水平，而后电流密度略有上升，在浸泡140天后腐蚀电流密度又开始降低，证明本发明的阻锈剂可有效延长钢筋的锈蚀时间，对钢筋具有优良的阻锈性能。
Claims (5)
1.一种掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂，其特征是，所述的阻锈剂组成按重量百分比为：
咪唑啉衍生物 5～30％；
有机醇 5～15％；
有机金属盐 0.3～1.5％；
水 60～85％。
2.根据权利要求1所述的掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂，其特征是：所述的咪唑啉衍生物由C6～C18有机酸、蓖麻油、油酸、妥尔油和环烷酸中的一种或一种以上的混合物与邻苯二胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺中的一种经缩合-环化反应后制得。
3.根据权利要求1所述的掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂，其特征是：所述的有机醇为甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、异戊二醇中的一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂，其特征是：所述的有机金属盐为山梨酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硬脂酸钡、硬脂酸锌、醋酸锌、葡萄糖酸锌和二烷基二硫代磷酸锌中的一种。
5.根据权利要求2所述的掺入型全有机混凝土钢筋阻锈剂，其特征是，所述的咪唑啉衍生物是含有：
结构的化合物，其中n＝5-17，m＝1-3。
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