CN105254334A - 一种表面憎水混凝土的电化学制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种表面憎水混凝土的电化学制备方法。该方法是以带有憎水基团的有机化合物为原材料，通过外加电场，电化学驱动进入混凝土，与混凝土的多价阳离子(如Ca2+、Al3+、Fe3+等)产生作用而发生交联，在孔隙中聚凝而不溶解，由此致密化混凝土，与此同时，能够在混凝土表面形成憎水层，隔绝了水及其它有害离子的侵入，显著提高了混凝土的耐久性。本发明受混凝土饱和度影响较小，憎水基团渗入深度大，且不会对混凝土性能产生不良影响。既可用于新制混凝土，也可用于在役混凝土的耐久性提升，应用前景广阔，且操作简单、方便、成本低、效果好。

Description

一种表面憎水混凝土的电化学制备方法
技术领域
本发明属于混凝土生产技术领域，涉及一种表面憎水混凝土的电化学制备方法。
背景技术
混凝土是建筑行业广泛使用的建筑材料，对国民经济建设起着巨大的作用。但是，在使用过程中，由于内部与外部因素的共同作用，混凝土性能常常会出现过早劣化，由此引发了混凝土结构耐久性不足的问题。由混凝土耐久性不足而造成的经济损失是十分惊人的，因此，混凝土耐久性问题是迫切需要解决的一个重要课题。
水是混凝土多种物理劣化过程的起因，同时，作为侵蚀性离子迁移的载体，水也会引起混凝土的化学劣化，同时会参与化学劣化的过程。如果外部水无法侵入到混凝土内部，就能够削弱水对于混凝土劣化的影响，有效提高混凝土的耐久性。为减少外部水侵入混凝土，现主要有两种方法：其中一种方法是在混凝土表面涂覆憎水剂(如油漆、环氧树脂等)，该方法无法使憎水剂渗入到混凝土内部，使用年限不长且需要多次修补，仅适用表面足够干燥的混凝土也限制了其使用范围。另一种方法是在拌制混凝土时加入憎水剂，内掺憎水剂的方法会对混凝土的性能产生不利影响，尤其会使混凝土的强度降低，后期还可能引起膨胀开裂。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是一种表面憎水混凝土的电化学制备方法，该法使混凝土表面具有强烈的憎水性，从根本上削弱由于水所引起的相关劣化，显著提升混凝土的耐久性。
技术方案：本发明所述的表面憎水混凝土的电化学制备方法，是以带有憎水基团的有机化合物原材料，通过施加外加电场，驱动憎水基团进入混凝土，与混凝土的多价阳离子(如Ca2+、Al3+、Fe3+等)作用而发生交联，在孔隙中聚凝而不溶解，由此致密化混凝土；其本身带有的憎水基团，会使得混凝土表面获得强烈的憎水性，减弱水及其他有害离子对混凝土的侵害性，从而提升混凝土的耐久性。
具体的，本发明包括以下步骤：
a、在混凝土碱性孔溶液中加入带有憎水基团有机化合物，制得电解质溶液；
b、将钢筋混凝土结构试样浸泡于步骤a制得的电解质溶液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
c、将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有步骤a制得的电解质溶液的电解槽中，在电解槽内设置阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
d、在0～40℃温度下，施加1A/m2～3A/m2的外加电场进行电化学反应。
更具体的，在上述步骤a中，所述碱性孔溶液为0.02-0.2mol/L的氢氧化钠溶液；或氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液，其中氢氧化钾的浓度为0.6mol/L、氢氧化钠的浓度为0.2mol/L、氢氧化钙的浓度为0.001mol/L。所述的带有憎水基团的有机化合物为四丁基氟化铵或改性阳离子聚丙烯酰胺溶液中的一种。所述的电解质溶液中有机化合物含量为0.05％～1％。
在上述步骤b中，所述的浸泡的时间为24～48h。
在上述步骤c中，所述的阳极材料为石墨、铂、金或钛金属。
在上述步骤d中，所述的电化学反应的时间为8～24h。
有益效果：本发明是以带有憎水基团的有机化学物为原材料，利用电化学原理，强制驱动进入混凝土，利用与混凝土的多价阳离子(如Ca2+、Al3+、Fe3+等)产生作用而发生交联来致密化混凝土，与此同时，能够在混凝土表面形成一层憎水膜，隔绝了水与其它有害离子的侵入，显著提高了混凝土的耐久性。与现有的表面涂覆及内掺憎水剂技术相比较，本发明受混凝土饱和度影响较小，憎水剂渗入更深，且对混凝土性能没有不良影响。既可用于新制混凝土，也可用于在役混凝土的耐久性提升，应用前景广阔，且操作简单、方便、成本低、效果好。
具体实施方式：
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
将φ10mm的HPB235钢筋加工成长为15cm圆棒，并从每根圆棒的其中一端接导线，仅暴露钢棒中间长度10cm，浸泡在无水乙醇中备用。
采用尺寸为φ150mm×h300mm的细集料混凝土试件，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5，灰砂比1:2.5。在成型时，将钢筋垂直插入试模中央位置，引出导线。将混凝土结构试件标准养护28d后，取出并烘干至恒重。
实施例1
(1)配制电解液：0.1mol/L的NaOH溶液,加入0.05％四丁基氟化铵；
(2)将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
(3)将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有电解质溶液的电解槽中，在电解槽内置入纯度为98％钛网板做阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
(4)20℃下，外加1A/m2的电场，通电24个小时后，测量混凝土试件的饱和面干吸水率和渗透系数，其值分别为3.4％和36.5×10-10cm·s-1，相对于未处理前，饱和面干吸水率减小了38.2％，渗透系数减小了65.2％。
实施例2
(1)配制电解液：0.6mol/LKOH、0.2mol/LNaOH和0.001mol/LCa(OH)2的混合溶液，加入0.5％四丁基氟化铵；
(2)将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
(3)将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有电解质溶液的电解槽中，在电解槽内置入纯度为98％钛网板做阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
(4)20℃下，外加1A/m2的电场，通电12个小时后，测量混凝土试件的饱和面干吸水率和渗透系数，其值分别为2.5％和18.8×10-10cm·s-1，相对于未处理前，饱和面干吸水率减小了54.5％，渗透系数减小了82.1％。
实施例3
(1)配制电解液：0.02mol/LNaOH溶液，加入0.05％四丁基氟化铵；
(2)将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
(3)将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有电解质溶液的电解槽中，在电解槽内置入纯度为98％钛网板做阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
(4)20℃下，外加3A/m2的电场，通电8个小时后，测量混凝土试件的饱和面干吸水率和渗透系数，其值分别为3.0％和30.7×10-10cm·s-1，相对于未处理前，饱和面干吸水率减小了45.5％，渗透系数减小了70.7％。
实施例4
(1)配制电解液：0.6mol/LKOH、0.2mol/LNaOH和0.001mol/LCa(OH)2的混合溶液，加入0.05％改性阳离子聚丙烯酰胺
(2)将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
(3)将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有电解质溶液的电解槽中，在电解槽内置入纯度为98％钛网板做阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
(4)20℃下，外加1A/m2的电场，通电24个小时后，测量混凝土试件的饱和面干吸水率和渗透系数，其值分别为3.2％和34.1×10-10cm·s-1，相对于未处理前，饱和面干吸水率减小了38.2％，渗透系数减小了65.2％。
实施例5
(1)配制电解液：0.2mol/LNaOH溶液，加入1％改性阳离子聚丙烯酰胺；
(2)将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
(3)将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有电解质溶液的电解槽中，在电解槽内置入纯度为98％钛网板做阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
(4)20℃下，外加2A/m2的电场，通电12个小时后，测量混凝土试件的饱和面干吸水率和渗透系数，其值分别为2.2％和15.3×10-10cm·s-1，相对于未处理前，饱和面干吸水率减小了60.0％，渗透系数减小了85.4％。
实施例6
(1)配制电解液：0.2mol/LNaOH溶液，加入0.5％改性阳离子聚丙烯酰胺
(2)将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
(3)将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有电解质溶液的电解槽中，在电解槽内置入纯度为98％钛网板做阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
(4)20℃下，外加3A/m2的电场，通电8个小时后，测量混凝土试件的饱和面干吸水率和渗透系数，其值分别为2.7％和22.4×10-10cm·s-1，相对于未处理前，饱和面干吸水率减小了50.9％，渗透系数减小了78.5％。
将上述实施例1～6的试验结果列表如下
可以看出，利用本发明所提供的电化学方法制备混凝土，可以有效的降低，混凝土的饱和面干吸水率和渗透系数。尤其是在0.2mol/LNaOH溶液，加入1％改性阳离子聚丙烯酰胺,且电流密度为2A/m2的条件下，其吸水率减小了60.0％，渗透系数减小了85.4％。

Claims (7)

1.一种表面憎水混凝土的电化学制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、在混凝土碱性孔溶液中加入带有憎水基团有机化合物，制得电解质溶液；
b、将钢筋混凝土结构试样浸泡于步骤a制得的电解质溶液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
c、将饱和的钢筋混凝土结构试样置于加有步骤a制得的电解质溶液的电解槽中，在电解槽内设置阳极并接电源正极，同时将钢筋接电源负极；
d、在0～40℃温度下，施加1A/m2～3A/m2的外加电场进行电化学反应。
2.根据权利要求1所述表面憎水混凝土的电化学制备方法，其特征在于：步骤a中，所述碱性孔溶液为0.02-0.2mol/L的氢氧化钠溶液；
或氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液，其中氢氧化钾的浓度为0.6mol/L、氢氧化钠的浓度为0.2mol/L、氢氧化钙的浓度为0.001mol/L。
3.根据权利要求1所述表面憎水混凝土的电化学制备方法，其特征在于：步骤a中所述带有憎水基团的有机化合物为四丁基氟化铵或改性阳离子聚丙烯酰胺溶液中的一种。
4.根据权利要求1所述表面憎水混凝土的电化学制备方法，其特征在于：步骤a中，电解质溶液中有机化合物含量为0.05％～1％。
5.根据权利要求1所述表面憎水混凝土的电化学制备方法，其特征在于：步骤b中进行浸泡的时间为24～48h。
6.根据权利要求1所述表面憎水混凝土的电化学制备方法，其特征在于：步骤c中，所述阳极材料为石墨、铂、金或钛金属。
7.根据权利要求1所述表面憎水混凝土的电化学制备方法，其特征在于：步骤d中进行电化学反应的时间为8～24h。
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