CN107265909B - 一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂及其应用 - Google Patents

一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂及其应用。该阻锈剂按质量百分比，包括如下组分：三羟甲基氨基甲烷0.6~1.2%，硅酸钠0.6~2.4%，其余为水。本发明的复合型钢筋混凝土阻锈剂包括三羟甲基氨基甲烷和硅酸钠两种组分组成，分别发挥着隔离和抑制的作用。有机组分三羟甲基氨基甲烷能够吸附在钢筋表面形成吸附膜，阻止钢筋被氯离子腐蚀；无机组分硅酸钠能够促进钢筋表面形成致密的钝化膜，阻止进一步氧化。本发明的阻锈剂由常见的化学组分组成，生产和使用成本低，环保无污染，使用安全，具有用量少、制备工艺简单的优点，可直接与混凝土拌合，应用于包括海港或桥梁建造工程中。

Description

一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂及 其应用
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土添加剂领域，尤其涉及一种复合型钢筋混凝土阻锈剂及其应用。
背景技术
钢筋混凝土在结构中得到广泛的应用，而其耐久性则受到学者的普遍关注。在荷载和温度的作用下，混凝土开裂，有害离子侵入腐蚀钢筋，会破坏混凝土结构的耐久性。目前已实际应用的钢筋混凝土腐蚀防护方法主要有表面涂保护层、阴极保护、内掺缓蚀剂。其中，在混凝土中添加缓蚀剂能够抑制或缓解钢筋的腐蚀程度，使用方便，效果较好。
国内外对钢筋阻锈剂的研究按照成膜机理的不同主要分为氧化膜型阻锈剂、吸附膜型阻锈剂、沉淀膜型阻锈剂三大类。其中，氧化膜型阻锈剂通过提高钝化膜抗氯离子的渗透性，从而保护钢筋不被腐蚀，这类物质一般具有氧化性，如亚硝酸盐、铬酸盐、苯甲酸钠等。亚硝酸钠作为大规模使用的缓蚀剂，由于其潜在的毒性，其应用受到很大程度的限制。醇胺类有机缓蚀剂对环境友好，能在混凝土孔隙中通过气相和液相扩散到钢筋表面，形成吸附膜，发挥阻锈作用，是一种迁移型阻锈剂，但常见的醇胺类有机缓蚀剂成本较高。
硅酸钠与其他带有特殊官能团的有机化合物可以组成复合型阻锈剂，协同促进钢筋表明形成钝化膜，如聚乙二胺树枝状聚合物、丙烯酰胺、羟基乙叉二膦酸等，但有机组分的制备工艺复杂，不利于广泛应用。
发明内容
为了克服现有阻锈剂的缺点，本发明提供了一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂。
三羟甲基氨基甲烷（简称Tris）作为一种醇胺类有机化合物，结构简单，在pH =7~9的弱碱性条件下，三羟甲基氨基甲烷单独作为阻锈剂使用；由羟基和胺基两种功能团与硅酸钠一同组成的新型复合阻锈剂经济适用，对环境友好，有重要的发展前景。
本发明还提供了所述的一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂的应用。
本发明通过如下技术方案实现。
一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂，按重量百分比，包括如下组分：
硅酸钠0.6~2.4%，三羟甲基氨基甲烷0.6~1.2%，其余为水。
进一步地，所述复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂在pH为7~13.3的环境体系中使用。
上述任一项所述的一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂应用于长期暴露在氯离子环境下的钢筋混凝土中，包括海港或桥梁建造工程。
进一步地，所述应用过程中，将所述的复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂添加于施工的混凝土中拌和，添加量为混凝土重量的0.4~2.1%。
本发明提供的复合型钢筋混凝土阻锈剂包括三羟甲基氨基甲烷和硅酸钠两种组分，分别发挥着隔离和抑制的作用。有机组分Tris是一种醇胺类有机化合物，能够吸附在钢筋表面形成吸附膜，从而阻止钢筋被氯离子腐蚀，且能在混凝土孔隙中通过气相和液相扩散到钢筋表面，有迁移性好、环保安全的优点；而无机组分硅酸钠能够促进钢筋表面形成致密的钝化膜，阻止进一步氧化；三羟甲基氨基甲烷三羟甲基氨基甲烷和硅酸钠两种物质通过不同的成膜阻锈机理对钢筋形成双重保护，有显著的协同作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明提供的阻锈剂由常见的化学组分组成，生产和使用成本低，制备工艺简单；
（2）本发明的阻锈剂的有机组分Tris能在混凝土孔隙中通过气相和液相扩散到钢筋表面，环保无污染，使用安全；
（3）本发明提供的阻锈剂，使用简单方便，可直接与混凝土拌合，具有用量少（混凝土重量的0.4~2.1%）的优点。
附图说明
图1 为钢筋在pH 10.5溶液中的塔菲尔曲线图；
图2 为钢筋在pH 12.8溶液中的塔菲尔曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明技术方案作进一步阐述，但本发明不限于此。
实施例1
复合型硅酸钠/Tris阻锈剂在pH 10.5的阻锈效果
选用Φ6的一级钢筋，并用环氧树脂包裹其侧表面制成钢筋电极；每次实验前，依次用1000号、2000号和5000号的砂纸打磨钢筋电极表面，再用氧化铝抛光粉抛光和蒸馏水冲洗，形成表面光亮的钢筋电极。
配置4组250mL含0.005mol/L Ca(OH)2、0.5mol/L NaCl溶液，分别为空白组、加入0.1mol/L Na2SiO3组、加入0.1mol/L Tris组、加入0.1mol/L Na2SiO3和0.1mol/L Tris组；调节pH至10.5，并使用CH 1660电化学工作站（上海辰华公司）在三电极体系中室温（25±2）℃下进行电化学测试；工作电极为制备的钢筋电极，对电极和参比电极分别为钛电极、饱和甘汞电极。
工作电极浸泡于相应溶液300s后进行电化学性能测试；开路电位测试时间100s；塔菲尔（Tafel）曲线开始电位-0.9V，终止电位0.8V，扫描速度5mV/s。
测试得到的塔菲尔曲线图如图1所示，从塔菲尔曲线（图1）中可以看出，Tris和Na2SiO3的加入有效减小了钢筋电极的氧化电流，起到了阻锈的效果，而Tris和Na2SiO3共同作用时，钢筋电极的腐蚀相较于两者单独作用时得到延缓，两者有很好的协同阻锈效果。
实施例2
复合型硅酸钠/Tris阻锈剂在pH 12.8的阻锈效果
选用Φ6的一级钢筋，并用环氧树脂包裹其侧表面制成钢筋电极；每次实验前，依次用1000号、2000号和5000号的砂纸打磨钢筋电极表面，再用氧化铝抛光粉抛光和蒸馏水冲洗，形成表面光亮的钢筋电极。
配置4组250mL含0.005mol/L Ca(OH)2、0.5mol/L NaCl溶液，分别为空白组、加入0.1mol/L Na2SiO3组、加入0.1mol/L Tris组、加入0.1mol/L Na2SiO3和0.1mol/L Tris组；调节pH至12.8，并使用CH 1660电化学工作站（上海辰华公司）在三电极体系中室温（25±2）℃下进行电化学测试；工作电极为制备的钢筋电极，对电极和参比电极分别为钛电极、饱和甘汞电极。
工作电极浸泡于相应溶液300s后进行电化学性能测试；开路电位测试时间100s；塔菲尔（Tafel）曲线开始电位-0.9V，终止电位0.8V，扫描速度5mV/s。
测试得到的塔菲尔曲线图如图2所示，从塔菲尔曲线（图2）中可以看出，Tris的加入减小了钢筋电极的氧化电流，起到了阻锈的效果；硅酸钠通过促进钢筋形成钝化膜，延缓钢筋电极腐蚀电流的上升，从而阻止钢筋的腐蚀；而Tris和Na2SiO3共同作用时，钢筋电极的腐蚀相较于两者单独作用时得到延缓，两者有很好的协同阻锈效果。
实施例3
复合型硅酸钠/Tris阻锈剂，按重量百分比，包括如下组分：
硅酸钠2.4%，三羟甲基氨基甲烷0.6%，其余为水。
将所述复合型硅酸钠/Tris阻锈剂应用于钢筋混凝土中的钢筋防锈中，复合型硅酸钠/Tris阻锈剂添加于混凝土中拌和，调节pH=12.5，添加量为混凝土重量的2.1%，添加复合型硅酸钠/Tris阻锈剂不影响混凝土的和易性。
实施例4
复合型硅酸钠/Tris阻锈剂，按重量百分比，包括如下组分：
硅酸钠1.5%，三羟甲基氨基甲烷0.9%，其余为水。
将所述复合型硅酸钠/Tris阻锈剂应用于钢筋混凝土中的钢筋防锈中，复合型硅酸钠/Tris阻锈剂添加于混凝土中拌和，调节pH=13，添加量为混凝土重量的1.2%，添加复合型硅酸钠/Tris阻锈剂不影响混凝土的和易性。
实施例5
复合型硅酸钠/Tris阻锈剂，按重量百分比，包括如下组分：
硅酸钠0.6%，三羟甲基氨基甲烷1.2%，其余为水。
将所述复合型硅酸钠/Tris阻锈剂应用于钢筋混凝土中的钢筋防锈中，复合型硅酸钠/Tris阻锈剂添加于混凝土中拌和，调节pH=8.9，添加量为混凝土重量的0.4%，添加复合型硅酸钠/Tris阻锈剂不影响混凝土的和易性。
将实施例3~5制得的内部带有钢筋条的混凝土试件浸泡于含0.5mol/L NaCl和0.01mol/L NaOH的溶液中1个月，使混凝土试块充分饱和；通过控制钢筋表面电流密度为0.2mA/cm2对钢筋进行通电锈蚀，以混凝土表面产生0.3mm顺锈胀裂缝为终止条件。结果显示所述阻锈剂使钢筋的腐蚀得到有效的延缓，说明实施例3~5制备的阻锈剂均有很好的阻锈效果。

Claims (3)

1.一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂，其特征在于，按重量百分比，包括如下组分：
硅酸钠0.6~2.4%，三羟甲基氨基甲烷0.6~1.2%，其余为水；所述复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂能在pH为7~13.3的环境体系中使用起到阻锈作用。
2.权利要求1所述的一种复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂在暴露于氯离子环境下的钢筋混凝土施工中的应用；所述钢筋混凝土施工包括海港或桥梁建造工程中的钢筋混凝土施工；所述的复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂的添加量为混凝土重量的0.4~2.1%。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，将所述的复合型硅酸钠/三羟甲基氨基甲烷钢筋混凝土阻锈剂添加于施工的混凝土中拌和。
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