CN112279546B - 一种基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于腐蚀科学与工程技术领域，特别涉及一种基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂。所述复合阻锈剂由天然谷蛋白、添加剂和辅料组成，可用于减缓或抑制钢筋混凝土结构在氯离子或二氧化碳侵蚀下钢筋锈蚀的发生。本发明的复合阻锈剂是环境友好型的钢筋阻锈剂，具有绿色低毒、制备工艺简单、谷蛋白易获取、可再生资源的等特点，适用于混凝土结构工程的钢筋腐蚀防护，具有良好的应用前景。

Description

一种基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂
技术领域
本发明属于腐蚀电化学科学与技术领域，特别涉及一种基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂。
背景技术
混凝土因具有原料来源丰富，价格低廉，生产工艺简单成熟等特点，仍是当今主要建筑材料之一。在常规情况下，混凝土对埋置在其中的钢筋是具有保护作用的，这是因为水泥水化产生的氢氧化钙以及钾、钠等离子的高碱性孔隙液会使钢筋表面钝化形成致密的氧化膜保护层的缘故。但是，由于混凝土碳化造成pH降低或者受氯化物侵蚀污染，会破坏钝化膜引起钢筋腐蚀的发生，进而腐蚀产物的积聚产生突发膨胀应力造成混凝土开裂和剥落。
引入阻锈剂可以有效降低钢筋的腐蚀速率，抑制钢筋腐蚀的发展恶化，是预防和减缓氯离子侵蚀污染混凝土引起的钢筋腐蚀较为实用而简便的方法。因为阻锈剂是一次性使用长期有效、施工简单、且不从根本上改变混凝土自身的性能等优点而被广泛地应用于钢筋混凝土防腐工程中。例如以亚硝酸盐为代表的无机阻锈剂，可使钢筋表面钝化或者在其表面形成沉积膜，而使其混凝土结构工程中表现出优异的阻锈效果，在上个世纪得到了广泛的引用。但随着现代社会对低能耗、零排放等环保指标的迫切需求，一些有害有毒，成本较高的阻锈剂将逐渐被限制和禁止使用，环境友好的植物型阻锈剂已逐渐引起国内外科研工作者的广泛关注。例如有从萝卜(一种基于萝卜提取液的钢筋阻锈剂及制备方法与应用-CN201811374955.8)、苹果(一种基于苹果提取液的钢筋阻锈剂及制备方法与应用-CN201811375251.2)、蔬菜垃圾(一种用蔬菜垃圾提取物制作的钢筋阻锈剂及阻锈剂的应用方法-CN201610111586.8)和海带(一种海带提取液钢筋阻锈剂及应用-CN201310186500.4)中提取有效成份做钢筋阻锈剂使用。本发明是以天然谷蛋白为主的有效阻锈成份，再与添加剂和辅料复配后，制成一种环境友好的钢筋混凝土复合阻锈剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂，所述复合阻锈剂由天然谷蛋白、添加剂和辅料组成，可用于减缓或抑制钢筋混凝土结构在氯离子或二氧化碳侵蚀下钢筋锈蚀的发生。本发明的复合阻锈剂是环境友好型的钢筋阻锈剂，适用于混凝土结构工程的钢筋腐蚀防护。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂，包括以下质量百分比的组分，天然谷蛋白15％-40％，辅料50％-70％，添加剂0-20％。
进一步，所述天然谷蛋白为麦谷蛋白、玉米谷蛋白、稻米谷蛋白中的一种。更进一步，所述天然谷蛋白为碱溶性谷蛋白，优选为碱溶性麦谷蛋白，其是发挥阻锈作用的主要组份。
进一步，所述辅料为硅灰或磨细矿渣，优选为硅灰，其作用是改善或消除因谷蛋白的引入所引起的水泥及其混凝土力学性能与耐久性的劣化作用。
更进一步，所述硅灰的化学组成为，以质量百分比计，95％～96.7％SiO2，0.80％～1.2％Al2O3，0.6％～1.2％Fe2O3，0.6％～0.8％MgO，0.2％～0.4％CaO，1.1％～1.5％Na2O。
更进一步，所述磨细矿渣的化学组成为，以质量百分比计，32％～49％CaO，32％～41％SiO2，6％～17％Al2O3，2％～13％MgO，0.1％～4％MnO，0.2％～4％Fe2O3，0.2％～2％S。
上述所用辅料的细度等技术指标满足国家标准GB/T 18736-2017《高强高性能混凝土用矿物外加剂》中磨细矿渣和硅灰的技术要求。
进一步，所述添加剂为醇胺类、硝酸钙或硫酸盐类的促凝剂，其作用是消除谷蛋白的引入所引起的缓凝作用；其优选为三乙醇胺和硝酸钙，除了促进水泥水化和增强力学性能以外，还具有一定的阻锈作用。
上述复合阻锈剂是在混凝土搅拌时以外加剂的形式掺入，其阻锈剂掺量为占水泥胶凝材料质量的5％-20％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明中辅料是载体，其作用是使一些液体和微量的组份能均匀分散，同时作为干粉剂便于掺入使用；而且硅灰和矿渣等辅料也是常用的增强组份，有利于混凝土耐久性的提升。
2本发明的添加剂中硝酸钙或硫酸盐类促凝剂是能够提供早期水化产物的形成所需的钙离子和硫酸根离子，具有早强的作用；而醇胺类添加剂特别是三乙醇胺可以通过络合作用而加速铝离子、铁离子、钙离子和硫酸根离子的溶出，促进硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙的水化，加速AFt的形成，而且还可以抑制钢筋锈蚀，而硝酸根是被钢筋腐蚀溶解产生的亚铁离子还原成亚硝酸根后而发挥处阻锈的作用。
3、本发明复合阻锈剂可用于减缓或抑制钢筋混凝土结构在氯离子或二氧化碳侵蚀下钢筋锈蚀的发生，同时是环境友好型的钢筋阻锈剂，适用于混凝土结构工程的钢筋腐蚀防护。
附图说明
图1为本发明实施例的阻锈效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。本发明中麦谷蛋白为市售产品，玉米谷蛋白、稻米谷蛋白的制备为现有技术，在此其制备方法不再赘述。
本发明碱溶性谷蛋白的制备过程为，以碱溶性麦谷蛋白为例，首先，将50g麦谷蛋白溶于1L的0.1mol/L的NaOH溶液中，40℃水浴加热磁力转子搅拌下溶解4h后，4000转/min离心10min获得上清液；其次，采用稀释工业盐酸将上清夜的pH调至4.2左右得悬浮物溶液，将其4000转/min离心10min获得沉淀物；最后，将沉淀物用去离子水洗除氯离子后，40℃真空烘干后获得碱溶性谷蛋白。以此碱溶性谷蛋白为有效阻锈成份，并与一定配比的添加剂或辅料均匀混合研磨后制得复合阻锈剂，其在按水:胶凝材料:砂为0.6:1:3的比例配制砂浆中对钢筋的阻锈效果分析见下面实施例。其阻锈试验方法是参照行业标准JTST 236-2019《水运工程混凝土试验检测技术规范》中的钢筋在砂浆中的阳极极化试验(13.8节)；其凝结时间和抗压强度的测定分别参照行业标准JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中凝结时间实验(第8节)和立方体抗压强度试验(第9节)。玉米谷蛋白、稻米谷蛋白的处理与上述过程相同。
实施例1
首先，将3g碱溶麦谷蛋白，与5g硅灰和1.5g硫酸钙在研钵中研磨混合均匀后，获得复合阻锈剂；其次，将复合阻锈剂与95g水泥和300g砂在搅拌锅中干混均匀后，再引入含有1.66g氯化钠的自来水60g湿拌2min，将拌制好的砂浆浇成圆柱形试件和立方体试件各3个。待成型24h以后脱模，标养至28天待用。
实施例2
首先，将2.5g碱溶麦谷蛋白，辅料5g硅灰和0.02g三乙醇胺在玛瑙研钵中混合均匀后作为复合阻锈剂，再与95g水泥和300g砂在搅拌锅中干混均匀后，再引入含有1.66g氯化钠的自来水60g湿拌2min，将拌制好的砂浆浇成圆柱形试件和立方体试件各3个，标养至28天待用。
实施例3
首先，将2.5g碱溶麦谷蛋白，辅料10g磨细矿渣和3g硝酸钙在玛瑙研钵中混合均匀后作为复合阻锈剂，再与90g水泥和300g砂在搅拌锅中干混均匀后，再引入含有1.66g氯化钠的自来水60g湿拌2min，将拌制好的砂浆浇成圆柱形试件和立方体试件各3个。成型24h以后脱模，标养至28天待用。
实施例4
首先，将3g碱溶麦谷蛋白和辅料5g硅灰在玛瑙研钵中混合均匀后作为复合阻锈剂，再与95g水泥和300g砂在搅拌锅中干混均匀后，再引入含有1.66g氯化钠的自来水60g湿拌2min，将拌制好的砂浆浇成圆柱形试件和立方体试件各3个。成型24h以后脱模，标养至28天待用。
对比例1
首先，将3g碱溶麦谷蛋白与100g水泥和300g砂在搅拌锅中干混均匀后，再引入含有1.66g氯化钠自来水60g湿拌2min，将拌制好的砂浆浇成圆柱形试件和立方体试件各3个。成型24h以后脱模，标养至28天待用。
对比例2
首先，将100g水泥和300g砂在搅拌锅中干混均匀后，再引入含有1.66g氯化钠的自来水60g湿拌2min，将拌制好的砂浆浇成圆柱形试件和立方体试件各3个。待成型24h以后脱模，标养至28天待用。
实施例的阻锈效果分析
(1)将标养的试件移入含有3wt.％NaCl的溶液中浸泡腐蚀，1个月更换一次浸泡液，待试件浸泡腐蚀200d左右时进行阳极极化试验，将每组实例中的阳极极化曲线取平均后结果如图1所示。
参照JTS/T 236-2019《水运工程混凝土试验检测技术规范》，由阳极极化试验曲线来评价钢筋钝化膜的结果如表图1所示。由图1可知，掺有复合阻锈剂的实施例1，实施例2，实施例3，实施例4，对比例1与未掺阻锈剂对比例2相比，其极化电位都达+650mV以上，且极化15min内的电位基本没有跌落，说明钢筋是钝化的，未发生腐蚀；而对比例2的钢筋在通电后，其极化电位不仅小于+650mV，或逐渐向负向下落，表明钝化膜破坏严重，钢筋处于活化态，腐蚀已发生。
(2)实施例的凝结时间与力学性能分析
将每组实施例的凝结时间和抗压强度的平均值如表1所示。由对比例1与对比例2的结果可得，碱溶谷蛋白的引入会延迟水泥的水化，使得砂浆凝结时间延长，砂浆的力学强度降低。而引入辅料和添加剂有利于凝结时间的缩短和强度的提高，可使之与对比例2的结果相近，或者凝结时间更短和抗压强度更高。
表1复合阻锈剂的组成对砂浆凝结时间和抗压强度的影响
Figure BDA0002720827690000041
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂，其特征在于，所述复合阻锈剂用于减缓或抑制钢筋混凝土结构在氯离子或二氧化碳侵蚀下钢筋锈蚀的发生，该复合阻锈剂包括以下质量百分比的组分，天然谷蛋白15%-40%，辅料50%-70%，添加剂0-20%；
所述天然谷蛋白为碱溶性谷蛋白；
其中，碱溶性麦谷蛋白的制备方法为：首先，将50g麦谷蛋白溶于1L的0.1mol/L的 NaOH溶液中，40℃水浴加热磁力转子搅拌下溶解4h后，4000转/min离心10min获得上清液；其次，采用稀释工业盐酸将上清夜的pH调至4.2得悬浮物溶液，将其4000 转/min离心10min获得沉淀物；最后，将沉淀物用去离子水洗除氯离子后，40℃真空烘干后获得碱溶性谷蛋白；
所述辅料为硅灰或磨细矿渣。
2.根据权利要求1所述的基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂，其特征在于，所述添加剂为醇胺类、硝酸钙或硫酸盐类的促凝剂。
3.根据权利要求2所述的基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂，其特征在于，所述醇胺类为三乙醇胺。
4.根据权利要求2所述的基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂，其特征在于，所述硫酸盐类为硫酸钙。
5.根据权利要求1所述的基于天然谷蛋白的钢筋混凝土复合阻锈剂，其特征在于，该复合阻锈剂是在混凝土搅拌时以外加剂的形式掺入，其阻锈剂掺量为占水泥胶凝材料质量的5%-20%。
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