CN107640924A - 一种钢筋混凝土用阻锈剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢筋混凝土用阻锈剂及其制备方法，包括：将γ‑环糊精、壳聚糖、硅酸镁、聚硅氮烷、蒙脱土、LAS系粉体和去离子水混合，加入至胶体磨中研磨，然后加入聚天冬氨酸、聚丙烯酰胺和聚乙二醇，搅拌，置于双螺杆混炼机中，挤出接枝，干燥、造粒。本发明通过胶体磨研磨法将壳聚糖插入γ‑环糊精的环形空腔中，形成水溶性的超分子阻锈剂，使壳聚糖充分分布于钢筋表面，抑制铁基体发生锈蚀；γ‑环糊精分子中较窄端面含有伯羟基，通过分子中的‑OH与钢筋表面的活性位相键合，吸附在钢筋表面，起到减缓钢筋锈蚀的作用。聚天冬氨酸和聚丙烯酰胺能与混凝土水化产物生成了胶凝物质，阻塞了氯离子向混凝土内部扩散的通道。

Description

一种钢筋混凝土用阻锈剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种钢筋混凝土用阻锈剂及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土是建筑工程中最主要、用量最多的建筑材料，其以易于就地取材、抗压及抗折强度高、体积稳定性好、易于施工、耐久性较好等诸多优点，成为建筑工程应用最为普遍、使用范围最为广泛的结构形式。然而，钢筋混凝土也并不是“坚不可摧”的结构形式，其可以在内部钢筋出现的锈蚀作用下被破坏。在混凝土的强碱性环境下，钢筋表面会自发生成一层致密的氧化膜，使钢筋处于钝化状态而免受腐蚀，但当环境中存在大量氯离子时，氯离子会不断使钢筋表面的钝化膜溶解破坏，从而造成对钢筋的侵蚀。国内外统计资料表明，近些年来，大量钢筋混凝土结构因为钢筋锈蚀产生破坏导致其使用安全性锐降而不得不停止使用、大修或拆除重建，引起的经济损失十分巨大。

混凝土中钢筋腐蚀的防护措施有很多种，钢筋阻锈剂技术是花费最少、最为简易和长期有效的应用技术。钢筋阻锈剂作为一种成熟的技术，在国内外已经起着不可替代的重大作用，并被确定为当今防止混凝土中钢筋锈蚀的主要措施之一。传统的阻锈剂主要有亚硝酸盐类和醇胺类及其无机、有机酸盐类的混合物。

现有技术中，阻锈剂及其制备方法得到了广泛的报道，例如，申请号为201510262614.1的中国专利文献报道了一种防锈剂，包括磷酸二氢钾、亚硝酸钠、硝酸钠、OP-10、三聚磷酸钠、氢氧化钠、钼酸钠、水；申请号为201510528109.7的中国专利文献报道了一种复合型钢筋阻锈剂及其应用，由亚硝酸盐和乙醇胺类按重量比为5-15：1的比例均匀混合而成。

但是，亚硝酸盐是一种氧化型阻锈剂，用量大且难以保证长期防蚀效果，更为严重的是其溶出物表现为生物毒性，具有致癌作用，在欧洲许多国家已被禁用；醇胺类阻锈剂是一种有机阻锈剂，但是其作为一种吸附型阻锈剂，只有在钢筋表面达到足够浓度时，才能起到阻锈作用，因其对钢筋的腐蚀防护较差、在混凝土中的迁移渗透能力不足，故难以对钢筋形成长期有效的保护。本发明人考虑，开发一类绿色环保，并且能够对混凝土中的钢筋起到长期、有效保护作用的钢筋混凝土阻锈剂具有重要意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钢筋混凝土用阻锈剂及其制备方法，缓解混凝土中钢筋的锈蚀，绿色环保。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢筋混凝土用阻锈剂，包括以下成分：

γ-环糊精 60-90重量份；

壳聚糖 20-50重量份；

聚天冬氨酸 20-50重量份；

聚丙烯酰胺 10-30重量份；

去离子水 1-3重量份；

聚乙二醇 5-10重量份；

硅酸镁 10-20重量份；

聚硅氮烷 15-25重量份；

蒙脱土 8-15重量份；

LAS系粉体 5-10重量份。

优选的，包括以下成分；

γ-环糊精 70-80重量份；

壳聚糖 30-40重量份；

聚天冬氨酸 30-50重量份；

聚丙烯酰胺 20-30重量份；

去离子水 1-3重量份；

聚乙二醇 6-10重量份；

硅酸镁 10-20重量份；

聚硅氮烷 15-25重量份；

蒙脱土 8-15重量份；

LAS系粉体 5-10重量份。

相应的，本发明还提供一种钢筋混凝土用阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：将60-90重量份γ-环糊精、20-50重量份壳聚糖、10-20重量份的硅酸镁、15-25重量份的聚硅氮烷、8-15重量份的蒙脱土、5-10重量份的LAS系粉体和1-3重量份去离子水混合，加入至胶体磨中研磨，研磨温度为40-60℃，得到混合物A；向所述混合物A中加入20-50重量份聚天冬氨酸、10-30重量份聚丙烯酰胺和5-10重量份聚乙二醇，搅拌后得到混合物B；将所述混合物B置于双螺杆混炼机中，挤出接枝，干燥、造粒后得到钢筋混凝土用阻锈剂，螺杆转速为180-220r/min。

优选的，得到混合物A的步骤中，研磨时间为60-90min。

优选的，得到混合物A的步骤中，胶体磨转速为120-150rpm/min。

优选的，得到混合物A的步骤中，胶体磨转速为130-150rpm/min。

优选的，得到混合物B的步骤中，搅拌时间为3-10min。

优选的，双螺杆混炼机的机头温度为160-200℃。

优选的，双螺杆混炼机的机头温度为170-200℃。

优选的，双螺杆混炼机的共混挤出温度为：一区170-180℃，二区180-190℃，三区190-200℃，四区200-210℃，五区210-220℃。

本发明提供一种钢筋混凝土用阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：将60-90重量份γ-环糊精、20-50重量份壳聚糖、10-20重量份的硅酸镁、15-25重量份的聚硅氮烷、8-15重量份的蒙脱土、5-10重量份的LAS系粉体和1-3重量份去离子水混合，加入至胶体磨中研磨，研磨温度为40-60℃，得到混合物A；向所述混合物A中加入20-50重量份聚天冬氨酸、10-30重量份聚丙烯酰胺和5-10重量份聚乙二醇，搅拌后得到混合物B；将所述混合物B置于双螺杆混炼机中，挤出接枝，干燥、造粒后得到钢筋混凝土用阻锈剂，螺杆转速为180-220r/min。与现有技术相比，本发明通过胶体磨研磨法将壳聚糖插入γ-环糊精的环形空腔中，形成水溶性的超分子阻锈剂，使壳聚糖充分分布于钢筋表面，在钢筋表面形成钝化膜，阻碍氯离子、水分、氧气向钢筋表面渗透，抑制铁基体发生锈蚀，同时由于γ-环糊精分子中较窄端面含有伯羟基，也可以通过分子中的-OH与钢筋表面的活性位相键合，从而吸附在钢筋表面阻碍了腐蚀介质与钢筋界面的接触，起到减缓钢筋锈蚀的作用。其次，聚天冬氨酸和聚丙烯酰胺能与混凝土水化产物生成了胶凝物质，阻塞了氯离子向混凝土内部扩散的通道。再次，本发明所使用的原料对人体和环境无毒无害，绿色环保。因此，本发明制备的钢筋混凝土用阻锈剂可以有效控制和减缓混凝土中钢筋的锈蚀，绿色环保。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

本发明提供一种钢筋混凝土用阻锈剂，包括以下成分：

γ-环糊精 60-90重量份；

壳聚糖 20-50重量份；

聚天冬氨酸 20-50重量份；

聚丙烯酰胺 10-30重量份；

去离子水 1-3重量份；

聚乙二醇 5-10重量份；

硅酸镁 10-20重量份；

聚硅氮烷 15-25重量份；

蒙脱土 8-15重量份；

LAS系粉体 5-10重量份。

所述γ-环糊精为无毒、无味、无臭的乳白色粉末，是由8个葡萄糖分子组成的环状低聚糖，各葡萄糖单元均以1,4-糖苷键结合成锥形的圆环。在其空洞结构中，较大开口端由C-2和C-3的仲羟基构成，较小开口端由C-6的伯羟基构成，具有亲水性；环的空腔内由于较高的电子云密度，具有疏水性。正是由于环糊精具有“内腔疏水，外壁亲水”的特性，可以对其它分子进行识别和组装。

壳聚糖为一种半黄色透明固体，不溶于水，无毒无害，是由甲壳素脱乙酰基制得。作为一种两性聚电解质壳聚糖，可以通过静电作用和螯合吸附作用在钢筋表面形成多分子层保护膜，从而减缓腐蚀，具有较好的阻锈作用。

聚天冬氨酸是一种氨基酸聚合物，天然存在于蜗牛和软体动物壳内，其具有增加膜厚度的作用，对金属表面可以起到钝化和屏蔽的作用，从而大大降低锈蚀速率，有效提高阻锈效果。

所述聚丙烯酰胺为白色粉末或小颗粒状物，密度为1.32g/cm³，是一种由丙烯酰胺单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物。在一定的浓度下，聚丙烯酰胺分子链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点，由于链-链之间存在许多接触点，使得聚丙烯酰胺溶液呈凝胶状。其分子中还含有电负性较高的酰胺基，能通过氮原子上面的孤对电子与钢筋表面的空轨道相互作用，从而可以吸附在钢筋表面。

聚乙二醇有很多优良的性质：水溶性、不挥发性、生理惰性、温和性、润滑性，软化性，与混凝土组分有很好的相溶性，在本发明中作为润滑剂和分散剂使阻锈剂各组分充分混合均匀，从而确保阻锈剂在混凝土中的均匀。

所述的硅酸镁是由硅酸钠和可溶性镁盐通过沉淀反应制备而成，白色细粉，无臭无味，具有优良的隔热、防火、抗压性能，并且具有吸附游离基等活性氧化成分的性能，在本发明中作为一种吸附剂使用。

所述的聚硅氮烷是一种分子主链中以硅氮键为重复单元的无机聚合物，在本发明中主要起粘结剂的作用，提高阻锈剂与基体间的结合强度，降低阻锈剂的易脱落性，延长使用寿命。

所述的蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，具有很强的吸附能力和良好的分散性能，在本发明中作为吸附剂和分散剂使用。

LAS系粉体是是采用网络凝胶法制备出的多组分氧化物Li2O-AL2O3-SiO2微晶超微粉末，与基体材料具有良好的结合强度，其不受外界环境变化影响，由其制备成的涂层收缩性小，使涂层材料内部存在一定的压应力，涂层微裂纹的产生和发展过程受到均匀分布的压应力阻碍从而提高涂层材料的致密度和界面结合强度，从而避免涂层出现龟裂的现象。

作为优选方案，所述钢筋混凝土用阻锈剂包括以下成分；

γ-环糊精 70-80重量份；

壳聚糖 30-40重量份；

聚天冬氨酸 30-50重量份；

聚丙烯酰胺 20-30重量份；

去离子水 1-3重量份；

聚乙二醇 6-10重量份；

硅酸镁 10-20重量份；

聚硅氮烷 15-25重量份；

蒙脱土 8-15重量份；

LAS系粉体 5-10重量份。

相应的，本发明还提供一种钢筋混凝土用阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：将60-90重量份γ-环糊精、20-50重量份壳聚糖、10-20重量份的硅酸镁、15-25重量份的聚硅氮烷、8-15重量份的蒙脱土、5-10重量份的LAS系粉体和1-3重量份去离子水混合，加入至胶体磨中研磨，研磨温度为40-60℃，得到混合物A；向所述混合物A中加入20-50重量份的聚天冬氨酸、10-30重量份聚丙烯酰胺和5-10重量份聚乙二醇，搅拌后得到混合物B；将所述混合物B置于双螺杆混炼机中，挤出接枝，干燥、造粒后得到钢筋混凝土用阻锈剂，螺杆转速为180-220r/min。

首先，本发明通过胶体磨研磨法将不溶于水和碱的壳聚糖插入γ-环糊精的环形空腔中，形成水溶性的超分子阻锈剂，不仅可以使壳聚糖充分分布于钢筋表面，在钢筋表面形成钝化膜，阻碍氯离子、水分、氧气向钢筋表面渗透，抑制铁基体发生锈蚀，同时由于γ-环糊精分子中较窄端面含有伯羟基，其也可以通过分子中的-OH与钢筋表面的活性位相键合，从而吸附在钢筋表面阻碍了腐蚀介质与钢筋界面的接触，起到减缓钢筋锈蚀的作用。

作为优选方案，得到混合物A的步骤中，研磨时间优选为60-90min，更优选为70-90min，更优选为80-90min；胶体磨转速优选为120-150rpm/min，更优选为130-150rpm/min，更优选为130-140rpm/min。

然后，向所述混合物A中加入20-50重量份的聚天冬氨酸、10-30重量份聚丙烯酰胺和5-10重量份聚乙二醇，搅拌后得到混合物B。得到混合物B的步骤中，搅拌时间优选为3-10min，更优选为5min。

聚天冬氨酸和聚丙烯酰胺能与混凝土水化产物生成了胶凝物质，阻塞了氯离子向混凝土内部扩散的通道。并且，聚天冬氨酸分子中既含有碱性基团氨基，又含有酸性基团羧基，具有一定的表面活性，使其能够在金属的表面界面上发生吸附作用，增加膜厚度，同时使锈蚀物质从金属表面被聚天冬氨酸分子排挤出来，减缓了钢筋的锈蚀速率，从而实现了对钢筋的防护。而聚丙烯酰胺的酰胺基上的氮原子和羟基上氧原子含有未共用的孤对电子，它们能与金属的空d轨道相互作用形成配位键，同时聚丙烯酰胺中带长烃基链的氮原子带正电荷，其可以与钢筋表面阴极区域发生相互作用，阻碍Cl^-在金属表面的阴极析氢过程，从而达到对钢筋的保护作用。

作为优选方案，双螺杆混炼机的机头温度优选为160-200℃，更优选为170-200℃，更优选为180-200℃；双螺杆混炼机的共混挤出温度优选为：一区170-180℃，二区180-190℃，三区190-200℃，四区200-210℃，五区210-220℃。

本发明所制备的阻锈剂影响了混凝土的水化过程，使混凝土内的胶凝材料增多，提高了混凝土的密实度，使外界的Cl-、水、空气等难以向混凝土内部扩散。并且，本发明所使用的原料对人体和环境无毒无害，绿色环保。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

本发明实施例所使用的γ-环糊精、壳聚糖、聚丙烯酰胺来自于中国长沙市神力化工科技有限公司。

本发明实施例所使用的聚乙二醇型号为PEG400，来自江苏省海安石油化工厂。

实施例1

(1)将60重量份的γ-环糊精、50重量份的壳聚糖10重量份的硅酸镁、25重量份的聚硅氮烷、8重量份的蒙脱土、10重量份的LAS系粉体和1重量份的去离子水充分混合均匀后，加入到胶体磨中研磨60-90min，胶体磨转速为120-150rpm/min，研磨温度控制在40-60℃，得到混合物A。

(2)将上述混合物A中加入50重量份的聚天冬氨酸、10重量份的聚丙烯酰胺和10重量份的聚乙二醇，放入高速混合机中搅拌5min，得到混合物B。

(3)将上述混合物B置于双螺杆混炼机中，进行挤出接枝，干燥、造粒。其中双螺杆混炼机的共混挤出温度为：一区180℃，二区180℃，三区200℃，四区200℃，五区220℃，机头160℃；螺杆转速220r/min。

实施例2

(1)将90重量份的γ-环糊精、20重量份的壳聚糖、20重量份的硅酸镁、15重量份的聚硅氮烷、15重量份的蒙脱土、5重量份的LAS系粉体和3重量份的去离子水充分混合均匀后，加入到胶体磨中研磨60-90min，胶体磨转速为120-150rpm/min，研磨温度控制在40-60℃，得到混合物A。

(2)将上述混合物A中加入20重量份的聚天冬氨酸、30重量份的聚丙烯酰胺和5重量份的聚乙二醇，放入高速混合机中搅拌5min，得到混合物B。

(3)将上述混合物B置于双螺杆混炼机中，进行挤出接枝，干燥、造粒。其中双螺杆混炼机的共混挤出温度为：一区170℃，二区190℃，三区190℃，四区210℃，五区210℃，机头200℃；螺杆转速180r/min。

实施例3

(1)将70重量份的γ-环糊精、40重量份的壳聚糖、15重量份的硅酸镁、20重量份的聚硅氮烷、10重量份的蒙脱土、8重量份的LAS系粉体和2重量份的去离子水充分混合均匀后，加入到胶体磨中研磨60-90min，胶体磨转速为120-150rpm/min，研磨温度控制在40-60℃，得到混合物A。

(2)将上述混合物A中加入30重量份的聚天冬氨酸、20重量份的聚丙烯酰胺和80重量份的聚乙二醇，放入高速混合机中搅拌5min，得到混合物B。

(3)将上述混合物B置于双螺杆混炼机中，进行挤出接枝，干燥、造粒。其中双螺杆混炼机的共混挤出温度为：一区175℃，二区185℃，三区195℃，四区205℃，五区215℃，机头180℃；螺杆转速200r/min。

分别对本发明实施例制备的钢筋混凝土用阻锈剂的性能进行检测，如表1所示。

表1实施例材料性能测试结果

从表1可以看出，本发明实施例制备的钢筋混凝土用阻锈剂能够很好地缓解混凝土中钢筋的锈蚀。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种钢筋混凝土用阻锈剂，其特征在于，包括以下成分：

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土用阻锈剂，其特征在于，包括以下成分；

3.一种钢筋混凝土用阻锈剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将60-90重量份γ-环糊精、20-50重量份壳聚糖、10-20重量份的硅酸镁、15-25重量份的聚硅氮烷、8-15重量份的蒙脱土、5-10重量份的LAS系粉体和1-3重量份去离子水混合，加入至胶体磨中研磨，研磨温度为40-60℃，得到混合物A；

向所述混合物A中加入20-50重量份聚天冬氨酸、10-30重量份聚丙烯酰胺和5-10重量份聚乙二醇，搅拌后得到混合物B；

将所述混合物B置于双螺杆混炼机中，挤出接枝，干燥、造粒后得到钢筋混凝土用阻锈剂，螺杆转速为180-220r/min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，得到混合物A的步骤中，研磨时间为60-90min。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，得到混合物A的步骤中，胶体磨转速为120-150rpm/min。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，得到混合物A的步骤中，胶体磨转速为130-150rpm/min。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，得到混合物B的步骤中，搅拌时间为3-10min。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，双螺杆混炼机的机头温度为160-200℃。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，双螺杆混炼机的机头温度为170-200℃。

10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，双螺杆混炼机的共混挤出温度为：一区170-180℃，二区180-190℃，三区190-200℃，四区200-210℃，五区210-220℃。