CN107500601A - 一种混凝土阻锈剂以及使用这种阻锈剂的预拌混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种混凝土阻锈剂以及使用这种阻锈剂的预拌混凝土，包括水泥、砂、碎石、粉煤灰、矿粉、水、泵送剂、阻锈剂、矿物掺和料，阻锈剂包括纳米硅烷、十二烷基磺酸钠、双硫脲化合物、二乙烯三胺、水；本方案中采用的各类原材料均符合环境友好理念，其中的物质如矿粉、粉煤灰和矿物掺和料均为废弃料，属于废物利用，资源的合理化应用；双硫脲化合物和二乙烯三胺，这两种物质能发生缩聚反应生成二乙烯三胺‑硫脲长链化合物，形成的长链在混凝土浇注过程中绕设在钢筋上，从而对钢筋起到保护作用；双硫脲化合物采用二甲苯硫脲，芳香环上的烷基能与游离氯离子在光照条件下发生取代反应，起到固化氯离子的作用。

Description

一种混凝土阻锈剂以及使用这种阻锈剂的预拌混凝土

技术领域

本发明涉及一种混凝土添加剂，特别涉及一种混凝土阻锈剂以及使用这种阻锈剂的预拌混凝土。

背景技术

氯盐环境下钢筋锈蚀导致的混凝土性能退化乃至失效破坏，已成为全世界普遍关注且日益突出的一大畏寒，我国沿海工程由于钢筋锈蚀导致的破坏情况也非常严重。

氯盐环境下提高混凝土结构耐久性的途径包括基本措施和附加措施，基本措施是采用高性能混凝土和提高保护层厚度，附加措施包括耐腐蚀钢筋，环氯涂层钢筋、阴阳极保护、混凝土表面涂层和钢筋阻锈剂等；其中，钢筋阻锈剂是运用最规范的附加措施之一。

如申请公布号为“CN103058548A”的中国专利所公开的一种钢筋混凝土阻锈剂及其使用方法，主要包括以下三种成分：

1.CuO和Ca(NO2)₂的混合物；

2.氨基醇；

3.脂肪酸酯。

不置可否，这类阻锈剂具有优异的阻锈性能，可以提升混凝土的耐久性能及混凝土综合抗腐蚀的能力；但是这类阻锈剂中含有重金属亚硝酸盐，在土壤污染测评时，土壤中重金属离子含量和亚硝酸盐的含量均作为重要指标进行考量，其均能对土壤造成污染和伤害，有悖于环境友好化学的理念。

因此，使用对环境友好无害的原材制备阻锈剂是未来的发展趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土阻锈剂，其具有优异的阻锈性能且对环境友好。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种混凝土阻锈剂，以各组分的重量份数计，包括以下组份：

通过采用上述技术方案，大多数的混凝土结构之中内部都设置有钢筋用于加强结构，且混凝土内部环境为碱性，pH＞11.8，在这种环境中，钢筋会表面会生成一层致密的钝化膜，钝化膜的主要成分为FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe₃O₄·γH₂O以及少量的FeOOH钝化膜包裹在钢筋表面以起到保护作用。氯离子为酸性离子，溶解之后使溶液呈酸性，当氯离子过剩时，混凝土内部的碱性环境被逐步中和，pH值降低；但是在氯腐蚀过程中，发生如下化学反应：

Fe²⁺+2Cl^-+4H₂O＝FeCl₂·4H₂O

FeCl₂·2H₂O＝Fe(OH)₂+2Cl^-+2H⁺+2H₂O

将以上两个反应方程式合并，得到以下方程式：

Fe²⁺+2H₂O+FeCl₂·2H₂O＝FeCl₂·4H₂O+Fe(OH)₂+2H⁺

其中，氯离子虽然参加反应但是却不会被消耗，所以混凝土内部一点有氯离子堆积之后，钢筋既发生侵蚀且此反应长期进行。二乙烯三胺为对称性分子，中心基团为氨基(NH)，两端各连接有一个乙烯氨基(CH₃NH₂)，氨基与硫脲基发生缩聚反应；由于二乙烯三胺分子构造较为简单，分子链较短，且中心和两端均有氨基，氨基的空间结构较大，所以二乙烯三胺分子链只能向背离中心氨基的方向发生轻微弯折，含有双硫脲基的化合物在十二烷基磺酸钠的作用下向氨基处运动与氨基发生缩聚反应，在浇注混凝土的过程中，二乙烯三胺与双硫脲化合物缩聚形成的长链绕设在钢筋表面对钢筋起到保护作用，生成的二乙烯三胺-硫脲缩聚物极为稳定，不与酸、碱反应；二乙烯三胺-硫脲缩聚后的分子链一面贴附在钢筋上，另一面空间构象较为复杂，且分子基团较大，可阻挡氯离子向钢筋处移动；纳米硅烷是由小分子的硅烷与硅氧烷的混合物组成，化学性质极为稳定，对紫外线辐射、热、化学腐蚀性溶液等具有良好的抵抗性，其次纳米硅烷的分子颗粒较小，能有效填充在混凝土孔隙中，形成牢固的稳定层，从而提高混凝土制品的憎水性和综合性能，进一步避免氯离子等进入至混凝土内部；大量性质稳定的硅烷横亘在混凝土中，形成屏障对氯离子起到阻挡作用，既而减小氯离子穿过的数量。

作为优选，所述纳米硅烷为辛基三乙氧基硅烷。

通过采用上述技术方案，辛基三乙氧基硅烷的挥发性较低，有效渗透进混凝土中的有效成分百分比较大；其次辛基三乙氧基硅烷能与混凝土中的水反应，释放乙醇后形成三维交联的硅树脂，与混凝土直接形成化学连接。

作为优选，所述双硫脲化合物为二甲苯硫脲。

通过采用上述技术方案，二甲基苯硫脲包括对二甲基苯硫脲、邻二甲基苯硫脲和对二甲基苯硫脲，苯环的空间构象较大，当缩聚后的二乙烯三胺-硫脲缩聚化合物贴附在钢筋上时，连接有苯环的一端朝外，由于苯环体积较大，所以相当于在二乙烯三胺-硫脲聚合物的外圈起到隔绝氯离子，进一步的保护钢筋的有益效果；其次，氯原子能作为亲电试剂与苯环上的氢发生取代反应对氯进行固化，光照作为催化剂，氯离子先吸引烷基上的氢组成氯化氢，烷基形成(R-CH₃ ⁺)与其余氯离子一齐形成一卤代物，一卤化物上的氢更加活泼，能够在光照的条件下继续与氯离子反应生成二氯化物或三卤代物，由于氯离子的空间构象大于氢离子的空间构象，所以取代后的二乙烯三胺-硫脲化合物空间构象更大，可阻挡其余游离离子，避免氯离子腐蚀钢筋。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种混凝土阻锈剂，以各组分的重量份数计，包括以下组份：

阻锈剂为上述所描述的混凝土阻锈剂。

通过采用上述技术方案，石子作为混凝土骨料之一，用于提高混凝土中的结构强度，稀释剂采用水，水润湿石子之后，减小石子之间的摩擦力，使混凝土在搅拌过程中，混合的更加均匀；水泥、粉煤灰与水混合之后可用为胶黏剂，将石子粘黏在一起，粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝组织，且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50％-80％，具有极强的吸水性，混凝土表面的水下渗吸附在粉煤灰中，当温度较高时，其中的水分提前蒸发，降低混凝土表面的温度，避免混凝土表面温度过高而导致开裂；其中，粉煤灰是煤燃烧后的延其中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固定废物，是我国排量较大的工业废渣之一，将粉煤灰掺入至混凝土中，对混凝土性能起到良好提升的同时，也是对固体废弃物的废物利用；矿物掺和料是为了改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级的粉状矿物质，如沸石粉、硅灰、石灰石、磨细石英砂等材料；矿粉是矿石粉碎加工后的产物，能与粉煤灰协同增加混凝土性能；泵送剂是一种改善混凝土泵送性能的外加剂，具有卓越的减水增强效果和缓凝保塑性能。

作为优选，所述矿粉为纳米矿粉。

通过采用上述技术方案，纳米矿粉的颗粒粒径较小，在混凝土的浇注过程中，纳米矿粉填充在骨料之间形成的缝隙中，用于封堵混凝土中的缝隙和孔径，减小氯离子进入至混凝土的可能性。

作为优选，所述碎石包括粒径为5-15mm的小碎石和粒径为15-25mm的大碎石。

通过采用上述技术方案，石子采用两种石子，其中大碎石的粒径为15-25mm，小碎石的粒径为5-15mm，大碎石在混凝土中堆积用于保证混凝土整体结构强度，小碎石填充在大碎石堆积后形成的孔径中，增强结构强度。

作为优选，所述小碎石和大碎石的比例为2:1。

通过采用上述技术方案，小碎石相对于大碎石过剩设置，小碎石堆积后形成的缝隙、孔径小于大碎石堆积后形成的缝隙和孔径，减少从缝隙、孔径中透入的氯离子。

作为优选，还包括

减水剂 10-20份

缓凝剂 10-20份

蒙脱土 10-15份。

通过采用上述技术方案，矿物掺和料与减水剂协同作用能增加新拌混凝土的流动性、粘聚性、保水性并改善混凝土的可泵性，提高混凝土强度和耐久性；减水剂对颗粒有分散作用，将其加入在混凝土中，可在维持混凝土整体性能不变的情况下，减少用水量；在实际施工过程中，大多是将制备好的混凝土利用搅拌车将其运送至现场，将缓冲剂加入至其中，减缓混凝土凝固的时间，其次在施工过程中，减缓混凝土凝固的时间，混凝土有较为充足的时间在自身内部作用力下平摊，至表面平整；蒙脱土能与减水剂协同作用，共同增加颗粒的分散性，减少水的用量。

作为优选，还包括

通过采用上述技术方案，铝酸三钙能与氯离子结合，以起到固化氯离子的作用效果，铝酸三钙与二乙烯三胺-硫脲化合物协同固化混凝土中的游离氯离子，避免游离氯离子腐蚀钢筋；但由于铝酸三钙质地较脆，受到外力后易于弯折破损；混入中其中的微橡胶颗粒能发生形变释放弹性势能，以起到缓冲保护的作用，其次微橡胶颗粒性质稳定，不与氯离子发生反应，在混凝土中形成多道屏障，阻挡氯离子通过；透入至混凝土中的氯离子经过多道屏障的阻挡、固化，能够到达混凝土中钢筋处的氯离子急速锐减至小于原先的10％，从而起到很好的防锈蚀的作用；另外，当车辆行驶在路面上时，向下对路面施加压力时，填充在其中的橡胶颗粒发生轻微形变，将车辆向下施加的作用力向周围分散，减小混凝土表面某一处的压强，避免因压强过大而致使混凝土路面表面产生裂缝。车辆在大雨天行驶在路面上时，将轮胎前方的水分产生较大的压力，将其压入至混凝土路面中，之后随着车辆离开，产生向上的吸力，将压入至混凝土中的水分向上吸出，水分在一进一出的过程中，容易将混凝土路面中的沙、粉煤灰等带出，或减小相互之间的胶黏力；弹性橡胶颗粒和高分子纤维一齐对混凝土路面产生缓冲作用，减小车辆施加在混凝土道路中的压力；加入至其中的水性丙烯酸能与水互溶，水性丙烯酸密度较大且具有一定的胶黏性，铝酸三钙、微橡胶颗粒能在水性丙烯酸中搅拌形成悬浮液且分散均匀，在混凝土浇注时，可使得铝酸三钙、微橡胶颗粒等均匀的分散在混凝土路面中。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本方案中采用的各类原材料均符合环境友好理念，其中的物质如矿粉、粉煤灰和矿物掺和料均为废弃料，属于废物利用，资源的合理化应用；

2.阻锈剂中包括双硫脲化合物和二乙烯三胺，这两种物质能发生缩聚反应生成二乙烯三胺-硫脲化合物，由于双硫脲化合物和二乙烯三胺中都是有两个硫脲基和氨基基团，所以能在两端缩聚形成长链，形成的长链在混凝土浇注过程中绕设在钢筋上，从而对钢筋起到保护作用；

3.双硫脲化合物采用二甲苯硫脲，芳香环上的烷基能与游离氯离子在光照条件下发生取代反应，以起到固化氯离子的作用；其次加入至混凝土中的铝酸三钙同样能起到固化游离氯离子的作用；

4.纳米硅烷质地较密，能渗入至混凝土中从而遮挡住混凝土骨料之间形成的孔径和缝隙，阻挡游离氯离子向混凝土中渗入从而腐蚀混凝土中的钢筋。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：

取干净容器，向其中加入12份纳米硅烷，纳米硅烷采用辛基三乙氧基硅烷，5份十二烷基磺酸钠，10份双硫脲化合物，其中双硫脲化合物采用二甲基苯硫脲，5份二乙烯三胺，25份水，均匀搅拌后形成混凝土阻锈剂。

实施例2：

取干净容器，向其中加入20份纳米硅烷，纳米硅烷采用辛基三乙氧基硅烷，10份十二烷基磺酸钠，15份双硫脲化合物，其中双硫脲化合物采用二甲基苯硫脲，7份二乙烯三胺，30份水，均匀搅拌后形成混凝土阻锈剂。

实施例3：

取干净容器，向其中加入15份纳米硅烷，纳米硅烷采用辛基三乙氧基硅烷，8份十二烷基磺酸钠，13份双硫脲化合物，其中双硫脲化合物采用二甲基苯硫脲，6份二乙烯三胺，28份水，均匀搅拌后形成混凝土阻锈剂。

实施例4：

取干净容器，向其中加入15份纳米硅烷，纳米硅烷采用辛基三乙氧基硅烷，8份十二烷基磺酸钠，28份水，均匀搅拌后形成混凝土阻锈剂。

实施例5：

取干净容器，向其中加入8份十二烷基磺酸钠，13份双硫脲化合物，其中双硫脲化合物采用二甲基苯硫脲，6份二乙烯三胺，28份水，均匀搅拌后形成混凝土阻锈剂。

实施例6：

取干净容器，向其中加入15份纳米硅烷，纳米硅烷采用辛基三乙氧基硅烷，8份十二烷基磺酸钠，6份二乙烯三胺，13份丙烯基硫脲，28份水，均匀搅拌后形成混凝土阻锈剂。

实施例7：

取干净容器，向其中加入16份纳米硅烷，纳米硅烷采用辛基三乙氧基硅烷，10份十二烷基磺酸钠，12份双硫脲化合物，其中双硫脲化合物采用二甲基苯硫脲，7份二乙烯三胺，27份水，均匀搅拌后形成混凝土阻锈剂。

实施例8：

取干净的容器，向其中加入100份水泥、140份砂、240份碎石，其中碎石包括小碎石和大碎石，小碎石的粒径在5-15mm之间，大碎石的粒径在15-25mm之间，本实施例中采用10mm的小碎石和18mm的大碎石，且大碎石和小碎石的比例为1:2，再加入15份粉煤灰、18份矿粉、40份水、1.5份泵送剂、2.5份阻锈剂，1份矿物掺和料，3份铝酸三钙、3份微橡胶颗粒，微橡胶颗粒的粒径为0.3-0.8mm，材质为EPDM，可利用废旧轮胎切割而成，本实施例中采用0.5mm、30份水性丙烯酸溶液、10份减水剂、10份缓凝剂和10份蒙脱土。

实施例9：

取干净的容器，向其中加入150份水泥、180份砂、260份碎石，其中碎石包括小碎石和大碎石，小碎石的粒径在5-15mm之间，大碎石的粒径在15-25mm之间，本实施例中采用10mm的小碎石和18mm的大碎石，且大碎石和小碎石的比例为1:2，再加入22份粉煤灰、25份矿粉、60份水、2.0份泵送剂、3.5份阻锈剂，1.5份矿物掺和料，5份铝酸三钙、5份微橡胶颗粒，微橡胶颗粒的粒径为0.3-0.8mm，材质为EPDM，可利用废旧轮胎切割而成，本实施例中采用0.5mm、30份水性丙烯酸溶液、20份减水剂、20份缓凝剂和20份蒙脱土。

实施例10：

取干净的容器，向其中加入125份水泥、160份砂、250份碎石，其中碎石包括小碎石和大碎石，小碎石的粒径在5-15mm之间，大碎石的粒径在15-25mm之间，本实施例中采用10mm的小碎石和18mm的大碎石，且大碎石和小碎石的比例为1:2，再加入18份粉煤灰、22份矿粉、60份水、2.0份泵送剂、3.0份阻锈剂，1.3份矿物掺和料，5份铝酸三钙、5份微橡胶颗粒，微橡胶颗粒的粒径为0.3-0.8mm，材质为EPDM，可利用废旧轮胎切割而成，本实施例中采用0.5mm、30份水性丙烯酸溶液、20份减水剂、20份缓凝剂和20份蒙脱土。

实施例11：

取干净的容器，向其中加入100份水泥、168份砂、251份碎石，其中碎石包括小碎石和大碎石，小碎石的粒径在5-15mm之间，大碎石的粒径在15-25mm之间，本实施例中采用10mm的小碎石和18mm的大碎石，且大碎石和小碎石的比例为1:2，再加入17份粉煤灰、20份矿粉、44份水、1.7份泵送剂、31.0份阻锈剂，1.0份矿物掺和料，3.2份铝酸三钙、3.5份微橡胶颗粒，微橡胶颗粒的粒径为0.3-0.8mm，材质为EPDM，可利用废旧轮胎切割而成，本实施例中采用0.5mm、37份水性丙烯酸溶液、12份减水剂、12份缓凝剂和12份蒙脱土。

实施例12：

取干净的容器，向其中加入100份水泥、168份砂、251份碎石，其中碎石包括小碎石和大碎石，小碎石的粒径在5-15mm之间，大碎石的粒径在15-25mm之间，本实施例中采用10mm的小碎石和18mm的大碎石，且大碎石和小碎石的比例为1:2，再加入17份粉煤灰、20份矿粉、44份水、1.7份泵送剂、1份矿物掺和料，3.2份铝酸三钙、3.5份微橡胶颗粒，微橡胶颗粒的粒径为0.3-0.8mm，材质为EPDM，可利用废旧轮胎切割而成，本实施例中采用0.5mm、12份水性丙烯酸溶液、12份减水剂、12份缓凝剂和12份蒙脱土。

实施例13：

取干净的容器，向其中加入100份水泥、168份砂、251份碎石，其中碎石包括小碎石和大碎石，小碎石的粒径在5-15mm之间，大碎石的粒径在15-25mm之间，本实施例中采用10mm的小碎石和18mm的大碎石，且大碎石和小碎石的比例为1:2，再加入17份粉煤灰、20份矿粉、44份水、1.7份泵送剂、1.0份阻锈剂，1.0份矿物掺和料，3.2份铝酸三钙、3.5份微橡胶颗粒，微橡胶颗粒的粒径为0.3-0.8mm，材质为EPDM，可利用废旧轮胎切割而成，本实施例中采用0.5mm、37份水性丙烯酸溶液、12份减水剂、12份缓凝剂和12份蒙脱土。

实施例14：

取干净的容器，向其中加入100份水泥、168份砂、251份碎石，其中碎石包括小碎石和大碎石，小碎石的粒径在5-15mm之间，大碎石的粒径在15-25mm之间，本实施例中采用10mm的小碎石和18mm的大碎石，且大碎石和小碎石的比例为1:2，再加入17份粉煤灰、20份矿粉、44份水、1.7份泵送剂、5.0份阻锈剂，1份矿物掺和料，3.2份铝酸三钙、3.5份微橡胶颗粒，微橡胶颗粒的粒径为0.3-0.8mm，材质为EPDM，可利用废旧轮胎切割而成，本实施例中采用0.5mm、37份水性丙烯酸溶液、12份减水剂、12份缓凝剂和12份蒙脱土。

将实施例1-实施例7中制备得到的混凝土阻锈剂添加至普通硅酸盐水泥中并浇注成钢筋混凝土，向其中大量注入盐水，分别观测钢筋混凝土中钢筋的锈蚀程度并记录在表1；

表1：

利用实施例7中制备得到的混凝土阻锈剂作为外加剂分别添入至实施例8-实施例11、实施例13-实施例14；根据实施例8-实施例14所述方法制备的混凝土并测量其承压能力和劈裂能力，并记录在表2；

表2：

根据表2可得结论：混凝土中加入阻锈剂和不加入阻锈的承压能力和抗劈裂能力没有显著变化，符合标准。

Claims (9)

1.一种混凝土阻锈剂，其特征在于：以各组分的重量份数计，包括以下组份：

纳米硅烷 12-20份

十二烷基磺酸钠 5-10份

双硫脲化合物 10-15份

二乙烯三胺 5-7份

水 25-30份。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土阻锈剂，其特征在于：所述纳米硅烷为辛基三乙氧基硅烷。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土阻锈剂，其特征在于：所述双硫脲化合物为二甲苯硫脲。

4.一种预拌混凝土，其特征在于：以各组分的重量份数计，包括以下组份：

水泥 100-150份

砂 140-180份

碎石 240-260份

粉煤灰 15-22份

矿粉 18-25份

水 40-60份

泵送剂 1.5-2.0份

阻锈剂 2.5-3.5份

矿物掺和料 1.0-1.5份

阻锈剂为权利要求1-3任意一条所述的混凝土阻锈剂。

5.根据权利要求4所述的一种预拌混凝土，其特征在于：所述矿粉为纳米矿粉。

6.根据权利要求4所述的一种预拌混凝土，其特征在于：所述碎石包括粒径为5-15mm的小碎石和粒径为15-25mm的大碎石。

7.根据权利要求6所述的一种预拌混凝土，其特征在于：所述小碎石和大碎石的比例为2:1。

8.根据权利要求4所述的一种预拌混凝土，其特征在于：还包括

减水剂 10-20份

缓凝剂 10-20份

蒙脱土 10-15份。

9.根据权利要求4所述的一种预拌混凝土，其特征在于：还包括

铝酸三钙 3-5份

微橡胶颗粒 3-5份

水性丙烯酸 30-40份

微橡胶颗粒粒径为 0.3-0.5mm。