CN103880316A - 一种掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂和应用。所述的阻锈剂组成按重量百分比为：有机糖苷5～15%，有机胺5～10%，有机醇5～10%，水65～85%。使用时，按阻锈剂推荐用量直接添加到水中溶解即可，同时按组成中水的比例扣减相应的水量，其添加量以每立方米混凝土构建物所需要的水泥量计算。本发明可有效减缓混凝土中钢筋的锈蚀，延长氯离子对钢筋局部腐蚀的诱发时间，对混凝土本体结构性能无明显负面影响，可广泛应用于近海、海港、码头、沿海和民用钢筋混凝土建筑。

Description

一种掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂和应用。

背景技术

钢筋的腐蚀是造成海洋混凝土结构性能失效的主要原因之一，严重影响钢筋混凝土结构的安全和使用寿命。大量工程实践和研究表明，在钢筋混凝土的复杂、非均相体系中，其失效过程中常常伴随着一系列化学与电化学反应，主要可造成混凝土内pH值降低及混凝土的退化，混凝土的碳化和Cl^ˉ的侵蚀是钢筋混凝土结构性能失效的主要原因。

钢筋混凝土的腐蚀不仅造成巨大的经济损失，而且还严重影响人民生命、财产的安全，造成大量的资源浪费和严重的环境污染等问题。据报道，造成的腐蚀损失触目惊心，欧洲1996年因腐蚀花费在高速公路及海滩建筑的修复费用也高达10亿欧元。在2002年美国对5个产业部门的腐蚀损失统计中，与钢筋混凝土结构相关的腐蚀损失高达700亿美元/年。日本在对103座混凝土海港码头调查后发现，使用20年以上的混凝土结构均存在明显的顺筋开裂现象。沙特阿拉伯海滨地区42座混凝土构件耐久性调查表明，74%的结构都存在严重的钢筋腐蚀破坏现象。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》咨询报告中则预计，我国每年因钢筋混凝土腐蚀造成的经济损失高达1000亿元。因此，解决钢筋在混凝土中的腐蚀与保护问题，实现钢筋/混凝土结构的高性能和耐久性，已成为一个亟待解决的技术问题。

如何延缓或减少混凝土钢筋的腐蚀，实现混凝土结构长寿命服役已成为关键技术问题之一。国内外发展和应用了许多钢筋防护技术，如：钢筋表面涂层，电化学保护、再碱化、电化学除盐或阻锈剂技术。其中，在混凝土浇筑时掺加阻锈剂是一种有效方法，具有简单易行、经济与效果好的特点，已在国内外众多大型混凝土工程中得到应用。然而，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。尽管其具有良好的防蚀效果，但由于该类物质为典型的阳极型阻锈剂，其防护性能和长期保护效果不仅与浓度密切相关，且使用过程中若达不到最低保护浓度要求，还可能促进钢筋的腐蚀。另外，亚硝酸盐的致癌作用，以及对环境的污染，也使其应用受到较大限制，西方发达国家已禁止使用。既能够有效降低钢筋腐蚀速率，又对混凝土本体性能无负面影响的阻锈剂种类较少，传统阻锈剂的毒性以及对混凝土力学性能的影响，已使得现有阻锈剂不能满足当前的需要。因此，研究开发高效，低毒的阻锈剂技术已成为工程迫切的需求。

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低毒、可有效减缓混凝土中钢筋的锈蚀，延长氯离子对钢筋局部腐蚀诱发时间，对混凝土本体结构性能无明显负面影响的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂和应用。

本发明的技术方案如下：

一种掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，按重量百分比计，所述的阻锈剂组成为：

按重量百分比计，所述的阻锈剂优选组成为：

所述的有机糖苷是在磷酸催化下，将有机醇与葡萄糖在140～160℃下进行缩合反应，并减压除去生成的水，经过自然冷却后，将溶液降温至70～90℃，得前期产物；而后按与前期产物重量比（1～3）：1加入水，并用氢氧化钠将溶液中和至pH值为7，再按与前期产物重量比（1～3）：1加入有机醇，反复振荡后静置分层；将水相蒸馏浓缩，即得目标产物有机糖苷。

所述的有机胺为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、二乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、聚乙烯亚胺、苯胺、环己胺中的一种或两种以上的混合物。

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两种以上的混合物。

所述的有机糖苷，其结构式：

所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂的应用，使用时，按阻锈剂的添加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，阻锈剂的添加量以每立方米混凝土构建物所需要水泥重量的1～5%计算。

所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂的应用，使用所述阻锈剂有效减缓混凝土中钢筋的锈蚀，延长氯离子对钢筋局部腐蚀的诱发时间，对混凝土本体结构性能无明显负面影响，广泛应用于近海、海港、码头、沿海或民用钢筋混凝土建筑。

采用本发明通过组份间的协同效应，其阻锈机制简述如下：

（1）阻锈剂是阳极型阻锈剂，可有效地促进钢筋表面的钝化行为和抑制氯离子的侵蚀作用，进而对钢筋具有较好的保护作用；

（2）阻锈剂混合物中的有机糖苷和有机醇能与钢筋表面溶解下来的铁离子螯合在钢筋表面形成不溶性络合物，可有效阻滞了氯离子对钢筋的侵蚀；

（3）阻锈剂分子中的孤电子对和p-轨道电子有利于电子从阻锈剂分子转移到金属原子而形成配位键，形成稳定而致密的吸附膜；

（4）阻锈剂分子在钢筋表面的吸附为物理吸附，且遵循Langmuir等温吸附规律。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明提供的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，使用时按阻锈剂推荐用量直接添加到水中溶解即可，同时按组成中水的比例扣减相应的水量，其添加量以每立方米混凝土构建物所需要的水泥量计算。本发明的阻锈剂可有效减缓混凝土中钢筋的锈蚀，延长氯离子对钢筋局部腐蚀的诱发时间，对混凝土本体结构性能无明显负面影响。

2、本发明阻锈剂可广泛应用于近海、海港、码头、沿海和民用钢筋混凝土建筑。

附图说明

图1为本发明阻锈剂与亚硝酸钙、基准样防锈性能长期检测结果对比图。

具体实施方式

本发明掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，其组成包括有机糖苷、有机胺、有机醇和水，各组份所占总重量的百分比为：

本发明所用的有机糖苷是在磷酸催化下，将有机醇与葡萄糖在140～160℃下进行缩合反应，并减压除去生成的水，经过一定时间自然冷却后，将溶液降温至70～90℃，得前期产物；而后按与前期产物重量比（1～3）：1加入水，并用氢氧化钠将溶液中和至pH值为7，再按与前期产物重量比（1～3）：1加入有机醇，反复振荡后静置分层。将水相蒸馏浓缩，即得目标产物有机糖苷，其结构式：

本发明所用的有机胺包括：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、二乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、聚乙烯亚胺、苯胺、环己胺等中的单一化合物或两种以上的混合物。

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两种以上的混合物。

本发明所用的水为市政自来水。

按上述各组份比例将有机糖苷、有机胺、有机醇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。使用时，按阻锈剂的添加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，阻锈剂的添加量以每立方米混凝土构建物所需要水泥重量的1～5%计算。

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。

实施例1

称取10kg糖苷，10kg乙醇胺，5kg乙醇混合均匀后，再加入75kg的自来水，搅拌至均匀后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。

实施例2

称取10kg糖苷，10kg二乙胺，5kg乙二醇混合均匀后，再加入75kg的自来水，搅拌至均匀后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。

实施例3

称取10kg糖苷，5kg二乙烯三胺和5kg多乙烯多胺，5kg异丙醇混合均匀后，再加入75kg的自来水，搅拌至均匀后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。

实施例4

称取10kg糖苷，5kg N,N-二甲基乙醇胺和5kg四乙烯五胺，5kg乙醇和5kg叔丁醇混合均匀后，再加入70kg的自来水，搅拌至均匀后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。

实施例5

称取12kg糖苷，4kg三乙烯四胺和4kg二乙胺，5kg正丁醇混合均匀后，再加入75kg的自来水，搅拌至均匀后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。

实施例6

称取6kg糖苷，8kg环己胺，6kg异戊二醇混合均匀后，再加入80kg的自来水，搅拌至均匀后即制得本发明的混凝土钢筋阻锈剂。

在混凝土中，分别加入2.0wt%实施例1(图1中以“-▲-”表示)、实施例2(图1中以“-△-”表示)、实施例3(图1中以

表示)所制备的阻锈剂（按所需水泥重量计算）。以添加1%的亚硝酸钙为参照样(图1中以“-□-”表示)，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小时后脱模，标准养护28天后进行饱NaCl盐水浸泡试验，硬化混凝土试块中钢筋腐蚀电化学检测参照ASTM-G109进行。

表1混凝土试块配比

从图1可以发现，基准样和添加1wt%亚硝酸钙样，在饱和NaCl水溶液中浸泡10天后腐蚀电流密度迅速增大，而后逐渐降低，在浸泡时间约125天（d）后又开始增加。而加入2wt%本发明阻锈剂试样，腐蚀电流密度一直保持在较低的水平，直到浸泡时间140天（d）后腐蚀电流密度才有所增加，表明本发明的阻锈剂对钢筋具有优良的阻锈性能。

实施例结果表明，本发明可有效减缓混凝土中钢筋的锈蚀，延长氯离子对钢筋局部腐蚀的诱发时间，对混凝土本体结构性能无明显负面影响，可广泛应用于近海、海港、码头、沿海和民用钢筋混凝土建筑。

Claims (8)

1.一种掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于，按重量百分比计，所述的阻锈剂组成为：

2.根据权利要求1所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于，按重量百分比计，所述的阻锈剂优选组成为：

3.根据权利要求1所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于，所述的有机糖苷是在磷酸催化下，将有机醇与葡萄糖在140～160℃下进行缩合反应，并减压除去生成的水，经过自然冷却后，将溶液降温至70～90℃，得前期产物；而后按与前期产物重量比（1～3）：1加入水，并用氢氧化钠将溶液中和至pH值为7，再按与前期产物重量比（1～3）：1加入有机醇，反复振荡后静置分层；将水相蒸馏浓缩，即得目标产物有机糖苷。

4.根据权利要求1所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于，所述的有机胺为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、二乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、聚乙烯亚胺、苯胺、环己胺中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于，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两种以上的混合物。

6.根据权利要求1、2或3所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于，所述的有机糖苷，其结构式：

7.一种权利要求1所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂的应用，其特征在于，使用时，按阻锈剂的添加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，阻锈剂的添加量以每立方米混凝土构建物所需要水泥重量的1～5%计算。

8.根据权利要求7所述的掺入型有机糖苷混凝土钢筋阻锈剂的应用，其特征在于，使用所述阻锈剂有效减缓混凝土中钢筋的锈蚀，延长氯离子对钢筋局部腐蚀的诱发时间，对混凝土本体结构性能无明显负面影响，广泛应用于近海、海港、码头、沿海或民用钢筋混凝土建筑。

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