CN102257224B - 用于增强水泥基质的绳索 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于增强水泥基质的绳索。该绳索包含多根捻合在一起的涂覆的金属纤丝以形成所述绳索。该绳索显示横截面，其中三根或更多根所述的纤丝形成封闭亚结构，该亚结构在三根或更多根纤丝中间具有空隙。该绳索还包含保护性化合物，其中保护性化合物至少存在于所述空隙中。保护性化合物给予涂覆的金属元件以阴极保护。本发明还涉及包含多个绳索的结构，例如编织、纺织、编造、焊接或粘接的结构。此外，本发明还涉及用根据本发明的绳索增强的水泥基质和在绳索嵌入水泥基质的界面处抑制氢气放出的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于增强水泥(cementitious)基质的绳索，其至少在绳索的空隙中存在保护性化合物，并且涉及包含数根这样的绳索的结构。
本发明还涉及包含至少一根这样的绳索的增强水泥基质。此外，本发明涉及抑制氢气放出的方法。
背景技术
众所周知，用金属元件如钢纤维增强的混凝土结构可以给予基质所需的机械性能。
由于裸露的钢元件可遭受腐蚀，因此建议使用镀锌钢元件以便赋予钢元件长期的耐腐蚀性。镀锌的增强钢元件尤其适用于增强用于建筑目的的混凝土，其中增强的混凝土在建筑开始之前将暴露于气象条件下，例如在预制建筑中。
然而，在混凝土中使用镀锌钢元件产生的问题是：在混凝土硬化过程中，钢元件的镀锌表面将与混凝土的碱性环境反应以形成锌盐，其伴随着氢气的放出。这种效应出现在将强的电负性元素如锌、铝或镁暴露于水中时。元素具有如在标准ASTM G15-93中确定的开路电势。在高pH值下，开路电势降到低于氢放出电势并且因此引发氢离子的还原从而导致氢气的放出。
氢气放出导致强度和耐久性的问题以及美观问题。由于氢气在金属元件和混凝土的界面处放出，金属元件和混凝土之间的粘结强度降低。这导致增强混凝土的强度降低。由于合金镀层在碱性环境中的反应，合金涂层的厚度减少，从而导致耐久性的问题。该合金涂层可以是例如锌、铝或镁。
混凝土中镀锌钢元件的问题描述于″Effect ofchemical-physical interaction between galvanized steel fibresand concrete″，T.Belleze，R.Fratesi，C.Failla，6th RILEMSymposium on Fibre-Reinforced Concretes(FRC)BEFIB 2004，20-22September 2004，239-248。
为了防止氢气的放出，可以钝化镀锌钢元件的表面。这可以通过用铬基化合物处理镀锌钢元件而实现。天然存在于混凝土中的铬酸盐也可足以保护镀锌钢元件。
然而，近年来已经认识到六价铬引起了严重的环境问题和健康问题。因此，已经严格限制了六价铬在众多工业工艺及产品如水泥和混凝土中的使用量。
其它保护镀锌钢的尝试包括施加环氧树脂涂层到镀锌钢上。例如在JP 53-078625中描述了涂有环氧树脂涂层的镀锌钢用于增强混凝土。然而，当环氧树脂涂层作为对于腐蚀性环境的阻挡体时，环氧树脂涂层具有严重的缺点。如果环氧树脂涂层中存在缺陷，侵蚀剂可以通过该缺陷渗透过阻挡体，则腐蚀将集中在这些区域上。局部腐蚀可使钢元件在涂层受损的地方断裂。环氧树脂涂层的完整性因此是重要的，因为膜必须没有孔隙、裂纹和受损区域。环氧树脂涂层易碎。因此，环氧树脂涂覆的金属元件在储存、输送和处理时必须非常小心地处理。相应地，因为增强元件在混凝土中的混合或安装是剧烈的操作，从而增强元件表面上的局部损坏是不可避免的，对于混凝土的增强而言，使用环氧树脂涂覆的金属元件或在表面处施加其它的化合物不是一个好的选择。
已经试验了许多本领域已知的缓蚀剂如磷酸盐、硅酸盐、硅烷、碳酸盐和碳酸、硫化物和巯基衍生物、胺和磺酸盐。然而，这些缓蚀剂没有产生充分的结果，因为它们不能避免氢气的放出。
因此，在不使用铬化合物并且不需要100％封闭的阻挡涂层的条件下获得对钢元件和涂覆的金属元件的充分保护仍然是一个问题，并且仍然需要有效的方案。
申请人的WO2006067095A1描述了包含水泥基质和涂锌的金属元件的增强结构，其中在所述涂锌的金属元件和所述水泥基质的界面处采用给予所述涂锌的金属元件阴极保护的化合物处理所述增强结构。该化合物选自咪唑、三唑和四唑，其中所述咪唑包含苯并咪唑(BZI)。
然而，需要将足够量的化合物施加于表面以有效抵制氢气放出。不仅是将足够量的化合物施加到例如涂锌的金属元件的表面的方法在工业上非常困难，而且所述元件在储存、输送和处理时必须非常小心地处理以防止对表面的损坏。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于增强水泥基质的绳索。
本发明的另一个目的是提供包含至少一根这样的绳索的结构。
本发明的又一个目的是提供采用至少一根这样的绳索增强的水泥基质。
此外，本发明的一个目的是提供在这样的绳索和水泥基质的界面处抑制氢气放出的方法。
根据本发明的第一方面，提供用于增强水泥基质的绳索。该绳索包含多根涂覆的金属纤丝，其捻合在一起以形成绳索。当现在从几何配置看绳索时，可以想象一系列具有垂直于绳索轴向的平面的横截面。在这样的横截面中，可以观察到围绕空穴的邻近纤丝的亚结构。随着平面沿着绳索的轴向推进，纤丝保持为彼此邻接。这些亚结构在每段铺设长度上做一次旋转，垂直的平面沿着绳索的轴向而推进。这样的亚结构的存在取决于将纤丝以这样的设置添加至绳索中的方式：这种设置通常被称为绳索的“构造”。在根据本发明的绳索的横截面中，存在至少一种封闭的亚结构。在封闭的亚结构中邻近的纤丝距离邻近的纤丝最大为100μm，即封闭的亚结构的邻近纤丝的外表面距离邻近的纤丝最大为100μm。更优选地，封闭的亚结构邻近的纤丝距离邻近的纤丝最大为30μm、20μm、10μm、5μm或2μm，彼此的接触显然不包含于其中。当这样的接触发生时，其将发生在绳索的实际长度上，并因此被称作“线接触”。
除了纤丝，绳索还包含保护性化合物。为了本发明的目的，“保护性化合物”是指给予涂覆的金属元件阴极保护的任何化合物。保护性化合物优选自咪唑、三唑和四唑。保护性化合物的主要功能是为了在增强结构的混合、灌注、固化和/或硬化期间在涂覆的金属元件和水泥基质的界面处避免氢气的放出。因此，保护性化合物存在于涂覆的金属纤丝和水泥基质的界面处是重要的。在金属元件的镀锌表面需要保护的关键时期是水泥基质硬化的时期，即浇注后第一个24小时直到第一个72小时。
在本发明的一个优选的实施方案中，保护性化合物包含咪唑如甲硅烷基-咪唑或苯并咪唑。优选的甲硅烷基-咪唑包含N-(三甲硅基)-咪唑；优选的苯基咪唑包含2-巯基苯并咪唑或2-巯基-1-甲基苯并咪唑。
如上所提及，保护性化合物存在于涂覆的金属纤丝和水泥基质的界面处并且这在水泥基质的硬化期间是重要的。为了充分地保护涂覆的金属纤丝，大量的保护性化合物存在于涂覆的金属纤丝处并且特别是存在于涂覆的金属纤丝与水泥基质的界面处是必要的。
这些问题通过提供这样的绳索得到解决：其中保护性化合物至少存在于绳索的一个或多个封闭的亚结构的一个或多个空隙中。
在一个或多个空隙中的保护性化合物产生了化合物容器-效应(container-effect)。该化合物容器-效应的优点是可将更多的保护性化合物储存于核心中。此外，由于可储存更多的保护性化合物，当将绳索与水泥基质接触时，保护性化合物例如可通过扩散的方法输送至绳索的外围。当将绳索引入水泥基质时即使没有保护性化合物存在于绳索的外围，例如因为没有保护性化合物被施加在绳索的外围处或因为由于绳索的储存、输送和/或处理而移除保护性化合物，保护性化合物仍将存在于涂覆的金属纤丝-水泥基质的界面处，因为保护性化合物例如通过扩散的方法将输送至绳索的外围。
根据本发明，保护性化合物至少存在于绳索的封闭的亚结构的一个或多个空隙中。此外，保护性化合物可存在于绳索的一根或多根纤丝上，例如在绳索的外围上设置的纤丝上，即，一旦将绳索嵌入水泥基质中就与水泥基质接触的纤丝。
如果绳索储存保护性化合物的能力(capacity)高于绳索在绳索的单根纤丝的总表面上储存保护性化合物的能力，则观察到化合物容器-效应。为了本发明的目的，绳索储存保护性化合物的能力通过c值(容器值)表示并且根据下式计算：
c＝(x+y)/x
其中
x＝在绳索的单根纤丝的总表面上施加的保护性化合物的数量(以g/m2表示)；
y＝绳索的(一个或多个)亚结构的一个或多个空隙中储存的保护性化合物的数量(以g/m2表示)。
x不依赖于纤丝直径和绳索构造并且与施加在丝或纤丝上的保护性化合物的数量相对应。
为了具有化合物容器-效应，y值高于0。换句话说，为了具有化合物容器-效应，值c高于1。更优选地，值c高于1.5并且最优选地值c高于2或者甚至高于5或高于10。
着重注意，值c不依赖于绳索的构造。
本领域技术人员清楚：在绳索的单根纤丝的总表面上施加的保护性化合物的数量(以g/m2表示)和储存于绳索的(一个或多个)亚结构的一个或多个空隙中的保护性化合物的数量(以g/m2表示)取决于用于施加保护性化合物的溶液中的保护性化合物的浓度。该浓度可在0wt％-100wt％之间变化，其中0％的浓度是指没有保护性化合物存在于溶液中；而100％的浓度是指采用纯的保护性化合物。所有其它的百分比是指由包含保护性化合物的溶液施加保护性化合物。对于本发明，所使用的溶液中的保护性化合物的浓度优选为5wt％-100wt％，例如10wt％-50wt％或10wt％-20wt％。
值c由两次称量确定。在预定长度的绳索上施加保护性化合物后，称量该绳索。随后，例如通过乙醇将保护性化合物从绳索上移除，并且再次称量该绳索。重量的差值对应x+y(以g/m2表示)。为了确定y，在预定长度的纤丝或丝上应用相同的两次称量技术。在施加保护性化合物后和在移除保护性化合物后的重量差值对应值x(以g/m2表示)。该值x不依赖于直径。通过从x+y减去x值(以g/m2计)，从而确定y。
为了获得化合物容器-效应，亚结构的邻近纤丝之间的距离处于一定范围内是重要的。如果邻近纤丝之间的距离太大，亚结构将松散其大部分保护性化合物。因此，邻近纤丝之间的距离优选小于100μm，并且更优选小于30μm，例如20μm、10μm、5μm或2μm。
权利要求1的亚结构可以以多种方式出现在绳索中。当将至少三根钢纤丝(不必为等直径)捻合在一起时，在任何情况下亚结构都将会出现。采用相同的铺设方向和铺设长度将至少三根纤丝例如捻合在一起。“铺设方向”定义为股绳或绳索的纤丝的螺旋布局。如果在垂直放置时，围绕股绳或绳索的中心轴的螺旋与字母“S”中心部分的斜率方向一致，则股绳或绳索具有“S”或左边铺设；并且如果螺旋与字母“Z”中心部分的斜率方向一致，则股绳或绳索具有“Z”或右边铺设。“铺设长度”定义为在股绳中或在绳索中的纤丝做360度旋转所需的轴向巨离。
为了描述绳索构造，接下来是加工绳索的顺序，即从最里面的纤丝或股绳开始，并且向外移动。绳索的全部描述由下式给出：
(N×F)+(N×F)+(N×F)
其中N＝股绳的数量；
F＝纤丝的数量。
(当N或F等于1时，它们不应包括在内)
该构造可用纤丝直径来完成并且随后由下式给出：
(N×F)×D+(N×F)×D+(N×F)×D
其中D＝纤丝的名义直径，以mm表示
在该方面的第一优选的实施方案是当仅将三根纤丝捻合在一起，而不使它们机械预成型或弯曲，即3×1构造时。在该实施方案中，纤丝基本上在钢绳索的全部长度上成对地彼此保持为线接触。在三根纤丝之间形成空隙。同样地，4×1实施方案将会显示一个或两个空隙，这取决于纤丝中心是否被设置为基本上是类方形(一个空隙)或菱形(两个空隙)。同样地，5×1实施方案将会显示一个、两个或三个空隙并且6×1实施方案将会显示一至四个空隙，这取决于纤丝是如何设置的。当进行7根纤丝时，最稳定和优选的设置是当中心地布置一根纤丝，同时其它纤丝围绕这根中心纤丝时。原则上，只有在纤丝的无限铺设长度和完全相等的直径下，空隙才会完全封闭并且形成完整的线接触。以有限的铺设捻合这些纤丝将会导致从外部纤丝从中心纤丝的分离，导致可容易地控制在低于30μm的距离。同样地，使中心纤丝比六根围绕的纤丝粗，对于平衡不同纤丝上的载荷分布可以是有利的。该增加的直径再次可以保持为足够低使得在外部纤丝之间形成的间隙保持为低于30μm。当纤丝的数量进一步增加时，一些数量将会因对于加工特别稳定而突出：
-在一次操作中将基本相等直径的12根纤丝以基本上一个铺设长度和方向的捻合在一起，在中间有三根，并且其由9根纤丝围绕，在其间形成13个空隙。
-15根纤丝，在中间有一根小的纤丝，其由5根最邻近的纤丝围绕，并且进而由外部壳的10根所围绕，并且在单一步骤中捻合在一起，因而在它们之间形成20个空隙。该绳索具有近似五边形形状的包层(envelope)。
-将全部基本上相等直径的19根纤丝在单一步骤中以相同铺设长度和方向捻合在一起，在中间有单根的纤丝，其由6根纤丝的第一壳体所围绕，并进而由12根纤丝的壳体所围绕，在它们之间形成24个空隙。预定(subscribing)这种绳索的外围的包层是基本上规则的六边形。
-将全部基本上相等直径的27根纤丝在单一步骤中以相同铺设长度和方向捻合在一起，在中心有3×1，其由9根纤丝的第一壳体所围绕，并进而由15根纤丝的壳体所围绕。在纤丝之间具有36个空隙。预定外围的包层是六边形，其侧面可交替地计数4和3根纤丝。
这样的构造通常被认为是紧凑的绳索。它们通过它们的平行铺设(所有的纤丝处于相同的方向并有相同的铺设方向)和它们相等的纤丝直径来表征。当允许不同的直径但保持平行铺设时，出现的其它的工业重要配置通过非常高的金属密度来表征(参考″Drahtseile″ofProf.Dr.-Ing.D.G.Shitkow and Ing.I.T.Pospechow，V.E.B.Verlag Technik Berlin，1957中的页码)。
-瓦灵顿(Warrington)类型，其中中心的核由两层围绕，其中外层由两倍数量的第一层的纤丝组成并且外层直径交替地小和大(251-263页)
-西尔(Seale)类型，其中中心的核由具有相同数量的纤丝的两个层围绕，一个层中的纤丝直径基本上相等，并且外层的纤丝直径大于内层的纤丝直径(229-237页)
-充填(Filler)类型，其中中心的核由两个层围绕，其中一个层中的纤丝直径基本上相等，并且第二层中纤丝的数量是第一层中纤丝数量的两倍，并且其中纤丝在层中的位置通过薄的充填丝的存在而得到稳定(241-251页)。
以上类型的组合例如瓦灵顿-西尔是同样可能的。
以上提到的亚结构也可在绳索的进一步生产中作为中间产品而使用。可将它们用作例如其它层钢纤丝可围绕其以3+9+15或1+6+15类型的绳索形式捻合的核心(以不同的铺设长度或铺设方向)。
绳索也可以是包含至少两根股绳的绳索，其中在股绳内存在至少三根纤丝形成的亚结构。在这方面的结构是N×F类型的绳索，其中一根股绳的纤丝具有相同的铺设方向和铺设长度。以下的配置特别重要：3×3、7×3、7×4、7×7、7×19。在这方面，配置12×3、19×3，如在EP0770726中所描述的，也是在其上也可以应用本申请发明原则的绳索。具有不同于外股绳的核心股绳的绳索例如1×3+5×7、19+8×7也是所关注的。该核心还可以是例如7×7+6×19形式的缆绳。
一种在绳索上施加保护性化合物的优选方法是通过将绳索浸入包含保护性化合物的溶液中或通过由其熔融态施加保护性化合物。此外，也可通过喷射施加保护性化合物，例如通过喷射包含保护性化合物的溶液或通过喷射熔融态的保护性化合物。
在由溶液施加保护性化合物(例如通过浸入溶液或通过由溶液喷射)的情况下，保护性化合物以在0wt％-100wt％范围内的浓度存在。更优选地，保护性化合物以10wt％-50wt％例如10wt％-20wt％的浓度存在。
通过将绳索引入包含溶液的浸渍槽可完成浸入，或者通过将绳索引入通过连续供给包含保护性化合物的溶液的漏斗而完成浸入。优选地，然后引入绳索的方向与包含保护性化合物的溶液的流向相反。
任选地，当被浸入时，一个或多个亚结构被打开并且随后封闭，从而允许包含保护性化合物的溶液进入亚结构中并因而填充一个或多个空隙。作为替代，一个或多个亚结构可在浸入前打开并在浸入后封闭。
打开亚结构可通过现有技术中任何已知的技术而达到。第一方法包括通过在轮子上重复地弯曲绳索来打开和封闭(一个或多个)亚结构。该轮子优选具有足够小的直径例如绳索直径的1-50倍或更优选地10-40倍，使得因弯曲而使亚结构伸展打开并且保护性化合物可渗入(一个或多个)空隙。尽管一个轮子可提供足够的打开，但更优选使用2-10个依次安装的轮子。可安装轮子使得所有的轮子铺设在相同的平面中或轮子可安装在彼此有一定角度的平面中。更优选后者，因为在绳索的圆周上获得更均匀的处理。
打开亚结构的第二种方法包含连续捻合亚结构以允许保护性化合物进入绳索的空隙。这可通过将绳索供给通过旋转的旋转限制装置例如假捻合器(false twister)而完成。
还可使用改进保护性化合物侵入空隙的其它方法，例如通过例如超声转换器或绳索自身振动的浴的搅动。
可能地，在施加保护性化合物后干燥绳索。干燥可通过现有技术中任何已知的方法例如通过传导、通过对流或通过辐射而完成。优选的干燥包括感应加热、红外线加热或通过热气体例如加热的空气热加热。
可能地，重复施加保护性化合物(和干燥)的步骤，从而增加绳索中保护性化合物的总数量。
金属纤丝可由现有技术中已知的任何金属或金属合金制成。金属纤丝优选由钢例如普通碳钢制成。这样的钢通常包含0.40wt％C的最小碳含量或至少0.70wt％C，但最优选至少0.80wt％C而最多1.1wt％的C，0.10-0.90wt％的镁含量，硫和磷含量每种优选保持为低于0.030wt％；也可添加其它的微合金化元素例如铬(至多0.20-0.4wt％)、硼、钴、镍、钒-非详尽的列举。也优选的是不锈钢。不锈钢包含最小12wt％的Cr和大量的镍。更优选的是奥氏体不锈钢，这给它们更多的冷加工。最优选的组合物在现有技术中称为AISI(美国钢铁学会)302、AISI 301、AISI 304和AISI 316。
金属纤丝取决于用途优选具有0.04mm-1.20mm的直径。
涂覆的金属纤丝包含涂覆有包含锌、铝、镁或其合金的涂层的金属纤丝。
优选地，金属纤丝有锌或锌合金涂层。作于锌合金涂层，可以考虑例如Zn-Fe、Zn-Ni、Zn-Al、Zn-Mg、Zn-Mg-Al合金。
优选的锌合金涂层是包含2-15％Al的Zn-Al合金涂层。
可能地，可添加0.1-0.4％的稀土元素，例如Ce和/或La。
根据本发明的绳索的巨大优点在于绳索不含六价铬，因为不需要六价铬来保护涂覆的金属纤丝。这意味着绳索和/或纤丝不需要使用铬基化合物进行处理。
此外，当将根据本发明的绳索用于增强水泥基质时，水泥基质也不含六价铬。
根据本发明的第二方面，提供包含至少一根如上所述的绳索的结构。该结构优选增强结构，例如用于增强水泥基质的结构。
该结构可以是包含至少一根根据本发明的绳索的任何结构，例如编织、纺织、编造、焊接或粘接的结构。
该结构可由根据本发明的绳索组成或作为替代地该结构可包含根据本发明的绳索和其它绳索和/或纤丝例如金属绳索和/或金属纤丝或非金属绳索和/或非金属纤丝。
根据本发明的第三方面，提供用至少一根如上所述的绳索增强的水泥基质。将如上所述的绳索引入水泥基质中并且由水泥基质所围绕，产生了界面涂覆的金属纤丝-水泥基质。
根据本发明的绳索的巨大优点在于该绳索不含六价铬，因为不需要六价铬来保护涂覆的金属纤丝。这意味着绳索和/或纤丝不需要使用铬基化合物进行处理。
根据本发明的增强结构的另一个优点是在使用不含六价铬的水泥的情况下也获得了涂覆金属元件的良好保护。
在使用包含六价铬的水泥情况下，即使在没有添加铬基化合物来保护涂覆的金属元件的情况下，涂覆的金属元件也可利用水泥中天然存在的铬。
正在强制实行新的法规以限制水泥中六价铬的数量从而将与铬酸盐相关的过敏性皮炎的发生降低到最低程度。因此，水泥基质中涂覆的金属纤丝不再能利用水泥中天然存在的铬。为了获得不含六价铬的水泥，水泥生产者已经发展了例如投放硫酸亚铁的技术。硫酸亚铁的添加急剧地增加了氢气的放出量。
本发明的一个巨大优点是在使用无六价铬的水泥的情况下以及在投放硫酸亚铁的水泥的情况下也防止了氢气的放出。
增强的水泥基质可用于现有技术中已知的任何应用，例如预制构造、桥梁、建筑、隧道、停车库、近海石油平台...
为了本发明的目的，“水泥基质”应该理解为除了金属元件之外的基质材料。水泥基质可以包括任何包含水泥的材料，例如混凝土或砂浆。
根据本发明的又一个方面，提供了用于在包含嵌入水泥基质中的涂覆纤丝的绳索的界面处抑制氢气放出的方法。该方法包括步骤：提供至少一根如上所述的绳索，将所述绳索引入水泥基质中。
附图说明
本发明将参考以下附图更详细的描述，其中
-图1、图2和图3显示了根据本发明的绳索的横截面；
-图4是新构造的基质中的电势测量的说明。
具体实施方式
参考图1、图2和图3，描述根据本发明的绳索的一些实施例。
实施例1
图1显示了根据本发明的用于增强水泥基质的绳索10的横截面。绳索10包含捻合在一起的三根涂锌的金属纤丝12。三根纤丝形成封闭的亚结构13，其中封闭的亚结构13的邻近纤丝12彼此距离最大为30μm。空隙14因而在封闭的亚结构13的三根纤丝12的中间形成。保护性的化合物，例如苯并咪唑存在于所述空隙中。可能地，保护性化合物也存在于至少一部分涂锌的金属纤丝12上。
实施例2
图2显示了根据本发明的用于增强水泥基质的绳索20的横截面。绳索20包含7根纤丝22。邻近的纤丝形成封闭的亚结构23，23’。封闭的亚结构的邻近纤丝22彼此距离最大为100μm。空隙24，24’在封闭的亚结构23，23’的纤丝中间形成。保护性化合物存在于封闭的亚结构23的空隙24，24’中。可能地，保护性化合物也存在于至少一部分涂锌的金属纤丝22上。
实施例3
图3显示了具有0.34+18×0.30构造的涂覆黄铜的紧凑绳索300的横截面。围绕直径为0.34mm的中心有些粗的纤丝310，将直径0.30的18根纤丝在一次操作中捆绑起来，其在Z方向的铺设长度为21mm。该缆绳具有很多空隙。由于邻近的纤丝320、331和332彼此距离小于30μm，纤丝320、331和332形成具有空隙350的封闭亚结构340。类似地，由于邻近的纤丝320、321和332彼此距离小于30μm，纤丝320、321和332形成具有空隙351的封闭亚结构341。由于邻近的纤丝310、322、336和323彼此距离小于30μm，纤丝310、322、336和323形成具有空隙352的封闭亚结构342。另一方面，由于纤丝330和331彼此距离大于100μm，纤丝320、330、331不形成封闭的亚结构。
对于丝和对于实施例1和实施例2的绳索，c值由如上所述的两次称量的方法所确定。采用三种不同的包含保护性化合物的溶液将保护性化合物施加在丝上、在实施例1的绳索上以及在实施例2的绳索上。使用的第一种溶液包含乙醇中的5wt％苯并咪唑，第二种溶液包含乙醇中的10wt％苯并咪唑，以及第三种溶液包含乙醇中的20wt％苯并咪唑。
表1显示了采用保护性化合物的三种不同溶液的三种测试试样的x和y值。表2显示了采用保护性化合物的三种不同溶液的这三种测试试样的c值。
表1
表2
从表1可以得出结论：当采用的溶液的保护性化合物浓度增加时，x增加。
关于y：对于丝y＝0g/m2。这意味着对于丝没有观察到化合物容器-效应。
当使用5wt％苯并咪唑的溶液时，实施例1的绳索和实施例2的绳索的y值等于0g/m2。
因此，值c等于1。因而当使用5wt％苯并咪唑的溶液时，没有观察到化合物容器-效应。当采用10wt％苯并咪唑或20wt％苯并咪唑的溶液时，绳索的y值不为0。因此，值c大于1。这意味着观察到化合物容器-效应。从这可以得出结论：需要最小浓度的保护性化合物来观察化合物容器-效应。
在根据本发明的增强结构中将根据本发明的绳索或包含至少一根根据本发明的绳索的结构嵌入水泥基质例如混凝土中。湿的混凝土在腐蚀可能发生时起到电解质的作用。水能够分解为氢和氧。水的分解是发生在一定电势下的电化学氧化还原反应。根据Nernst定律，发生分解的电化学电势由pH确定。
形成氢气的水的分解电势根据Nernst定律如下：
其中
相对于标准氢电极。
形成氧的水的分解电势根据Nernst定律如下：
其中 相对于标准氢电极。
E0或标准电势的列表可在“The handbook of Chemistry andPhysics，the electrochemical series，p.D151-D158，67th edition，1986”中查到。
水的分解电势与pH值的函数关系描述于“Atlas ofelectrochemical equilibria in aqueous solutions by MarcelPourbaix-Cebelor，2nd edition 1997，p.98-105”中。
当强的电负性元素如锌、铝、镁暴露于水时，元素具有如在标准ASTM G15-93中定义的开路电势。开路电势也被称作静止电势或标准电势。在高pH值下，开路电势降到低于氢气放出的电势并且因此引发氢离子的还原，从而导致氢气的放出。基于将材料暴露于其中的环境的pH测量，计算了氢气的放出。
水泥基质的pH根据测试方法ASTM G51-95测量。在腐蚀测试中，该方法包含确定土壤pH的步骤。为了本申请的目的，对水泥基质而非土壤应用测试方法ASTM G51-95。
对于包含一份水泥和四份砂子(根据ASTM 51-95取代土壤)的试样，发现pH值为13.04。
根据Nernst定律可以计算
这意味着在这种类型的水泥基质中所引入的增强材料的开路电势降到低于值-0.7694V时，氢气将会形成。
开路电势可容易地在建筑材料中原位测量，例如在水泥基质浇注后的第一个小时期间。最关键时期(其中氢气的放出是有害的)是浇注后的第一个24小时直到第一个72小时。一旦复合材料硬化，氢气放出的风险是可忽略的。
开路电势可根据标准ASTM C876在原位测量。然而例如图4所示，在小样品中测量开路电势更为合适。根据标准ASTM G3-89(94)使用该设备。将根据本发明的绳索42嵌入水泥基质44中。涂锌的金属元件42和参比电极46之间的电势通过静电计或高阻抗伏特计48测量。
为了评估根据本发明的绳索的性能，将根据本发明的绳索嵌入水泥基质中。试样均包含通过混合一份CEM II 42.5R水泥与四份砂子和五份水获得的水泥基质。试样的开路电势以时间的函数来测量。根据本发明的绳索的开路电势在浇注后的第一个72小时内保持为高于氢电势。
Claims (10)
1.一种用于增强水泥基质的绳索，所述绳索包含多根捻合在一起的金属纤丝以形成所述绳索，所述金属纤丝涂覆有包含锌、铝、镁或其合金的涂层，所述绳索显示横截面，其中三根或更多根所述的纤丝形成封闭亚结构使得所述封闭亚结构的所述纤丝与所述封闭亚结构的邻近纤丝接触，或者使得所述封闭亚结构的所述纤丝与邻近纤丝距离最大为100μm，从而在所述更多根纤丝中的三根的中间形成空隙，所述绳索还包含保护性化合物，所述保护性化合物至少存在于所述空隙中，选择所述保护性化合物以对涂覆的金属元件提供阴极保护，其中所述绳索具有容器值c，所述容器值c高于1.5，其中根据式c＝(x+y)/x计算所述值c，x为施加在绳索的单个纤丝的总表面上的保护性化合物的数量，y为储存在所述绳索的一个或多个亚结构中的一个或多个空隙中的保护性化合物的数量，x和y以g/m2表示。
2.根据权利要求1的绳索，其中所述保护性化合物选自咪唑、三唑和四唑。
3.根据权利要求1或权利要求2的绳索，其中所述保护性化合物包含苯并咪唑。
4.根据权利要求1或2的绳索，其中所述绳索包含至少三根以相同铺设长度和铺设方向捻合在一起的纤丝。
5.根据权利要求1或2的绳索，其中所述绳索包含多股的绳索，所述多股的绳索包含两个或更多个股绳，每个股绳包含三根或更多根纤丝。
6.根据权利要求1或2的绳索，其中由包含10-50wt％的保护性化合物的溶液施加所述保护性化合物。
7.根据权利要求1或2的绳索，其中所述绳索具有高于2的容器值c。
8.一种包含多个权利要求1-7中任一项所述的绳索的结构，其中所述结构为编织、纺织、编造、焊接或粘接的结构。
9.一种用权利要求1-7中任一项所述的绳索增强的水泥基质和/或用权利要求8所述的结构增强的水泥基质。
10.一种在包含嵌入水泥基质中的涂锌的纤丝的绳索界面处抑制氢气放出的方法，所述方法包括步骤：提供至少一根如权利要求1-7中任一项所述的绳索，并且将所述绳索引入所述水泥基质中。
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