CN113003975A - 一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂及其制备方法和应用，缓蚀剂主要包括以下质量百分比的原料：二甲基乙醇胺15‑30％、二乙烯三胺5‑10％、硅酸锂20‑30％、葡萄糖酸钠5‑10％、水20‑55％。本发明制备的缓蚀剂为内掺型钢筋混凝土缓蚀剂，能显著缓解氯离子对钢筋钝化膜的破化，具有掺量低、与混凝土适应性好等优点，是一种高效混凝土钢筋缓蚀剂，可用于水利、水电、港口码头等钢筋混凝土结构。本发明制备的钢筋混凝土内掺缓蚀剂，原料来源广，制备简单，施工简便经济，能用于钢筋混凝土结构修复和保护，不降低混凝土力学性能，长期保护混凝土中的钢筋，延长钢筋使用寿命经济长效。
Description
技术领域
本发明属于建筑用缓蚀材料，具体涉及一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂及其制备方法和应用。
技术背景
钢筋在混凝土中的腐蚀是影响混凝土结构耐久性和安全性的最主要原因之一。在环境作用下，混凝土的中性化和Cl-、SO4 2-等侵蚀性物种的侵蚀是造成钢筋腐蚀的重要因素，这与混凝土结构的特殊性和复杂性密切相关。应用到混凝土中的缓蚀剂通常被称为阻锈剂。钢筋腐蚀是一个电化学过程，阳极和阴极反应同时进行。阻锈剂通常被分为以下三类：①阳极型，如铬酸盐、亚硝酸盐；②阴极型，如碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐等；③混合型，通常吸附在金属表面，一般含有憎水基团、胺类和表面活性剂等。国内外对钢筋混凝土内掺缓蚀剂或者阻锈剂的应用和推广十分重视。一些发达国家纷纷制定规范和标准推动应用钢筋阻锈剂。日本规定，使用海砂作为细骨料的结构，为防止由氯盐引起的钢筋腐蚀必须添加钢筋阻锈剂，如果预计结构物在使用年限内进入混凝土中的氯盐含量可能超过0.6kg/m3时，工程建造初期必须掺人钢筋阻锈剂。美国腐蚀工程师学会(NACE)也推荐使用钢筋阻锈剂。
混凝土中钢筋的防腐蚀措施主要有使用不锈钢钢筋、涂层钢筋、混凝土表面处理、使用缓蚀剂、阴极电流保护、电化学处理技术等。其中使用缓蚀剂是一种最经济、应用最广泛的腐蚀防护技术。渗透型钢筋阻锈剂具有阻锈和防水双重功能，既能够降低硬化钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀速率，也能推迟硬化钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀发生时间。
中国专利(CN1152155C)公开了钢筋混凝土结构表面处理的一种渗入型阻锈剂及其电渗方法。所述渗入型阻锈剂，涉及一类乙醇胺的芳香族衍生物，用一种无机酸将乙醇胺的芳香族衍生物中和至pH为7，所得的阳离子型铵盐，可以作为渗入性阻锈剂，或作为电渗性阻锈剂进行电渗。(Martin P.，B.A.Miksic.Corrosion inhibition in reinforcedcement：CA，1258473，1989-03-26.)介绍了一种由分子量为48～500的水溶性羟烷基胺混合而成的水泥浆体，用于铁或混凝土中钢筋的防锈。这种缓蚀剂包含了水泥成分，既可在混凝土浇注前加入，又可对现有的钢筋混凝土结构进行修补。但是其中使用的低分子量的羟烷基胺存在一些缺点：强烈的氨味、高碱性和强腐蚀性。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂，是一种无亚硝酸盐混凝土内掺缓蚀剂，本发明的缓蚀剂内掺在混凝土后，缓蚀效果明显，基本不会生锈，对混凝土力学性能没有任何影响且与其他外加剂相容性好。
本发明还提供所述一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂的制备方法和应用。
技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂，所述缓蚀剂主要包括以下质量百分比的原料：二甲基乙醇胺15-30％、二乙烯三胺5-10％、硅酸锂20-30％、葡萄糖酸钠5-10％，水20-55％。
作为优选，所述缓蚀剂主要包括以下质量百分比的原料：二甲基乙醇胺20-25％、二乙烯三胺5-8％、硅酸锂25-30％、葡萄糖酸钠5-8％，水30-45％。
更优选地，所述缓蚀剂主要包括以下质量百分比的原料：二甲基乙醇胺20％、二乙烯三胺5％、硅酸锂25％、葡萄糖酸钠5％，水45％。
本发明所述的钢筋混凝土内掺缓蚀剂的制备方法，包括如下步骤：
按比例称取硅酸锂和葡萄糖酸钠，再加入水搅拌混匀，最后加入二甲基乙醇胺、二乙烯三胺混合均匀即可。
本发明所述的钢筋混凝土内掺缓蚀剂在钢筋混凝土内部钢筋防锈中的应用。
其中，所述钢筋混凝土内掺缓蚀剂内掺在钢筋混凝土中起到阻止钢筋表面锈蚀。
作为优选，所述内掺的具体过程为：在钢筋混凝土制备的加水过程中同时加入内掺缓蚀剂，按钢筋混凝土的制备过程制备含缓蚀剂的钢筋混凝土。
进一步地，所述缓蚀剂的用量为混凝土中水泥质量的3-5％。
本发明的反应机理：本发明的缓蚀剂中醇胺类中以电负性较大的N、O原子为中心的极性基团吸附在钢筋表面，二甲基乙醇胺阳离子可以取代钢筋表面吸附的氯离子，并使钢筋表面形成稳定的钝化膜；硅酸根和葡萄糖酸根在阳极区与阳极溶解产物形成难溶盐和螯合物的沉积膜，抑制了阳极的溶解；改变了钢筋在混凝土中的双电层结构，从而起着抑制钢筋腐蚀的作用。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明制备的缓蚀剂为内掺型钢筋混凝土缓蚀剂，能显著缓解氯离子对钢筋钝化膜的破化，具有掺量低、与混凝土适应性好，它是一种高效混凝土钢筋缓蚀剂，可用于水利、水电、港口码头等钢筋混凝土结构。
2、本发明制备的钢筋混凝土内掺缓蚀剂，原料来源广，制备简单，施工简便，经济，在钢筋混凝土制备的加水过程中同时加入内掺缓蚀剂即可，能用于钢筋混凝土结构修复和保护，不改变混凝土结构外观，长期保护混凝土中的钢筋，延长钢筋使用寿命经济长效。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些例子。
下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂家建议的条件。
实施例1
一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂
组分按质量百分比：
二甲基乙醇胺20％、二乙烯三胺5％、硅酸锂25％、葡萄糖酸钠5％，水45％。
制备：
按比例称取硅酸锂和葡萄糖酸钠，再加入水搅拌混匀，最后加入二甲基乙醇胺、二乙烯三胺混合均匀。
实施例2
一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂
组分按质量百分比：
二甲基乙醇胺15％、二乙烯三胺5％、硅酸20％、葡萄糖酸钠5％，水55％。
制备：
按比例称取硅酸锂和葡萄糖酸钠，再加入水搅拌混匀，最后加入二甲基乙醇胺、二乙烯三胺混合均匀。
实施例3
一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂
组分按质量百分比：
二甲基乙醇胺30％、二乙烯三胺10％、硅酸锂30％、葡萄糖酸钠10％，水20％。
制备：
按比例称取硅酸锂和葡萄糖酸钠，再加入水搅拌混匀，最后加入二甲基乙醇胺、二乙烯三胺混合均匀。
实施例4
一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂
组分按质量百分比：
二甲基乙醇胺20％、二乙烯三胺8％、硅酸锂25％、葡萄糖酸钠8％，水49％。
制备：
按比例称取硅酸锂和葡萄糖酸钠，再加入水搅拌混匀，最后加入二甲基乙醇胺、二乙烯三胺混合均匀。
实施例5
一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂
组分按质量百分比：
二甲基乙醇胺25％、二乙烯三胺5％、硅酸锂30％、葡萄糖酸钠5％，水35％。
制备：
按比例称取硅酸锂和葡萄糖酸钠，再加入水搅拌混匀，最后加入二甲基乙醇胺、二乙烯三胺混合均匀。
实施例6
在钢筋混凝土制备的加水过程中同时加入内掺缓蚀剂，按钢筋混凝土的制备过程制备含缓蚀剂的钢筋混凝土，缓蚀剂的用量为混凝土中水泥质量的3-5％。钢筋混凝土的制备可采用现有技术中常规的制备方法均可。
试验例1
缓蚀剂对钢筋防腐蚀效果盐水浸渍试验
钢筋：
采用直径10mm，长50mm钢筋，用SiC水砂纸打磨至表面粗糙度的最大允许值为6.3μm，然后水洗，干燥，用丙酮脱脂，干燥，放入干燥器中备用。
试验溶液：
饱和氢氧化钙溶液100ml加入1.15gNaCl，再按溶液质量分数4％加入实施例1制备的缓蚀剂；以不含缓蚀剂相同试验溶液进行浸泡。
盐水浸渍试验项目和方法参照《钢筋混凝土阻锈剂耐蚀应用技术规范》(GBT33803-2017))进行测试。试验结果见表1。
表1钢筋自然电位检测结果
由表1可知，7d后钢筋表面无锈蚀，钢筋的自然电位处于-250～-200mv之间，可认为其不腐蚀，而使用不含缓蚀剂的试验溶液浸泡的钢筋自然电位一直处于-350mv以下，说明其被腐蚀状态。说明本发明实施例1制备的缓蚀剂具有良好的缓蚀效果。
试验例2
缓蚀剂对氯盐环境下钢筋在砂浆中缓蚀效果加速试验
钢筋：
采用直径10mm，长100mm钢筋，用SiC水砂纸打磨至表面粗糙度的最大允许值为6.3μm，然后水洗，干燥，用丙酮脱脂，干燥，放入干燥器中备用。
砂浆试件制作：
砂浆成型前，应对钢筋进行表面处理和称重，试样试验配比：按照质量比水泥：标准砂；水：缓蚀剂(实施例1制备)＝1：2.5：0.45：0.05的比例称量并搅拌均匀，试件尺寸为40mm×40mm×160mm，钢筋预埋正中央。装模成型养护至7d开始测试。并将其与未加缓蚀剂的砂浆(对比例1)以及加入等质量的内掺阳极型亚硝酸盐Ca(NO2)2缓蚀剂(对比例2)的砂浆进行盐水(3％)浸烘加速腐蚀性能对比试验。
砂浆试样干湿冷热循环试验项目和方法参照《钢筋混凝土阻锈剂耐蚀应用技术规范》(GBT 33803-2017))进行测试。试验结果见表2。
表2掺缓蚀剂砂浆盐水浸烘加速腐蚀试验结果
由表2可知，在加速腐蚀试验中，60个循环后，加入缓蚀剂试样的钢筋表面无锈蚀，说明本发明制备的缓蚀剂具有良好的防腐蚀效果。同时本发明制备的缓蚀剂明显强于传统的内掺阳极型亚硝酸盐缓蚀剂，而加入缓蚀剂的对比试样，全部发生锈蚀，并且锈积率高，失重率大。
试验例3
采用试验例2中的砂浆试件制作。参照《水泥胶砂流动度测定方法》(GB2419)，流动度控在140±5mm内，进行砂浆的流动度、凝结时间以及7d、28d的抗折抗压强度对比试验，结果如表3所示。
表3缓蚀剂对钢筋混凝土流动度、凝结时间、抗折抗压强度性能
由上表3可以看出：(1)Ca(NO)2的加入对砂浆的流动度基本无影响，但是会影响凝结时间，而本发明的缓蚀剂明显改善了砂浆的流动性，砂浆流动度提高达20％，这是由于缓蚀剂中含有表面活性组分或其缓蚀成分同时具有活性功效，具有一定的分散效果；此外，缓蚀剂的加入会导致砂浆早期抗压强度的稍许降低，但随着龄期的增加，降低幅度越来越少，基本不会影响对混凝土力学性能。
Claims (7)
1.一种钢筋混凝土内掺缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂主要包括以下质量百分比的原料：二甲基乙醇胺15-30％、二乙烯三胺5-10％、硅酸锂20-30％、葡萄糖酸钠5-10％，水20-55％。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土内掺缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂优选主要包括以下质量百分比的原料：二甲基乙醇胺20-25％、二乙烯三胺5-8％、硅酸锂25-30％、葡萄糖酸钠5-8％，水30-45％。
3.一种权利要求1所述的钢筋混凝土内掺缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按比例称取硅酸锂和葡萄糖酸钠，再加入水搅拌混匀，最后加入二甲基乙醇胺、二乙烯三胺混合均匀即可。
4.一种权利要求1所述的钢筋混凝土内掺缓蚀剂在钢筋混凝土内部钢筋防锈中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述钢筋混凝土内掺缓蚀剂内掺在钢筋混凝土中起到阻止钢筋表面锈蚀。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述内掺的具体过程为：在钢筋混凝土制备的加水过程中同时加入内掺缓蚀剂，按钢筋混凝土的制备过程制备含缓蚀剂的钢筋混凝土。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述缓蚀剂的用量为混凝土中水泥质量的3-5％。
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