CN103510093A - 一种抗坏血酸作为海水阻锈剂的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻锈剂在混凝土环境中或相应的碱性条件下，抑制海水或氯化钠溶液中的钢材（碳钢）腐蚀，具体地说是一种抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用。阻锈剂应用于混凝土碱性环境中或相应碱性条件下，对海水或氯化钠介质中的碳钢材料及其钢筋制品进行腐蚀防护，采用本发明的阻锈剂，用量少，来源广泛，无毒，绿色环保，效率高，持续作用能力强，能够有效抑制碳钢的腐蚀破坏，具有显著的应用价值和广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻锈剂在混凝土环境中或相应的碱性条件下，抑制海水或氯化钠溶液中的钢材（碳钢）腐蚀，具体地说是一种抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用。
背景技术
立足生态环境保护和海洋资源可持续发展战略的需要，钢筋混凝土阻锈剂不仅要求具有低廉的成本、稳定高效的防腐效果和安全方便的管理使用方法，而且在应用开发过程中要适应绿色化学的要求，降低产品的环境负荷。
传统的高效钢筋混凝土无机阻锈剂产品如：磷酸盐类、铬酸盐类和亚硝酸基类，在欧洲标准化委员会所发布的PR ENV1504-9公告中被列为剧毒化合物，已禁止在基础设施和海洋工程建设中作为混凝土添加剂使用。目前占有主要市场份额的有机阻锈剂如：胺类、醇胺类和脂肪酸类，根据《中国海洋环境质量公报》海洋资源可持续循环利用的要求，仍存在防腐性能指标和零污染物排海量无法统筹兼顾的问题，无毒环保由此成为了阻锈剂在今后发展中无可回避的制约瓶颈。
采用天然小分子生物材料或合成制剂如：维生素和抗菌药物等作为来源广泛、价格低廉、环境友好且对人体无毒性的新型缓蚀剂来取代传统阻锈剂的研究思路和成果突破，一些抗菌性生物碱、真菌剂、农作物荷尔蒙抑制剂植物萃取有机酸都已被研究证明能够在金属表面和酸性或中性溶液中的氯离子等腐蚀介质发生竞争吸附反应，并且已有工作逐步从中筛选出如：含羞草和单宁酸等化合物，都具有在饱和的Ca(OH)2混凝土模拟液高碱性环境中能保持较高阻锈效率的特点。
其中三种维生素（B3、B6、C）在酸性和中性溶液中对碳钢均具有良好的缓蚀性能，Ferreira通过极化曲线和交流阻抗首次研究了抗坏血酸在pH=2-6酸性溶液中的缓蚀效率；Goncalves和Ju研究发现烟酸在pH=2.7的0.5M Na2SO4中可显著降低阳极反应的腐蚀电流；Pang研究了吡哆醇在1M HCl中的吸附等温规律；转向混凝土钢筋防腐领域，对维生素系列化合物阻锈性能和规律的进一步探讨势必也将成为竞相追逐的学术热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然、绿色无毒、高效的有效成分为含维生素类化合物的钢筋阻锈剂，用以抑制碱性条件下碳钢及其混凝土中钢筋材料制品在海水或氯化钠介质中的腐蚀。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用。
其中混凝土碱性环境或相应碱性条件是指pH值为9.5-13.5。
所述阻锈剂应用于混凝土碱性环境中或相应碱性条件下，是指抗坏血酸作用于海水或氯化钠介质中对碳钢材料及其钢筋制品进行腐蚀防护。
所述海水或氯化钠介质中抗坏血酸的浓度为0.02-0.2g/L。
所述海水或氯化钠介质中抗坏血酸的浓度优选为0.02-0.15g/L。
所述海水或氯化钠介质中抗坏血酸的浓度最优选为0.04-0.15g/L。
所述碳钢材料及其钢筋制品浸没在海水或氯化钠介质中，浸没温度为10-55℃。
大量实验证明抗坏血酸在海水溶液中浓度超过0.2g/L继续增大时，阻锈效率反而开始下降，这是由于浓度超过了一定的临界值，促使产物转变为具有高溶解性的络合物造成的，反之，抗坏血酸在海水溶液中浓度过低，例如低于0.02g/L则难以实现高效的阻锈效果。
海水或氯化钠介质中氯化钠的质量分数为0.1%-5%，
有效成分为抗坏血酸别名为维生素C或2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯；
本发明产品能防止碳钢材料及其钢筋制品在混凝土环境中或相应的碱性条件下，与海水或氯化钠溶液中氯盐接触时所发生的腐蚀电化学反应（局部腐蚀和全面腐蚀）。
本发明的有益效果是：
1.成本低。本发明阻锈剂的有效成分为抗坏血酸，该化合物与自然界中广泛存在，并已在工业上大量生产，广泛应用于保健医疗、生物制剂，来源广泛，价格低廉。
2.绿色无毒环保。本发明阻锈剂与目前市场上占有主要份额的无机阻锈剂和胺类阻锈剂相比，具有暴露于强光下或在土壤和生物体中易降解为无毒物质的优势，不会给环境带来负荷，符合绿色阻锈剂发展的趋势。
3.适用性强。本发明阻锈剂的适用范围广，在不同盐度、温度和较宽的碱性pH范围内均具有优良的阻锈性能。
4.高效性。本发明添加少量的阻锈剂就能够有效抑制碳钢材料或其相应的钢筋制品在腐蚀介质中的破坏。
5.耐久性好。本发明缓蚀剂具有长效的作用持久性，能够长时间在碱性环境中保持较高的阻锈效率。
具体实施方式
本发明按照GB10124-88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行失重试验，并采用电化学交流阻抗谱和动电位极化两种电化学方法进行阻锈性能表征。虽然三种方法得到的阻锈效率有一定差异，主要是由于失重法测试的是平均腐蚀速率，电化学方法测试的是瞬态过程中的腐蚀效率，但各种方法的总体变化趋势一致，可以看出在不同盐度、阻锈剂浓度、温度、pH值条件下该化合物均具有优良的阻锈性能。所采用的实验测试方法出自文献：【1】W.Li,L.Hu,S.Zhang,B.Hou,Effects of two fungicides on the corrosion resistance ofcopper in 3.5% NaCl solution under various conditions[J],Corros.Sci.2011,53:735-745【2】H.Tian,W.Li,B.Hou.Novel application of ahormone biosynthetic inhibitor for the corrosion resistance enhancementof copper in synthetic seawater[J].Corros.Sci.2011,53:3435–3445。
实施例1
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为2g，温度为25℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重82.5%，电化学阻抗谱84.7%，动电位极化曲线85.1%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例2
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为4g，温度为25℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重90.8%，电化学阻抗谱91.6%，动电位极化曲线92.4%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例3
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为8g，温度为25℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重92.8%，电化学阻抗谱94.2%，动电位极化曲线93.3%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例4
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为12g，温度为25℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重94.8%，电化学阻抗谱95.2%，动电位极化曲线95.6%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例5
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为15g，温度为25℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重95.1%，电化学阻抗谱96.8%，动电位极化曲线95.7%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例6
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为2g，温度为25℃，pH=10.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重84.2%，电化学阻抗谱85.5%，动电位极化曲线85.6%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例7
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为2g，温度为25℃，pH=12，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重87.1%，电化学阻抗谱89.3%，动电位极化曲线88.7%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例8
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为2g，温度为25℃，pH=13.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重92.5%，电化学阻抗谱93.7%，动电位极化曲线94.6%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例9
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为4g，温度为35℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重90.5%，电化学阻抗谱91.2%，动电位极化曲线91.5%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例10
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为4g，温度为45℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重87.5%，电化学阻抗谱88.4%，动电位极化曲线87.7%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
实施例11
条件：实验材料为碳钢（Fe：99.5%，Mn：0.4-0.5%，C：0.1-0.2%），有效阻锈剂成分为抗坏血酸，介质为3.5%氯化钠溶液，用量100L，加入抗坏血酸的有效含量为4g，温度为55℃，pH=9.5，浸没时间为60天。
通过实验测试获得阻锈效率分别为，失重85.1%，电化学阻抗谱86.9%，动电位极化曲线86.3%，表明化合物为用量低、效率高的阻锈剂。
Claims (7)
1.一种抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用。
2.根据权利要求1所述抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用，其特征在于：混凝土碱性环境或相应碱性条件是指pH值为9.5-13.5。
3.根据权利要求1所述抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用，其特征在于：所述阻锈剂应用于混凝土碱性环境中或相应碱性条件下，是指抗坏血酸作用于海水或氯化钠介质中对碳钢材料及其钢筋制品进行腐蚀防护。
4.根据权利要求3所述抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用，其特征在于：所述海水或氯化钠介质中抗坏血酸的浓度为0.02-0.2g/L。
5.根据权利要求4所述抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用，其特征在于：所述海水或氯化钠介质中抗坏血酸的浓度优选为0.02-0.15g/L。
6.根据权利要求4所述抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用，其特征在于：所述海水或氯化钠介质中抗坏血酸的浓度最优选为0.04-0.15g/L。
7.根据权利要求3所述抗坏血酸作为海水阻锈剂在混凝土碱性环境或相应碱性条件下的应用，其特征在于：所述碳钢材料及其钢筋制品浸没在海水或氯化钠介质中，浸没温度为10-55℃。
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