CN106007447B

CN106007447B - 一种非硝酸盐高效混凝土钢筋阻锈剂

Info

Publication number: CN106007447B
Application number: CN201610276070.9A
Authority: CN
Inventors: 冯丽娟
Original assignee: Weifang University of Science and Technology
Current assignee: Weifang University of Science and Technology
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2036-04-29
Also published as: CN106007447A

Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种非亚硝酸盐基高效混凝土钢筋阻锈剂及应用，所述阻锈剂组成按重量百分比为：磷酸盐5～10%，多羟基化合物或其金属盐5～10%，十二烷基磺酸钠1～2%，余量水；该阻锈剂有两种使用方法：一、作为混凝土掺加剂，制备混凝土浆料时按阻锈剂推荐用量直接加到水中混合均匀即可；二、用作迁移型阻锈剂，对开裂的混凝土建筑进行修复：混凝土发生开裂时，对混凝土表面进行处理后，将阻锈剂兑水喷涂或滚刷在钢筋或混凝土表面，保持均匀即可。作为掺加剂使用时，本发明可有效降低混凝土中钢筋的锈蚀，减轻Cl^‑对钢筋表面膜的破坏，延长钢筋腐蚀的时间；作为表面用阻锈剂时，可修复破坏的钢筋保护膜，降低其腐蚀速率。

Description

一种非硝酸盐高效混凝土钢筋阻锈剂

技术领域

本发明涉及阻锈剂技术领域，特别涉及一种无亚硝酸盐高效混凝土阻锈剂及其应用方法。

背景技术

钢筋混凝土结构由于坚固耐用、价格低廉在建筑工程中广泛应用，然而，近年来，由钢筋腐蚀造成的混凝土腐蚀失效问题越来越普遍。我国钢筋混凝土结构规范组一项调查表明：在正常环境下，40%工业、民用建筑中的混凝土结构已碳化到钢筋表面；而在较潮湿的环境下，90%的构件已经锈蚀。

事实上，对于氯离子含量高的潮湿环境，腐蚀不可避免，深圳、宁波、青岛、大连等海洋城市都有大量建筑遭受严重腐蚀。

钢筋的腐蚀不仅严重减损了混凝土结构的承载性能，降低了使用寿命，而且也给相关部门带来严重的经济负担。2002年中国工程院在《中国工业与自然环境腐蚀问题的调查与对策》咨询报告中预计，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，如何抑制或延缓混凝土建筑的腐蚀以及如何对开始出现腐蚀的建筑进行修复，延长混凝土的使用寿命已经成为亟待解决的技术难题。为此，国内外众多专家学者采取了多种措施对钢筋混凝土进行腐蚀防护；其中，利用阻锈剂技术对混凝土进行腐蚀防护，操作简单、经济性好、实用性强，已在越来越多的国家推广应用。目前阻锈剂在混凝土中的应用主要有两种方式：一种是作为添加剂在混凝土浇筑过程中掺入，通过在钢筋表面形成强于原来钝化膜的保护层对钢筋进行防护，此类阻锈剂为掺入型钢筋阻锈剂；另一种阻锈剂为迁移型钢筋阻锈剂，使用时，将其接涂覆于混凝土表面，它会通过自发的渗透过程达到钢筋表面，最终在钢筋表面成膜从而实现对钢筋的保护作用。

迁移型钢筋阻锈剂是一种全新的概念，它在混凝土修复时直接涂覆在混凝土表面，不需要像传统的掺入型钢筋阻锈剂那样剔除旧的混凝土；相比于掺入型钢筋阻锈剂，迁移型钢筋阻锈剂具有成本低、施工简单和劳动成本低等诸多优点，被美国高速公路政策研究计划组誉为混凝土结构修复领域最具前景的新技术，然而迁移型阻锈剂应用尚处于初始阶段，因此，亟需进行环保型阻锈剂特别是迁移型阻锈剂的研发。

发明内容

本发明的目的是提供一种非硝酸盐高效混凝土钢筋阻锈剂和应用，该阻锈剂具有用量少、阻锈作用强，与混凝土的适应性好的特点，该阻锈剂既可作为添加剂用于混凝土浇筑，使钢筋腐蚀过程变慢；也可作为迁移型钢筋阻锈剂直接涂覆于混凝土或钢筋表面，对腐蚀开裂混凝土建筑土建筑的修复。

本发明的阻锈剂其技术方案如下：

一种非硝酸盐高效混凝土钢筋阻锈剂，按照重量比，将磷酸盐5～10%、多羟基化合物或其金属盐5～10%，十二烷基磺酸钠1～2% 在蒸馏水中溶解后，混合均匀，即可制得钢筋阻锈剂。

所述阻锈剂组成按重量百分比如下：磷酸盐 5～10%；多羟基化合物或其金属盐5～10%；十二烷基磺酸钠1～2%；余量为水。

以下是对上述技术方案的进一步改进：

作为优选，所述阻锈剂按照重量百分比构成：磷酸盐5～8%，多羟基化合物或其金属盐6～8%，十二烷基磺酸钠1.5%，余量为水；

所述磷酸盐为正磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、正磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾中的一种或几种；

所述多羟基化合物或其金属盐为葡萄糖、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸锌、山梨酸钠、山梨酸钾、山梨酸、鼠李糖酸、单宁酸、抗坏血酸、抗化学酸钠中的一种或几种。

所述阻锈剂用作混凝土掺加剂：制备混凝土浆料时按阻锈剂推荐用量直接加到水中溶解混合，同时按组成中水的比例扣减相应混凝土浇注时的用水量即可。

所述阻锈剂用作迁移型阻锈剂：当混凝土发生开裂时，对混凝土表面进行处理，将阻锈剂2～3倍兑水喷涂或滚刷在所需保护的钢筋和混凝土表面保持均匀即可。

待混凝土表面干燥后再次涂刷，涂刷量：1～2㎡/kg。

所述阻锈剂当作为掺加剂单独使用时，根据有效成分，推荐用量为水泥质量的0.5%-1%。

所述阻锈剂可以与其他阻锈剂特别是有机阻锈剂复配使用，应用时用量应酌情减少，建议按照比例减少。

所述的高效无亚硝酸盐钢筋阻锈剂，可促进和修复钢筋表面膜的形成，增强钢筋耐蚀性能，降低氯离子对钢筋表面钝化性能的破坏，延长混凝土的服役期限；该阻锈剂广泛应用于公路、桥梁、海港码头等各类钢筋混凝土建筑。

采用本发明通过组份间的协同效应，其阻锈机制简述如下：

磷酸盐可以明显改善钢筋表面氧化膜的性能，使钢筋表面形成的膜层均匀稳定；

多羟基化合物可以与钢筋表面的铁离子发生螯合作用成膜，通过几何覆盖效应对腐蚀的阴、阳过程均具有抑制作用，并且通过由于其易于在钢筋表面的缺陷处吸附，可以与氯离子竞争吸附并阻滞钢筋表面氧化膜的溶解并对钢筋表面膜进行修复。

十二烷基苯磺酸盐通过分子中长的疏水性谈链结构，与多羟基化合物发生明显的协同效应，使多羟基化合物的缓蚀效率大大增加。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明提供的高效无亚硝酸盐钢筋阻锈剂，使用时可以作为掺加剂，按阻锈剂推荐用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，操作非常简单。

本发明提供的高效无亚硝酸盐钢筋阻锈剂还可以作为迁移型阻锈剂，用于混凝土的修复，当混凝土发生开裂时，对混凝土表面进行处理后，将阻锈剂喷涂或滚刷在所需保护的钢筋和混凝土表面保持均匀即可。

本发明提供的阻锈剂缓蚀效果好，用量低，不含亚硝酸类致癌物质，可大范围推广使用。

本发明的阻锈剂效率高，与混凝土特别是粉煤灰类混凝土的相容性好，可以有效抑制钢筋腐蚀，对氯离子引起的钢筋点蚀抑制效果尤其明显，适合在桥梁、公路、码头等建筑中大规模使用。

附图说明

图1 为应用本发明的阻锈剂后腐蚀电流密度随干湿循环的变化曲线图。

图2 为钢筋开始腐蚀后，加入本发明后，腐蚀电流密度随时间的变化曲线图。

下面将结合具体实施实例对本发明所提供的一种钢筋混凝土阻锈剂的使用方法进行一步说明。

具体实施方式

实施例1，一种高效无亚硝酸盐混凝土钢筋阻锈剂，其成本组合重量百分比为：磷酸氢钠5%，葡萄糖8%，十二烷基磺酸钠1.5%，余量为水。

实施例2，一种高效无亚硝酸盐混凝土钢筋阻锈剂，其成本组合重量百分比为：磷酸氢钠5%，抗坏血酸6%，十二烷基磺酸钠1.5%，余量为水。

实施例3，一种高效无亚硝酸盐混凝土钢筋阻锈剂，其成本组合重量百分比为：磷酸氢钠5%，葡萄糖酸钠8%，十二烷基磺酸钠1.5%，余量为水。

通过以下实验证明本发明阻锈剂的阻锈效果：

（a）混凝土试块的制备

SiC砂纸逐级打磨到800#，一端焊接铜导线，除4.785 cm2的工作面外，其余部分用环氧树脂密封。使用前表面用蒸馏水清洗，丙酮除油，冷风吹干后，置于干燥器中备用。

辅助电极采用Φ 8 mm × 55 mm石墨棒。

混凝土试块的制备参照GB 8076-1997进行：配料比为 (wt%)：蒸馏水：水泥：河沙为1:2:4，水灰比为0.5。将称好的材料放人搅拌锅内干拌l min，湿拌3 min。将拌匀的水泥砂浆灌入预先制备好的模具内，插入石墨电极和钢筋电极，继续添加水泥砂浆，使电极完全埋入水泥砂浆中，抹平，放入混凝土培养箱中。24小时后脱模，然后在温度5±1 ℃，相对湿度 (RH) ≥ 95% 的条件下在养护箱中养护28天。

（b）本发明阻锈剂用作掺加剂时的阻锈效果

将养护好的混凝土试块放入3.5% (wt%) NaCl溶液中，浸泡1天，然后在温度为60±5 ℃的电热培养箱中烘干3天，4天为一个循环进行干/湿交替加速腐蚀实验，在每个循环过程中用线性极化方法测定钢筋的腐蚀电流密度，确定钢筋的腐蚀状态。阻锈剂通过在混凝土浇筑过程中加入蒸馏水中配成溶液使用，所用阻锈剂为水泥重量的0.5%。

（c）本发明作为迁移型阻锈剂时对钢筋表面膜的修复性能

基于上述过程，可以发现当不添加阻锈剂时，钢筋在5次干湿循环后，腐蚀电流密度已经超过1μA/cm2，表明钢筋表面膜已经开始破坏，钢筋发生腐蚀。故本次实验在混凝土浇筑时，均不添加阻锈剂。待混凝土养护完毕后，先使混凝土以步骤(b)的方式经过5次干湿循环，使钢筋表面钝化膜破坏，然后将混凝土浸泡于含阻锈剂（水泥重量的0.5%）的3.5 %NaCl (wt%)溶液中，通过电化学方法监测混凝土的腐蚀状态。

由图1 可以观察到，在15次干湿循环过程中，前5次，腐蚀电流密度逐渐增大，表明氯离子逐渐扩散到钢筋表面，钢筋腐蚀倾向逐渐增大。

5次循环后，对照组中，钢筋腐蚀电流密度超过已经超过1μA/cm2，表明钢筋表面膜已经破坏，钢筋开始腐蚀，而添加本发明的阻锈剂后，虽然腐蚀电流密度也呈现逐渐增大的趋势，但远远小于对照组，表明本发明阻锈剂可以明显降低钢筋的腐蚀速率。且在历时2个月的15次干湿循环加速腐蚀实验中，腐蚀电流密度均小于1μA/cm2（最大0.87μA/cm2），表明本发明的阻锈剂还可以延迟钢筋开始腐蚀的时间，使钢筋开始腐蚀的时间推迟了3倍以上。

由图2可以观察到，在将混凝土浸泡于汉3.5 % NaCl (wt%)的水溶液中后，不论是对照组还是添加本发明的体系中，腐蚀电流密度在初始阶段均逐渐下降，这归因于干湿循环过程中：在干燥环境下，O2直接通过锈层孔隙传输到钢筋表面，引起内层Fe3O4氧化为疏松多孔的羟基氧化物，促进了湿润条件下电化学反应的进行。且干燥条件下溶液量很少，而钢筋表面却又存在水分时，钢筋的腐蚀速率非常大；氧气溶解扩散到阴极区，诱发阴极还原反应。

腐蚀产生的二价铁又容易直接与O2接触生成羟基氧化铁，这都促使以氧扩散为控制步骤的钢筋腐蚀的加剧，故相对于一般的浸泡实验，干/湿循环实验更能加快腐蚀。

当转入溶液中进行长期浸泡实验后，钢筋的腐蚀以电化学腐蚀为主，主要过程如下：

钢筋表面开始重新形成氧化物膜，钢筋的耐蚀性能增强，故腐蚀电流密度逐渐降低。

然而，由于环境中存在氯离子，所以当氯离子诱导的钢筋表面膜破坏与钢筋表面膜形成到一定程度时，会出现一定的平衡，所以对照组在浸泡5天之后，对照组钢筋的腐蚀速率基本已经稳定。

而添加本发明阻锈剂进行修复的体系中，腐蚀电流密度的下降幅度远大于对照组，且直到第10天，体系的腐蚀电流密度才基本稳定，稳定后腐蚀电流密度比对照组下降了一个数量级，表明本发明的阻锈剂可以通过扩散到钢筋表面，对钢筋表面膜进行修复，且修复效果非常优异。

Claims

1.一种非硝酸盐高效混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于：

该阻锈剂的制备方法，具体步骤如下：

按照重量比将磷酸盐5～8%，多羟基化合物或其金属盐6～8%，十二烷基磺酸钠1.5%进行复配，余量用蒸馏水溶解后，即可制备钢筋阻锈剂；

所述磷酸盐为磷酸氢钠；

所述多羟基化合物或其金属盐为葡萄糖、葡萄糖酸钠、抗坏血酸中的一种；

所述钢筋阻锈剂用作迁移型阻锈剂：当混凝土发生开裂时，对混凝土表面进行处理，将阻锈剂2～3倍兑水喷涂或滚刷在所需保护的钢筋和混凝土表面保持均匀即可；

待混凝土表面干燥后涂刷第二遍，涂刷量：1～2 kg/m²；

所述钢筋阻锈剂作为掺加剂单独使用时重量为水泥质量的0.5%-1%。

2.根据权利要求1所述的一种非硝酸盐高效混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于：该阻锈剂与有机阻锈剂复配使用，应用时用量应酌情减少。

3.根据权利要求1所述的一种非硝酸盐高效混凝土钢筋阻锈剂，其特征在于：该阻锈剂通过两种方式抑制混凝土中钢筋的腐蚀：一、用作混凝土掺加剂：制备混凝土浆料时按阻锈剂推荐用量直接加到水中溶解混合，同时按组成中水的比例扣减相应混凝土浇注时的用水量即可；二、用作迁移型阻锈剂：当混凝土发生开裂时，对混凝土表面进行处理，将阻锈剂2～3倍兑水喷涂或滚刷在所需保护的钢筋和混凝土表面保持均匀即可；待混凝土表面干燥后涂刷第二遍，涂刷量：1～2 kg/m²。