一种环境友好型钢筋混凝土阻锈剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种阻锈剂,具体涉及一种环境友好型钢筋混凝土阻锈剂及其应用。
背景技术
利用阻锈剂延缓钢筋的锈蚀是提高钢筋混凝土结构的重要措施。阻锈剂的品种很多,既有亚硝酸盐、硼酸盐等无机阻锈剂,也有脂肪酸铵盐、磷酸酯等有机阻锈剂。虽然阻锈剂的品种繁多,但是不同品种的阻锈剂的作用效果大有不同。目前占据掺入型阻锈剂重要地位的无机型亚硝酸盐类阻锈剂虽具有很好的阻锈效果,但用量不足时会加速钢筋锈蚀,存在很大的使用风险,且具有明显的致癌作用,对人体和环境有相当大的危害。有机缓蚀剂虽可以通过抑制阳极腐蚀反应对钢筋提供保护,从而防止缓蚀剂对混凝土性能的负面影响,但是其具有阻锈效果不太明显等缺点。
国内已有钼酸钠与三乙醇胺,钼酸钠与硫酸锌对钢片的阻锈效果研究报道;中国专利(200310115070.3)给出处理循环冷却水的无磷复合阻垢阻锈剂,其中含有可溶性锌盐、可溶性钼酸盐成分;中国专利(98104716.5)给出抑制钢铁在海水中腐蚀的新型缓蚀剂,其成分主要为钼酸钠、磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌。上述研究成果显示钼酸盐、锌盐等对钢片的锈蚀具有一定的缓蚀效果,但这些研究均未考虑缓蚀剂对混凝土性能的影响,即缺乏缓蚀剂在钢筋混凝土内使用的有力依据;中国专利(98104716.5)内含有磷酸盐化合物,可造成河流湖泊富营养化,在使用过程中受到限制。
根据已有的报道,有些钢筋缓蚀剂对钢筋的缓蚀效果明显,但却会造成混凝土的抗压强度大幅下降;有些缓蚀剂则存在作用时间较短等问题,在工程中难以得到实际应用。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明提供一种环境友好型钢筋混凝土阻锈剂及其应用。本发明的阻锈剂是将钼酸钠、三乙醇胺和硫酸锌按照一定比例混合,充分发挥各阻锈剂成分的协同作用,阻锈效果优于两两组合的阻锈效果,且降低各组成的使用量。该产品对钢筋具有较好的缓蚀作用,在钢筋混凝土内使用具有一定的缓凝效果、不会降低混凝土的抗压强度。该产品生产工艺简单,施工使用方便,且低毒、无公害,不会对人体和环境造成危害。
因此,一方面,本发明提供一种环境友好型钢筋混凝土阻锈剂,其中按质量百分含量计,所述阻锈剂包括:钼酸钠0.05~2.0%,硫酸锌0.1~1.0%,三乙醇胺0.1~1.5%,其余为水。
优选地,所述阻锈剂中钼酸钠的含量为0.1~1.0%,更优选地为0.5%;
优选地,所述阻锈剂中硫酸锌的含量为0.1~0.8%,更优选地为0.3%;
优选地,所述阻锈剂中三乙醇胺的含量为0.5~1.2%,更优选地为1.0%;
另一方面,本发明提供一种上述阻锈剂在钢筋混凝土结构中的用途。
与现有技术相比,本发明的阻锈剂将不同类型缓蚀剂进行复合,发挥不同类型缓蚀剂之间的协同效应,延长氯离子对钢筋局部锈蚀的诱发时间,降低钢筋锈蚀的速率,进而有效缓解混凝土中钢筋的锈蚀。本产品对混凝土的性能无不利的影响,适用于水利、铁路、民用建筑等钢筋混凝土结构。本发明的新型阻锈剂各组分间具有很好的协同作用、用量少,能够在钢筋表面形成致密的钝化膜,具有很好的阻锈效果,可明显提高钢筋混凝土的服役寿命。
本发明的新型阻锈剂在钢筋混凝土内使用对混凝土有一定的缓凝效果、可以使混凝土保持较长时间的塑性,对提高混凝土施工质量,减少混凝土早期收缩裂缝以及保证泵送施工都是有利的;本产品在合理掺量范围内对混凝土的抗压强度有一定的提升作用。
附图说明
图1:钼酸钠掺量对锈蚀电位的影响规律;
图2:硫酸锌掺量对锈蚀电位的影响规律;
图3:三乙醇胺掺量对锈蚀电位的影响规律。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐明本发明,而不是为了限制本发明的范围。
1、阻锈剂的缓蚀效果评价,具体方法如下:
(1)盐水浸渍试验
本试验参照YB/T 9231-2009《钢筋阻锈剂使用技术规程》附录A.1盐水浸渍试验进行,测量时间分别为初始、1h、2h、3h、6h、1d、3d、5d、7d内钢筋的锈蚀电位。判断标准为7天内钢筋棒表面无锈蚀发生,且两根钢筋棒第7天的自然电位均在0~-250mv范围内为合格。
(2)浸烘试验
本试验参照YB/T 9231-2009《钢筋阻锈剂使用技术规程》附录A.3单功能阻锈剂混凝土浸烘试验进行,测试掺阻锈剂和不掺阻锈剂混凝土中的钢筋锈蚀面积,要求掺阻锈剂比不掺阻锈剂的混凝土中的钢筋锈蚀面积百分率减少95%以上。
2、阻锈剂对混凝土性能影响评价,具体方法:
在浸烘试验中成型钢筋混凝土试件时,测试掺阻锈剂与不掺阻锈剂的两种混凝土的终凝时间,并采用公式Δt=t0-ti计算凝结时间差,其中Δt为终凝时间差,ti为掺阻锈剂混凝土终凝时间,t0为不掺阻锈剂混凝土终凝时间;成型立方体混凝土试件,在温度20±2℃,相对湿度90%以上条件下养护28d,测定掺阻锈剂与不掺阻锈剂的两种混凝土试件的抗压强度,并采用公式计算抗压强度比,K为抗压强度比,fcu,i为掺阻锈剂混凝土试件抗压强度,fcu,0为不掺阻锈剂混凝土试件抗压强度。
根据YB/T 9231-2009《钢筋阻锈剂使用技术规程》要求:抗压强度比≥90%,凝结时间差±120min内,方可认为该阻锈剂可以在混凝土内使用。
实施例1:本发明的阻锈剂
阻锈剂的配方采用:按质量百分含量计,钼酸钠0.5%,硫酸锌0.3%,三乙醇胺1.0%,其余为水。将各成分混合制成本发明的阻锈剂,并采用上述方法分别评价本实施例配方的阻锈剂的缓释效果和对混凝土性能的影响。结果示于表1。
实施例2:本发明的阻锈剂
阻锈剂的配方采用:按质量百分含量计,钼酸钠0.8%,硫酸锌0.5%,三乙醇胺0.5%,其余为水。将各成分混合制成本发明的阻锈剂,并采用上述方法分别评价本实施例配方的阻锈剂的缓释效果和对混凝土性能的影响。结果示于表1。
实施例3:本发明的阻锈剂
阻锈剂的配方采用:按质量百分含量计,钼酸钠0.3%,硫酸锌0.8%,三乙醇胺1.2%,其余为水。将各成分混合制成本发明的阻锈剂,并采用上述方法分别评价本实施例配方的阻锈剂的缓释效果和对混凝土性能的影响。结果示于表1。
表1阻锈剂试验效果一览表
实施例4:本发明的阻锈剂各组分用量筛选试验
1、钼酸钠用量筛选试验
(1)按质量百分含量计,将钼酸钠0.03%、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%、2.0%、2.5%,分别与硫酸锌0.5%、三乙醇胺1.5%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表2.a。
结果说明,钼酸钠在0.05%~2.5%范围内时,阻锈剂效果较好;当钼酸钠含量在0.1%~1.0%范围,阻锈剂效果更优。
表2.a钼酸钠含量筛选试验一览表
(2)按质量百分含量计,将钼酸钠0.03%、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%、2.0%、2.5%,分别与硫酸锌0.3%、三乙醇胺1.0%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表2.b。
结果说明,钼酸钠含量在0.05%~2.0%范围内时,阻锈剂效果较好;当钼酸钠含量在0.1%~1.0%范围,阻锈剂效果更优。
表2.b钼酸钠含量筛选试验一览表
(3)按质量百分含量计,将钼酸钠0.03%、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%、2.0%、2.5%,分别与硫酸锌0.8%、三乙醇胺2.0%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表2.c。
结果说明,钼酸钠含量在0.03%~2.0%范围内时,阻锈剂效果较好;当钼酸钠含量在0.1%~1.0%范围,阻锈剂效果更优。
表2.c钼酸钠含量筛选试验一览表
综合以上数据,当钼酸钠含量在0.05%~2.0%范围内,此时制备得到的阻锈剂效果较好;优选地,当钼酸钠含量在0.1%~1.0%范围内,制备得到的阻锈剂效果更优。
2、硫酸锌用量筛选试验
(1)按质量百分含量计,将硫酸锌0.05%、0.1%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%分别与钼酸钠1.0%、三乙醇胺0.5%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表3.a。
结果说明,硫酸锌含量在0.1%~1.2%范围内时,阻锈剂效果较好;当硫酸锌含量在0.1%~0.8%范围内,阻锈剂效果更优。
表3.a硫酸锌含量筛选试验一览表
(2)按质量百分含量计,将硫酸锌0.05%、0.1%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%,分别与钼酸钠1.5%、三乙醇胺1.0%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表3.b。
结果说明,硫酸锌含量在0.1%~1.2%范围内时,阻锈剂效果较好;当硫酸锌含量在0.1%~0.8%范围内,阻锈剂效果更优。
表3.b硫酸锌含量筛选试验一览表
(3)按质量百分含量计,将硫酸锌0.05%、0.1%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%,分别与钼酸钠0.5%、三乙醇胺1.5%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表3.c。
结果说明,硫酸锌含量在0.1%~1.2%范围内时,阻锈剂效果较好;当硫酸锌含量在0.1%~0.8%范围内,阻锈剂效果更优。
表3.c硫酸锌含量筛选试验一览表
综合以上数据,当硫酸锌含量在0.1%~1.0%范围内,此时制备得到的阻锈剂效果较好;优选地,当硫酸锌含量在0.1%~0.8%范围内,制备得到的阻锈剂效果更优。
3、三乙醇胺用量筛选试验
(1)按质量百分含量计,将三乙醇胺0.05%、0.1%、0.5%、0.8%、1.2%、1.5%、2.0%,分别与钼酸钠0.5%、硫酸锌0.5%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表4.a。
结果说明,三乙醇胺含量在0.1%~1.5%范围内时,阻锈剂效果较好;当三乙醇胺含量在0.5%~1.5%范围内,阻锈剂效果更优。
表4.a三乙醇胺含量筛选试验一览表
(2)按质量百分含量计,将三乙醇胺0.05%、0.1%、0.5%、0.8%、1.2%、1.5%、2.0%,分别与钼酸钠1.0%、硫酸锌0.8%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,,结果见表4.b。
结果说明,三乙醇胺含量在0.1%~1.5%范围内时,阻锈剂效果较好;当三乙醇胺含量在0.1%~1.2%范围内,阻锈剂效果更优。
表4.b三乙醇胺含量筛选试验一览表
(3)按质量百分含量计,将三乙醇胺0.05%、0.1%、0.5%、0.8%、1.2%、1.5%、2.0%,分别与钼酸钠2.0%、硫酸锌0.3%、其余为水进行混合,用上述阻锈剂的缓蚀效果评价的方法进行试验;选取阻锈效果满足要求的试验组,进行阻锈剂对混凝土性能影响评价试验,结果见表4.c。
结果说明,三乙醇胺含量在0.05%~1.5%范围内时,阻锈剂效果较好;当三乙醇胺含量在0.1%~1.2%范围内,阻锈剂效果更优。
表4.c三乙醇胺含量筛选试验一览表
综合以上数据,当三乙醇胺含量在0.1%~1.5%范围内,制备得到的阻锈剂阻锈效果较好;优选地,当三乙醇胺含量在0.5%~1.2%范围内,制备得到的阻锈剂阻锈效果更优。
实施例5:本发明的阻锈剂各组分的最优用量筛选试验
本发明采用表5所示的三因素三水平正交试验配方,选用表6所示的三因素三水平正交试验。试验组编号见下表6。
表5最优组分用量筛选正交试验表
采用表5所列不同水平的阻锈剂,并用上述阻锈剂的缓蚀效果评价及阻锈剂对混凝土性能影响评价中的方法,分别测定锈蚀电位、锈蚀面积减小率、凝结时间差和抗压强度比。结果示于表6,各因素分析结果见表7,直观描述各因素掺量对阻锈效果的影响规律见图1-3,由表6结果可知,其中所有组的性能指标均满足规范要求,以锈蚀电位来进行影响因素分析,不同水平掺量对锈蚀电位影响见表7,根据表7绘出掺量水平对锈蚀电位的影响规律。从图1可以看出,在A因素下,随着钼酸钠含量的增加,其锈蚀电位先增加后减小,在水平2上最好,此时的钼酸钠含量为0.5%;从图2可以看出,在B因素下,随着硫酸锌含量的增加,其锈蚀电位先增加后减小,在水平2上最好,此时的硫酸锌含量为0.3%;从图3可以看出,在C因素下,随着三乙醇胺含量的增加,其锈蚀电位先增加后减小,在水平2上最好,此时的三乙醇胺含量为1.0%。
表6正交试验结果
表7因素分析
对比例1
把本阻锈剂最优组配方(实施例1)与发明专利(200310115070.3)实施例11进行缓蚀效果和对混凝土性能影响的对比试验。试验结果显示:本发明的锈蚀电位为-187mv,锈蚀面积减小率为98.6%,对比例锈蚀电位为-243mv,锈蚀面积减小率为96.5%;本发明将混凝土凝结时间延长90min、抗压强度增加15.6%,对比例将混凝土凝结时间几乎无影响,混凝土的抗压强度下降5.7%。通过与本发明的结果比较可知,专利(200310115070.3)对钢筋的缓蚀效果欠佳、混凝土强度出现下降,其复杂的化学组成增加制备难度和使用难度,用户很难接受。
对比例2
把本发明的最优组阻锈剂(实施例1)与发明专利(98104716.5)实施例1中的缓蚀剂进行缓蚀效果和对混凝土性能影响的对比试验。试验结果显示:本发明的锈蚀电位为-187mv,锈蚀面积减小率为98.6%,对比例锈蚀电位为-196mv,锈蚀面积减小率为97.4%;本发明将混凝土凝结时间延长90min、抗压强度增加15.6%,对比例将混凝土凝结时间延长105min、对混凝土的抗压强度几乎无影响。试验结果显示两种产品的阻锈剂都具有很好的缓蚀作用,较好的提高了钢筋的抗腐蚀性,但就阻锈效果和对混凝土的性能影响综合考虑,显然本产品的效果更好。