CN113121265A - 一种智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，所述智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂使用阻锈组分、封闭组分及催化组分，制成乳液、微乳液或纳米级水分散液。涂刷智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂于混凝土表面时，封闭组分在混凝土表面成膜，阻锈组分具有较低的表面张力，能够通过混凝土毛细孔隙快速渗透至混凝土内部，再通过浓度梯度及气相扩散等方式到达钢筋表面，在金属表面形成致密吸附膜，从而起到阻锈作用。

Description

一种智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂
技术领域
本发明涉及一种钢筋阻锈剂，具体涉及一种智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，属于建筑材料技术领域。
背景技术
近年来，随着国家大型工程建设规模的扩大以及自然条件的恶化，混凝土中钢筋的腐蚀现象日益显现，给国民经济或人民生命财产安全带来不可估量的损失。预防和控制钢筋的腐蚀是保证混凝土结构安全的保证，其中使用阻锈剂是众多措施中最经济实用的方法之一。
目前阻锈剂种类按使用方式分为掺入型和表面涂覆型，掺入型阻锈剂开发研究较早，应用也较广。最具代表性的为无机亚硝酸盐和有机羧酸胺等阻锈剂。由于亚硝酸胺具有致癌性以及低含量会引起局部腐蚀加速，美国及欧洲部分国家已经明确禁止使用。尽管近年来国内外围绕羧酸胺、氨基醇等申请了大量专利，如专利US6340438、US5527388、US006174461B1、 US006342101B1、ZL 20081010234924.2均为无机盐及低分子量(醇)胺类混合物作为钢筋阻锈剂，然而该类阻锈剂在实际工程中的应用效果也逐渐被证明相对有限。主要原因是羧酸胺或氨基醇类阻锈剂大多为复合型有机阻锈剂，其中有机羧酸难以在混凝土中迁移，能迁移的为小分子醇胺，其自身具有较高的饱和蒸汽压，挥发性大，渗透到钢筋表面的浓度相对有限，而且单独存在时阻锈效果不显著。
为了提高阻锈剂的迁移能力，ZL00134393.9提出利用电渗法阻锈剂注入混凝土内部。其通过电迁移装置，在电场作用下将带负电性的乙醇胺芳香族有机酚迁移到钢筋表面。其中酚类属于有毒致癌成分，也不属于环保型有机阻锈剂，而且实际使用中还需要建立大型电迁移装置，应用困难。ZL 201210213154.X提出了一种表面涂覆型钢筋阻锈剂，通过乳化技术将难以溶解的高效阻锈剂分子溶于微乳液中，增强阻锈剂分子的溶解和渗透能力，但该类阻锈剂在长时间的环境暴露中仍存在向外扩散的可能，阻锈剂的有效利用度仍有提升空间。
发明内容
本发明针对现有迁移型钢筋阻锈剂起效时间不长，对钢筋腐蚀抑制效果有限以及长期存在损耗的弊端，提供一种智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂。
所述智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂使用阻锈组分、封闭组分及催化组分等，制成乳液、微乳液或纳米级水分散液。阻锈剂刷涂于混凝土表面时，封闭组分在混凝土表面成膜，阻锈组分具有较低的表面张力，能够通过混凝土毛细孔隙快速渗透至混凝土内部，再通过浓度梯度及气相扩散等方式到达钢筋表面，从而起到阻锈作用。
本发明的特点在于，所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂能够在混凝土的内部环境刺激下智能释放出高效阻锈组分，高效阻锈分子再定向迁移至钢筋表面，并在钢筋表面定点吸附，阻止钢筋表面的电化学腐蚀反应进行。
同时，本发明的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂具有自封闭组分，自封闭组分能够在阻锈组分迁移进入混凝土中后，利用混凝土内存在的大量无机矿物组分、金属离子及催化剂组分的协同作用，在混凝土内部发生自身的聚合反应，生成封闭堵塞物质，密封多孔的混凝土结构，达到自封闭效果。
本发明的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂由如下组分按照重量百分比混合而成：
阻锈组分5～60％，封闭组分2-30％，催化组分0.1～10％，余量为水；
所述阻锈组分选自烷基醇胺、有机羧酸酯、有机磷或有机硫化合物中任意一种或两种以上任意比例混合；
所述阻锈组分选自烷基醇胺、有机羧酸酯、有机磷或有机硫化合物中任意一种或任意两种以上的任意比例的组合。所述的有机烷基醇胺、有机羧酸酯、有机磷或有机硫化合物自身具有乳液或微乳液特性的分子结构，在产品体系中为粒径较小的乳液、微乳或纳米颗粒，当涂覆混凝土表面后，乳液、微乳或纳米颗粒会在混凝土内部释放出单一阻锈分子。该类阻锈分子自身具有强的电荷性、低的表面张力和高的饱和蒸汽压等特性，可以定向的向钢筋表面迁移，并在钢筋表面均匀吸附形成致密的吸附膜，抑制腐蚀性介质对钢筋基体的侵蚀，实现智能释放和靶向迁移。
所述烷基醇胺为C原子为1-18的烷基、芳基的直链或支链醇胺；
所述有机羧酸酯为C原子数为1～30的脂肪族、芳香族、直链或支链结构的烷基、芳基、
烯基或含N、P、S杂原子基团的有机羧酸酯。
所述的有机磷为C原子数为1-20的含有磷酸根的有机化合物。
所述的有机硫化合物为C原子数为1-20的含有磺酸根的有机化合物。
所述封闭组分选自有机硅、水玻璃或溶胶，封闭组分可以为一种，也可以为任意两种的组合。
封闭组分在混凝土中容易受到高碱性的离子和催化剂的共同作用而自身发生聚合，从而在混凝土孔隙和表面形成致密的封闭层。封闭层一方面可以阻止已经迁入混凝土内部的阻锈分子向外耗散，另一方面可以有效隔离外界腐蚀性介质(氯离子、硫酸根、氧气、水分等) 向混凝土内部传输。从而达到高效阻锈和长效防护。优选为水玻璃与有机硅或溶胶的混合。水玻璃自身的水溶液特性和自聚合特性能够生成颗粒，而有机硅和溶胶能够在该颗粒表面富集从而生成微纳结构，更加有效的促进封闭组分堵塞混凝土孔隙和隔绝外界腐蚀性介质的入侵。
所述的有机硅为C1-C18的烷基、烯基硅氧烷，烷基聚合硅烷的一种或两种任意比例混合。
所述的水玻璃为模数为1-3.5的钠水玻璃、钾水玻璃或锂水玻璃中的一种或两种任意比例混合；
所述的溶胶为粒径0.01-1um的纳米硅溶胶、铝溶胶或铁溶胶中的一种或任意两种混合物，溶胶的表面可以为正电性或负电性，溶胶的pH范围为3-13。
所述的催化组分为重均分子量在100-10000的聚醚胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺中的一种或两种以上的混合物。
所述的催化组分为聚合胺类，一方面是促进阻锈分子在混凝土中的释放，一方面是促进封闭组分在混凝土中的反应聚合。催化组分的分子结构在正常产品体系中具有催化惰性，当与混凝土接触后由于受到混凝土内部离子的激发表现出温和的催化活性，从而促使阻锈组分缓慢释放迁移，封闭组分缓慢聚合堵塞混凝土孔隙。
作为优选，所述阻锈组分选自乙醇胺、二甲基乙醇胺、丙醇胺、戊醇胺、1-氨基-6-己醇、 2-氨基-2-甲基-1-丙醇、1,3-双烷基-2-醇-丙胺、8-氨基-辛醇、10-氨基-葵醇、2-氨基苯基-1-乙醇或3-氨基苯基-2-丙醇中的任意一种或两种以上任意比例的组合。
作为优选，所述有机羧酸酯选自硬脂酸丁酯、肉豆蔻酸乙酯、月桂酸聚乙二醇酯、苯甲酸聚乙二醇酯、肉桂酸乙醇胺酯中的任意一种或两种以上任意比例的组合。
作为优选，所述的有机磷为苯基磷酸衍生物和/或烷基磷酸衍生物。
作为优选，所述的有机硫化合物为辛基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠或石油磺酸钡中的任意一种或两种以上任意比例的组合。
所选的阻锈组分优先有机羧酸酯与烷基醇胺、有机磷、有机硫中的任意一种或两种以上任意比例混合，有机羧酸酯自身具有强的微乳化和强的刺激条件下结构转变特性，两者的组合能够更加有效的形成协同增效效果，从而提升阻锈组分智能释放及靶向迁移的效率。
作为优选，所述催化组分为重均分子量在100-10000的聚乙烯胺或多乙烯多胺。
作为优选，所述有机硅为重均分子量小于8000的甲基硅烷低聚物，异丁基三乙氧基硅烷，异辛基三乙氧基硅烷，正辛基三乙氧基硅烷，十二烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷。
作为优选，所述水玻璃为模数为1.5-2的锂水玻璃。
作为优选，所述溶胶为硅溶胶，粒径范围1-100nm，pH值7-13。
本发明的另一个特点在于阻锈剂其使用方式具有多样性，不但可以涂覆混凝土表面，在混凝土中智能释放、靶向迁移至钢筋表面，并形成防护膜隔离阻锈剂的耗散和外界离子的侵入。也可以直接涂覆于钢筋表面，并在钢筋表面形成阻锈剂和防护膜层，保护钢筋免于腐蚀。同时还可以在掺入修补砂浆等修补材料中，并通过释放、迁移聚集钢筋表面，对钢筋形成长期高效防护。
具体实施例方式
表1实施例物料组成及配比
Figure BDA0002347661290000051
Figure BDA0002347661290000061
性能测试
1、阻锈性能测试
配制饱和氢氧化钙溶液，向其中加入3.5％wt.NaCl作为对比溶液。分别向对比溶液中添加质量分数为2％的实施例作为钢筋耐腐蚀性能测试的溶液体系。测试样品为表1中所述样品，对比样品选自市面上常用的醇胺类有机迁移型阻锈剂样品(Ref.1)作为对比样。采用三电极体系进行测试。选用圆柱状Q 235钢筋，周围用环氧树脂包封，留1cm2工作面积，用 600#，1000#，2000#砂纸打磨并抛光，之后泡于丙酮中超声15min，吹干后用作工作电极，铂电极作对电极，饱和甘汞电极作参比电极。测试对比溶液及含不同阻锈剂的溶液中工作电极的线性极化电阻随时间变化，分别记为Rp、Rp'，根据Stern-Geary方程计算钢筋腐蚀电流密度：
icorr＝B/Rp
其中，Rp是极化电阻，B是阳极和阴极Tafel斜率相关的常数，在这里统一取26mV。
Figure BDA0002347661290000062
计算浸泡7天后阻锈剂的缓蚀效率，测试结果见表2。
表2阻锈剂对钢筋腐蚀抑制效果
Figure BDA0002347661290000063
结果显示，实施例阻锈剂在高浓度氯盐环境中均具有非常好的阻锈效果，7d后阻锈效率均在95％以上，而且明显高于常用有机阻锈剂氨基醇(Ref.1)，表现出非常优异的阻锈性能。
2、阻锈剂迁移性能测试
表面涂覆型阻锈剂迁移扩散性能是决定阻锈剂性能的关键，为此通过表面迁移性能测试对其性能进行表征。试验所用原材料及配合比见表3所示。成型后涂覆5m2/kg的实施例样品于混凝土表面，之后用保鲜膜密封，减少阻锈剂的向外扩散，之后分别在3、7、28d检测阻锈剂的迁移深度，所得结果见表4所示。
表3原材料组成及配合比：kg/m3
Figure BDA0002347661290000071
表4阻锈剂在混凝土中迁移深度
Figure BDA0002347661290000072
结果显示，本发明阻锈剂在混凝土表面涂覆28d后渗透深度均大于50mm，尽管醇胺类阻锈剂在混凝土中也均有较好的迁移渗透能力，但其阻锈性相对较弱。综合结果显示，本发明阻锈剂不仅具有较好的阻锈效果，同时也表现出较强的迁移渗透能力，作为涂覆型阻锈剂使用具有显著的作用效果。

Claims (10)

1.一种智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，由如下组分按照重量百分比混合而成：
阻锈组分5～60％，
封闭组分2-30％，催化组分0.1～10％，余量为水；
所述阻锈组分选自烷基醇胺、有机羧酸酯、有机磷或有机硫化合物中任意一种或两种以上任意比例混合；
所述烷基醇胺为C原子为1-18的烷基、芳基的直链或支链醇胺；
所述有机羧酸酯为C原子数为1～30的脂肪族、芳香族、直链或支链结构的烷基、芳基、烯基或含N、P、S杂原子基团的有机羧酸酯；
所述的有机磷为C原子数为1-20的含有磷酸根的有机化合物；
所述的有机硫化合物为C原子数为1-20的含有磺酸根的有机化合物；
所述封闭组分选自有机硅、水玻璃或溶胶中的任意一种或两种以上任意比例混合；
所述的有机硅为C1-C18的烷基、烯基硅氧烷，烷基聚合硅烷中的任意一种或两种以上任意比例混合；
所述的水玻璃为模数为1-3.5的钠水玻璃、钾水玻璃或锂水玻璃中的一种或两种以上任意比例混合；
所述的溶胶为粒径0.01-1um的纳米硅溶胶、铝溶胶或铁溶胶中的一种或任意两种混合；溶胶的表面可以为正电性或负电性，溶胶的pH范围为3-13。
所述的催化组分为重均分子量在100-10000的聚醚胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
2.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述阻锈组分选自乙醇胺、二甲基乙醇胺、丙醇胺、戊醇胺、1-氨基-6-己醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、1,3-双烷基-2-醇-丙胺、8-氨基-辛醇、10-氨基-葵醇、2-氨基苯基-1-乙醇或3-氨基苯基-2-丙醇中的任意一种或两种以上任意比例的混合。
3.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述有机羧酸酯选自硬脂酸丁酯、肉豆蔻酸乙酯、月桂酸聚乙二醇酯、苯甲酸聚乙二醇酯、肉桂酸乙醇胺酯中的任意一种或两种以上任意比例的组合。
4.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述的有机磷为苯基磷酸衍生物和/或烷基磷酸衍生物。
5.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述的有机硫化合物为辛基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠或石油磺酸钡中的任意一种或两种以上任意比例的混合。
6.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所选的阻锈组分为烷基醇胺与有机羧酸酯、有机磷、有机硫中的任意一种或两种以上任意比例混合。
7.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述催化组分为重均分子量在100-10000的聚乙烯胺或多乙烯多胺。
8.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述有机硅为重均分子量小于8000的甲基硅烷低聚物，异丁基三乙氧基硅烷，异辛基三乙氧基硅烷，正辛基三乙氧基硅烷，十二烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷。
9.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述水玻璃为模数为1.5-2.0的锂水玻璃。
10.根据权利要求1所述的智能释放靶向迁移型钢筋阻锈剂，其特征在于，所述溶胶为硅溶胶，粒径范围1-100nm，pH值7-13。
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