CN103435365B - 一种用于电化学脱盐的有机高分子膏体及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电化学脱盐的有机高分子膏体及制备方法，该有机高分子膏体主要由胶类混合物、电解质、纤维素类增稠剂组分组成，该有机高分子膏体能够敷在于钢筋混凝土外表面，形成较为柔软的膏状固体，能够长时间地敷在钢筋混凝土表面，起到吸收氯离子的作用，并可有效地将整个钢筋混凝土外表面及所铺设的阳极材料包裹其中，从而使得电化学脱盐技术可以方便地应用于各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构；同时，本发明的有机高分子膏体还具备较高的保水性、附着性、导电性、氯离子吸收性及可塑性等性能；本发明的有机高分子膏体为环境友好型材料，不含有害成份，生产过程可做到零排放，对环境无污染。

Description

一种用于电化学脱盐的有机高分子膏体及制备方法

技术领域

本发明属于钢筋混凝土的电化学脱盐处理技术领域，具体涉及一种用于电化学脱盐的有机高分子膏体及制备方法。

背景技术

基于离子在电场作用下将产生定向迁移的特性，上世纪70年代人们提出了一种以混凝土中钢筋作阴极，在混凝土表面外敷电解质溶液，并以金属网作为临时阳极，在金属网和钢筋之间施加电场的脱盐理论及方法，称之为电化学脱盐技术。电化学脱盐是用来修复因氯离子侵入而导致混凝土结构中钢筋腐蚀的一种修复方法。在整个脱盐过程中，钢筋混凝土结构中的氯离子被除去的同时，也增加了钢筋周围的碱性，氯离子的减少和钢筋周围碱度的增加，降低甚至消除了混凝土结构中钢筋锈蚀的可能性。

在外加电场的作用下，混凝土中的氯等阴离子向阳极迁移而进入混凝土外部的电解质溶液，氯离子因而得以排除，另一方面，电解液及混凝土中的阳离子将向钢筋部位聚集。由于钢筋周围所产生的阴极反应，产生大量的氢氧根离子，周围pH值提高，使钢筋重新处于强碱性环境下，表面又得以再钝化。因此，对于那些正在服役且遭受氯离子侵蚀的钢筋混凝土结构而言，采用电化学脱盐方法可对其进行有效的修复。

在电化学脱盐过程中，电解质溶液的作用是吸收氯离子，然而对于实际工程中的钢筋混凝土结构而言，在整个钢筋混凝土结构的外部保持电解质溶液是比较困难的，因此在实际工程中几乎无法应用。

发明内容

本发明的目的就是针对上述缺陷，提供一种用于电化学脱盐的有机高分子膏体，该有机高分子膏体能够长时间的敷在钢筋混凝土表面，并且无毒、无污染。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于电化学脱盐的有机高分子膏体，其组成成分及重量百分比如下：

所述电解质为氢氧化钙、氢氧化锂中的至少一种。

所述电解质为氢氧化钙和氢氧化锂混合物，其中，氢氧化钙和氢氧化锂的质量比为1~4:1~8。

所述胶类混合物选自瓜尔豆胶、明胶、阿拉伯胶、黄原胶、定优胶、槐豆胶或卡波姆胶中的至少两种。

所述纤维素类增稠剂为水溶性纤维素类增稠剂。

所述水溶性纤维素类增稠剂选自乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素钠、乙基羟乙基纤维素钠、羧甲基纤维素钙或甲基羟丙基纤维素钠中的至少一种。

所述有机添加剂包括吸湿剂和流平剂。

所述吸湿剂选自硅胶、氧化铝或分子筛中的至少一种，所述流平剂选自纯聚丙烯酸酯、丙烯酸碱容树脂、聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、有机基改性聚硅氧烷、聚酯改性有机硅中的至少一种。

一种上述所述的用于电化学脱盐的有机高分子膏体的制备方法，所述制备方法如下：

将氢氧化钙粉末和氢氧化锂粉末加入到盛有溶剂水的容器中，并搅拌使其粉末溶解形成溶液A；

搅拌溶液A使未溶解的粉末全部悬浮后加入纤维素类增稠剂，搅拌形成溶液B；

停止搅拌后，使溶液B静置并膨化；

搅拌容器中膨化后的溶液B使未溶解的粉末全部悬浮后加入有机添加剂，搅拌形成溶液C；

继续搅拌溶液C使未溶解的粉末全部悬浮后加入胶类混合物，搅拌3~5min后静置并膨化形成有机高分子膏体；

其中，加入胶类混合物的时间控制在15s以内。

本发明与现有技术相比，有益效果为：本发明的有机高分子膏体能够涂敷或喷涂于钢筋混凝土外表面，形成较为柔软的膏状固体，能够长时间地敷在钢筋混凝土表面，起到吸收氯离子的作用，并可有效地将整个钢筋混凝土外表面及所铺设的阳极材料包裹其中，解决了目前电解液难以在钢筋混凝土外部存留的缺点，从而使得电化学脱盐技术可以方便地应用于各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构；同时，本发明的有机高分子膏体涂敷操作十分方便，还具备较高的保水性、附着性、导电性、氯离子吸收性及可塑性等性能；本发明的有机高分子膏体为环境友好型材料，不含有害成份，生产过程可做到零排放，对环境无污染。

附图说明

图1为本发明的四个实施例制备的用于电化学脱盐的有机高分子与电解液的脱盐效率对比图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

按下述重量百分比配制有机高分子膏体：

其中，电解质为氢氧化钙和氢氧化锂，氢氧化钙和氢氧化锂两者的质量比为2:5；

胶类混合物为阿拉伯胶和瓜尔豆胶的混合物，阿拉伯胶和瓜尔豆胶两者的质量比为1~2:5~10，优选为2:5；

纤维素类增稠剂为羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素钠和羧甲基纤维素钙的混合物，羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素钠和羧甲基纤维素钙三者的质量比为1~2:1~2:5~8，优选为1:2:5；

有机添加剂为硅胶、聚二甲基硅氧烷和聚酯改性有机硅的混合物，硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚酯改性有机硅三者的质量比为1~3:5~10:2~4，优选为2:7:3。

本实施例的制备过程如下：

（1）取一个圆柱形水桶，加入溶剂水，将氢氧化钙粉末与氢氧化锂粉末加入水中，并搅拌使其粉末充分溶解形成溶液A，但由于氢氧化钙与氢氧化锂比较难溶解，因此搅拌停止后，有部分未溶解的粉末沉于桶底；

（2）搅拌溶液A，同时控制搅拌速度，使桶底未溶解的粉末全部悬浮起来后，再缓慢加入纤维素类增稠剂，并继续搅拌15~30min形成溶液B；

（3）停止搅拌，使溶液B静置并膨化2~3 h，静置膨化结束后，可能仍然存在部分未溶解的粉末沉于桶底；

（4）搅拌容器中膨化后的溶液B，并控制搅拌速度，使桶底未溶解的粉末全部悬浮起来后，再加入有机添加剂，并继续搅拌10~15min形成溶液C，搅拌停止后，可能仍然存在部分未溶解的粉末沉于桶底；

（5）继续搅拌溶液C，且控制搅拌速度，使桶底未溶解的粉末全部悬浮起来，再快速地加入胶类混合物，加入胶类混合物的时间控制在15s以内，避免由于加入胶类混合物速度过慢而使得溶液提前凝固，继续搅拌3~5min后，静置并膨化逐渐形成有机高分子膏体，密封、待用。

实施例2

按下述重量百分比配制有机高分子膏体：

其中，电解质为氢氧化钙和氢氧化锂，氢氧化钙和氢氧化锂两者的质量比为1:2；

胶类混合物为定优胶和瓜尔豆胶的混合物，定优胶和瓜尔豆胶两者的质量比为1~3:2~5，优选为3:4；

纤维素类增稠剂为羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素钠和羧甲基纤维素钙的混合物，羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素钠和羧甲基纤维素钙三者的质量比为1~2:1~2:5~8，优选为2:1:6；

有机添加剂为分子筛、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸碱容树脂的混合物，分子筛、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸碱容树脂三者的质量比为1~2:4~6:1~3，优选为2:5:1。

除了上述的成分及含量不同外，其制备工艺如同实施例1，制备工艺不再赘述。

实施例3

按下述重量百分比配制有机高分子膏体：

其中，电解质为氢氧化钙和氢氧化锂，氢氧化钙和氢氧化锂两者的质量比为1:4；

胶类混合物为定优胶和槐豆胶的混合物，定优胶和槐豆胶两者的质量比为1~3:1~2，优选为3:2；

纤维素类增稠剂为羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素钠和甲基羟丙基纤维素钠的混合物，羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素钠和甲基羟丙基纤维素钠三者的质量比为1~2:1~2:1~2，优选为1:1:2；

有机添加剂为硅胶、聚二甲基硅氧烷和丙烯酸碱容树脂的混合物，硅胶、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸碱容树脂三者的质量比为1~5:2~3:0~2，优选为1:3:1。

除了上述的成分及含量不同外，其制备工艺如同实施例1，制备工艺不再赘述。

实施例4

按下述重量百分比配制有机高分子膏体：

其中，电解质为氢氧化钙和氢氧化锂，氢氧化钙和氢氧化锂两者的质量比为2:7；

胶类混合物为定优胶、槐豆胶和瓜尔豆胶的混合物，定优胶、槐豆胶、瓜尔豆胶三者的质量比为1~3:1~2:1~2，优选为3:1:2；

纤维素类增稠剂为乙基羟乙基纤维素钠和甲基羟丙基纤维素钠的混合物，乙基羟乙基纤维素钠和甲基羟丙基纤维素钠二者的质量比为2~4:1~3，优选为2: 1；

有机添加剂为硅胶、聚二甲基硅氧烷的混合物，硅胶、聚二甲基硅氧烷二者的质量比为1~5:2~3，优选为5:2。

除了上述的成分及含量不同外，其制备工艺如同实施例1，制备工艺不再赘述。

综上所述，该有机高分子膏体主要由胶类混合物、电解质、纤维素类增稠剂组分组成，具有优异的导电性能和氯离子吸收性能；加入的胶类混合物含有多种胶类物质，有利于提高有机高分子膏体的保水性能，调节膏体的流动性，并能将配方中所加入的其它物质锁在膏体中；同时，加入的电解质主要成份为氢氧化钙和氢氧化锂，可提高膏体包裹层的氯离子吸收能力和导电性能；加入的纤维素类增稠剂，可增强膏体包裹材料的可塑性，使其使用更加方便；加入的有机添加剂含有吸湿剂和流平剂，具有一定的吸湿性能，可以起到保水作用，并能在膏体形成之前，调节膏体内不溶粉体的分散性。

以普通海工混凝土表面实施电化学脱盐为例，采用本发明的有机高分子膏体进行处理后获得良好的效果。

为了验证上述实施例中所制备的用于电化学脱盐的有机高分子膏体的附着力、导电性能和氯离子吸收性能，本试验制作了4块20cm×50cm×50cm内含钢筋网的混凝土试块，先将厚度为1mm的阳极平铺在混凝土表面，再将所制得的有机高分子膏体均匀地涂敷于混凝土表面，并使涂敷厚度达到20mm，阳极完全被包裹在其中。在22℃~28℃的室内环境中，试验对上述4块钢筋混凝土试块进行电化学脱盐处理，电流密度为2.5A/m²，通电时间为30天。

有机高分子膏体附着力：试验结果显示，通电结束后，膏体仍然包裹在混凝土和阳极外表面，未见膏体脱落的现象；部分膏体涂敷层的厚度变薄至1~1.5cm，未见混凝土或阳极外露的现象，因此膏体附着力可满足施工要求；

有机高分子膏体导电性能：试验结果显示，电化学脱盐之前与脱盐结束后，混凝土试块外表面任意两点膏体间的电阻均小于0.5Ω，与电解液的电阻接近，可判断膏体的导电性能优良，由于膏体电阻远小于混凝土本身电阻，因电化学脱盐施工可完全不考虑其电阻的影响；

氯离子吸收性能：本试验用脱盐效率来表征膏体的氯离子吸收能力，脱盐效率指脱盐电流密度、脱盐时间、阳极布置、温度、混凝土水胶比等参数不变的情况下，采用不同配方的膏体时，混凝土试块中氯离子被去除（被外部膏体吸收）的百分比，试验结果如图1所示。

从图1中可以看出，在4个实施例中所制备的不同有机高分子膏体对混凝土试块的脱盐效率在50%~65%之间，低于电解液的71%，显示膏体对氯离子的吸收能力较电解液弱，这是由于氯离子在膏体中的扩散速度较慢所致，但并不影响有机高分子膏体对氯离子的吸收性能。

因此，本发明的有机高分子膏体能够涂敷或喷涂于钢筋混凝土外表面，形成较为柔软的膏状固体，能够长时间地敷在钢筋混凝土表面，与钢筋混凝土表面及外铺阳极材料的电化学接触良好，起到吸收氯离子的作用，并可有效地将整个钢筋混凝土外表面及所铺设的阳极材料包裹其中，解决了目前电解液难以在钢筋混凝土外部存留的缺点，从而使得电化学脱盐技术可以方便地应用于各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构；同时，本发明的有机高分子膏体涂敷操作十分方便，在刚好混凝土表面涂敷后，还具备较高的保水性、附着性、导电性、氯离子吸收性及可塑性等性能；本发明的有机高分子膏体为环境友好型材料，不含有害成份，生产过程可做到零排放，对环境无污染。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于电化学脱盐的有机高分子膏体，其特征在于，其组成成分及重量百分比如下：

所述电解质为氢氧化钙和氢氧化锂混合物，其中，氢氧化钙和氢氧化锂的质量比为1～4:1～8，所述有机添加剂包括吸湿剂和流平剂；

制备方法如下：

将氢氧化钙粉末和氢氧化锂粉末加入到盛有溶剂水的容器中，并搅拌使其粉末溶解形成溶液A；

搅拌溶液A使未溶解的粉末全部悬浮后加入纤维素类增稠剂，搅拌形成溶液B；

停止搅拌后，使溶液B静置并膨化；

搅拌容器中膨化后的溶液B使未溶解的粉末全部悬浮后加入有机添加剂，搅拌形成溶液C；

继续搅拌溶液C使未溶解的粉末全部悬浮后加入胶类混合物，搅拌3～5min后静置并膨化形成有机高分子膏体；

其中，加入胶类混合物的时间控制在15s以内。

2.根据权利要求1所述的用于电化学脱盐的有机高分子膏体，其特征在于，所述胶类混合物选自瓜尔豆胶、明胶、阿拉伯胶、黄原胶、定优胶、槐豆胶或卡波姆胶中的至少两种。

3.根据权利要求1所述的用于电化学脱盐的有机高分子膏体，其特征在于，所述纤维素类增稠剂为水溶性纤维素类增稠剂。

4.根据权利要求3所述的用于电化学脱盐的有机高分子膏体，其特征在于，所述水溶性纤维素类增稠剂选自乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素钠、乙基羟乙基纤维素钠、羧甲基纤维素钙或甲基羟丙基纤维素钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的用于电化学脱盐的有机高分子膏体，其特征在于，所述吸湿剂选自硅胶、氧化铝或分子筛中的至少一种，所述流平剂选自纯聚丙烯酸酯、丙烯酸碱容树脂、聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、有机基改性聚硅氧烷的至少一种。