CN105925987A - 一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂及其应用 - Google Patents

一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，具体说是一种双子季铵碱类阳离子作为混凝土结构中钢筋的腐蚀防护与修复。本发明所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂具有季铵碱阳离子结构的化合物。本发明所述腐蚀抑制剂可以作为内掺阻锈剂使用，直接作用于钢筋表面，也可以通过外加电场的作用，促进季铵碱阳离子的迁移，使其富集在钢筋周围，有效保护钢筋。本发明所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂分子带电性强，电迁移效率高，分子结构稳定，不随混凝土内部环境变化而改变，能够有效预防和修复已建结构混凝土钢筋腐蚀，具有显著的应用价值和市场前景。

Description

一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种钢筋腐蚀防护与修复的材料及其应用，特别是一种具有双子季铵碱分子结构的阳离子，可以应用于新建钢筋混凝土结构中，也可以作为电迁移型阻锈剂，在已建钢筋混凝土结构中的应用。
背景技术
钢筋锈蚀作为钢筋混凝土结构破坏的最主要原因之一，已成为全世界科学和工程界关注的热点难题。围绕混凝土结构中钢筋锈蚀的防护和修复，很多方法都已应用，包括环氧涂层、混凝土外防护涂层、电化学防护与修复技术、钢筋阻锈剂等。但是，环氧涂层由于施工中容易受损，加剧钢筋锈蚀，外防护涂层由于混凝土界面粘结性能和自身寿命的缺陷，使用一段时间后需要重新应用，应用效果不够理想。而电化学防护和修复技术以及钢筋阻锈剂目前被公认为具有较好应用效果和具有较佳性价比的代表技术。
电化学除氯所采用的直流电场(以1A/m2),需要维持4～12周才能将钢筋周围的氯化物含量降低到临界值以下；阴极保护要求被保护结构在使用全寿命周期持续通电，维护成本较高。由于上述原因，电化学除氯和阴极保护技术在国内的应用并不多见。而自然迁移性阻锈剂由于其使用的方便，在一段时间内得到了较大程度的研究和应用。如美国Cortec公司的专利US5427819和US5326529，以及瑞士Sika公司的欧洲专利EP340807，均报道了一种有机羧酸铵作为迁移性阻锈剂，可直接涂覆于混凝土表面，通过自然渗透和迁移到达钢筋表面，起到腐蚀抑制的作用。但在实际工程中，由于混凝土密实性均较高，阻锈剂很难渗透至保护层较厚的钢筋表面，应用效果不够理想。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷，提供一种新型混凝土结构钢筋腐蚀抑制剂，它既能作为掺入型腐蚀抑制剂应用，又可作为电迁移型腐蚀抑制剂使用，有效抑制混凝土内钢筋的腐蚀。本发明具体是一种双子阳离子结构的腐蚀抑制剂，其具有显著的特点是自身带电性更强，结构更稳定，与正常高碱性混凝土或碳化混凝土环境相容性均较高，不受混凝土碱性环境的高低而改变的双子阳离子腐蚀抑制剂。同时阻锈剂自身的阴离子为OH-，不会引入引起钢筋锈蚀的卤素离子，杜绝混凝土重新污染的风险。可以直接作为掺入型腐蚀抑制剂应用于新拌混凝土或修补砂浆中，也可以作为电迁移型腐蚀抑制剂，通过电场加速迁移至钢筋表面，起到钢筋锈蚀防护和修复的作用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
本发明提供了一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂具有季铵碱阳离子结构的化合物，其结构式如下：
当R1、R2和R3均相同时，选自C1～C18支链烷基、芳基、烷芳基；
当R1和R2相同时，选自C1～C18支链烷基、芳基、烷芳基，R3选自(CH2)m-COO-或(CH2)mOH；
其中m为1或2，n为2～14的整数。
所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其中R1、R2和R3相同时，均为甲基、乙基、十二烷基、苄基中的一种。
所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其中R1、R2相同时均为甲基、乙基、十二烷基、苄基的一种，R3为-CH2COO-或-CH2OH。
此外，本发明双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的显著特点在于双子季铵碱作为钢筋的腐蚀抑制剂，可以应用于新建和已建钢筋混凝土结构，对混凝土中钢筋起到腐蚀防护和修复的作用。
本发明提供一种所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，所述腐蚀抑制剂应用于新建结构中，其掺量相对于胶凝材料0.1～2wt％。
所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，所述腐蚀抑制剂应用于已建钢筋混凝土结构中，将混凝土中钢筋作为阴极，混凝土保护层外面敷上阳极溶液，将所述腐蚀抑制剂加入阳极区溶液中使用，并通过外加电场作用，将阳离子阻锈剂主动迁移至钢筋表面，由于化合物自身带电性更强，更加容易通过电场作用从混凝土外层的阳极区迁移至钢筋表面，抑制钢筋腐蚀，应用过程中，所述阳极区溶液中双子季铵碱腐蚀抑制剂质量浓度大于0.5％。
本发明的优点在于阳离子阻锈剂分子结构稳定，应用条件不应混凝土碱性强弱而改变，同时自身的阴离子为OH-，与混凝土环境相容性高，不会引入其他卤素等腐蚀性离子二次污染混凝土。所制备的季铵碱分子，带电性更多，迁移和吸附性能更强，既可以作为掺入型阻锈剂使用，也可以作为电迁移型阻锈剂使用。作为内掺型和电迁移型均可通过电场的作用，加速阻锈剂分子向钢筋表面迁移和富集，从而极大的提升钢筋的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为阳离子阻锈剂对钢筋腐蚀速率的影响。
图2为电迁移装置示意图。
其中，图2中各标注为：1 电源、2.阴极区、3 混凝土、4 阳极溶液+腐蚀抑制剂。
图3为电场作用下不同种类阻锈剂迁移行为。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的描述：
试验采用腐蚀抑制剂迁移性能和钢筋阻锈性能两部分进行。
钢筋腐蚀防护和修复性能评价：
在混凝土模拟孔隙液中测试了已合成化合物对钢筋腐蚀性能的影响。测试液为饱和氢氧化钙溶液含质量分数3.5％氯化钠，加入质量分数为0.5％的阻锈剂，利用平板腐蚀池和电化学线性极化测试技术，测定腐蚀电位、电流密度随时间变化的规律，通过曲线可以获知化合物的阻锈效率。其中空白为对照组，S1为n＝1,R1、R2、R3相同均为甲基；S2为n＝2，R1、R2相同，均为乙基，R3为羟乙基；S3为n＝4，R1和R2相同均为十二烷基，R3为羧乙基；AMA为市售普通氨基醇迁移型阻锈剂(主要成分为二甲基乙醇胺)。
电化学测试采用三电极体系进行，工作电极为钢筋电极，对电极为箔网电极，参比电极为Ag/AgCl,采用线性极化曲线进行耐腐蚀性能评价，并通过Stern-Geary方程，计算得到钢筋腐蚀电流密度，之后与空白钢筋进行对比计算出钢筋阻锈效率，用于评价阻锈剂耐腐蚀性能，所得结果如图1所示。
图1中结果显示，实施例样品对钢筋具有非常显著的耐腐蚀性能，阻锈效率均高于95％以上，同时高于市售普通氨基醇类有机阻锈剂。
电迁移行为评价：
电迁移试验选择混凝土结构中进行，所用混凝土配合比见表1。
表1 混凝土试样配合比
W/C 水/kg 水泥/kg 砂子/kg 小石子/kg 大石子/kg NaCl/g
0.53 2.88 5.4 10.83 6.495 9.35 108(2％)
混凝土试样使用水泥海螺42.5，按照表1拌合，内掺水泥质量2％的化学纯氯化钠，养护28天。切片，保护层厚度依次为4cm的混凝土块作为迁移对象。
实验所用电迁移装置见图2所示，试件夹在装置中间，装置两侧的空腔中都加入约150mL饱和Ca(OH)2溶液，阳极区加入12.5％质量分数的双子季铵碱腐蚀抑制剂，所加电流密度为3A/m2，作为对比，另一装置不加电流，进行自然迁移。通电60d后用MultiN/C3100有机碳分析仪测定阴极区的碳含量，通过有机碳含量的变化表征双子季铵碱腐蚀抑制剂在电场作用下的迁移规律。
图3为电场作用下，阴极区不同种类双子季铵碱腐蚀抑制剂浓度随时间的变化。从图中可以看出，随着时间的延长，电场作用下，S1和S2在阴极区钢筋表面浓度增加较为明显，迁移速率较快，很快能达到较高浓度。空白为没有电场作用下，阴极区钢筋表面腐蚀抑制剂浓度变化规律，结果显示，没有电场作用，市售AMA氨基醇类阻锈剂自然迁移速率非常缓慢，整个测试周期内，阴极区基本没有阻锈剂迁移过去，市售的AMA氨基醇阻锈剂在电场作用下虽有一定含量的腐蚀抑制剂在阴极区富集，但量相对较少。结果显示，电场能够非常明显的增加双子季铵碱腐蚀抑制剂的迁移能力，迁移效果明显优于市售普通氨基醇类阻锈剂。

Claims (6)

1.一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其特征在于，所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂具有季铵碱阳离子结构的化合物，其结构式如下：
当R1、R2和R3均相同时，选自C1~C18支链烷基、芳基、烷芳基；
当R1和R2相同时，选自C1~C18支链烷基、芳基、烷芳基，R3选自(CH2)m-COO-或(CH2)mOH；
其中m为1或2，n 为2~14的整数。
2.根据权利要求1所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其特征在于，当R1、R2和R3相同时，均为甲基、乙基、十二烷基、苄基中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其特征在于，当R1、R2相同时均为甲基、乙基、十二烷基、苄基的一种，R3为-CH2COO-或-CH2OH。
4.权利要求1至3任一项所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，其特征在于：所述腐蚀抑制剂可以应用于新建和已建钢筋混凝土结构。
5.根据权利要求4所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，其特征在于，当所述腐蚀抑制剂应用于新建结构中，其掺量相对于胶凝材料0.1~2wt%。
6.根据权利要求4所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，其特征在于，当所述腐蚀抑制剂应用于已建钢筋混凝土结构中，将混凝土中钢筋作为阴极，混凝土保护层外面敷上阳极溶液，将所述腐蚀抑制剂加入阳极区溶液中使用，并通过外加电场作用，将阳离子阻锈剂主动迁移至钢筋表面，所述阳极区溶液中双子季铵碱腐蚀抑制剂质量浓度大于0.5%。
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