CN105366978A - 一种混凝土结构耐久性修复用渗透型钢筋阻锈剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于混凝土结构耐久性修复用渗透型有机阻锈剂，属建筑材料领域。其包括以下组分：40-60％有机阻锈剂、5-15％表面活性剂、30-45％耐碱渗透剂，其中所述表面活性剂选自氨基酸类表面活性剂或脂肪酸酯类表面活性剂，所述耐碱渗透剂为异辛醇磷酸酯、异构醇醚磷酸酯或脂肪醇聚氧乙烯醚的一种或多种任意比例组成的混合物。其制备方法：将表面活性剂与有机阻锈剂混合，边搅拌边加热，待混合物全部融合后，再边搅拌边加入有机渗透剂，直到混合液体由浑浊变清澈既得本产品。本发明制备方法简单，所得产品可用于现役混凝土结构表面处理或加固中，具有优异的渗透能力和阻锈效果，可有效阻止或延缓氯盐对混凝土结构中钢筋锈蚀，且对混凝土性能无任何不利影响。

Description

一种混凝土结构耐久性修复用渗透型钢筋阻锈剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土结构耐久性修复用渗透型钢筋阻锈剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域.

背景技术

海洋环境和撒除冰盐环境下混凝土结构中钢筋很容易遭受氯盐腐蚀，造成混凝土结构耐久性和使用寿命大大降低。因此，如何防止混凝土结构中钢筋锈蚀或者使已经遭受氯盐侵蚀的混凝土结构中的受损钢筋得以修复，成为严酷环境下保持和提高混凝土结构耐久性的关键。近年来高性能混凝土的快速发展和应用使得混凝土耐久性问题得到一定程度缓解，但是由于混凝土材料自身特点及工程的复杂性，加之高性能混凝土水胶比很低，如养护不当很容易产生裂缝，裂缝不可避免地会加速环境中的有害物质渗透到结构内部，使得结构中的钢筋受到不同程度的腐蚀，混凝土结构耐久性和使用寿命因此降低。多年来的工程实践也表明仅仅依靠使用高性能混凝土不能完全解决严酷环境下混凝土结构的耐久性问题。

为防止氯盐等严酷环境对混凝土结构中的钢筋产生锈蚀，长期以来一个较为简单有效的办法是在混凝土中掺加无机钢筋阻锈剂，对于已建现役混凝土结构中钢筋的锈蚀防护与修复，掺入型阻锈剂无法应用。传统的钢筋阻锈剂主要是亚硝酸盐，由于亚硝酸盐是阳极型阻锈剂且具有致癌性，低含量会引起钢筋局部锈蚀加速，在欧洲部分国家已经明确禁止使用该类钢筋阻锈剂。另外，出于环境保护的压力，其它一些阻锈效果好的无机盐如铬酸盐、磷酸盐等也逐渐被列入禁止使用的行列。

近年来有机渗透型阻锈剂得到了较快发展，这种阻锈剂涂覆在混凝土表面通过渗透可到达钢筋表面，抑制钢筋锈蚀，从而起到保护作用。其最大特点是可在不直接接触金属情况下通过液相或者气相扩散到达金属表面使其得到保护，由于有机渗透型阻锈剂多为混合型阻锈剂，且在混凝土中表现出一定憎水效果，不易被雨水或环境水浸出，因此逐渐成为一种有发展潜力的安全型阻锈剂。经过多年的研究和在工程应用实践，欧洲标准化委员会已经确认使用这类阻锈剂是一种有效的腐蚀控制方法。

发明内容

本发明目的是提供一种在混凝土表面涂覆用的渗透型钢筋阻锈剂，其可以应用于新建钢筋混凝土结构的防护以提升其使用寿命，也可以应用于现役钢筋混凝土结构耐久性修复，使结构中的锈蚀钢筋得以修复，本发明具有优良的渗透能力和抑制钢筋锈蚀的效果或使锈蚀钢筋修复。

本发明人通过大量试验研究发现，在有机阻锈剂中加入一定量的表面活性剂和一定量的渗透剂，能显著提高阻锈剂在混凝土中的渗透能力和抑制钢筋锈蚀的效果或使锈蚀钢筋修复。

本发明的渗透型钢筋阻锈剂，包括以重量百分比计的以下组分：40-60％有机阻锈剂、5-15％表面活性剂、30-45％耐碱渗透剂。

本发明的有机阻锈剂主要由羧酸类与胺类物质按照重量比生成的复合物构成，其中羧酸类物质选自苯甲酸、邻苯二甲酸、水杨酸、单宁酸、植酸、肌氨酸、马来酸、富马酸，琥珀酸、月桂酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、苯磺酸的任意一种或多种，胺类物质选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、单甲基乙醇胺、三乙烯四胺、二甲基乙醇胺、油酸胺、环己胺、二环己胺的一种或多种，形成复合物是具有2个及以上官能基团并能与钢筋配位形成稳定螯合环的复合物。

本发明的所选表面活性剂选自氨基酸类表面活性剂或脂肪酸酯类表面活性剂，具体选自N-月桂酰基谷氨酸钠、N-月桂酰基甘氨酸钾、山梨醇酯、单硬脂酸甘油酯、季戊四醇酯、月桂酸酯的一种或多种任意比例组成的混合物

本发明的耐碱渗透剂选自异辛醇磷酸酯、异构醇醚磷酸酯或脂肪醇聚氧乙烯醚的一种或多种任意比例组成的混合物。耐碱渗透剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能显著降低阻锈剂的表面张力，增强阻锈剂在混凝土中的渗透能力。而且所选耐碱渗透剂可与有机阻锈剂起协同阻锈作用。

本发明的渗透型钢筋混凝土阻锈剂的制备方法：将表面活性剂与有机阻锈剂按比例混合，边搅拌边加热，待混合物全部融合后，再边搅拌边加入耐碱渗透剂，直到混合液体由浑浊变清澈既得本产品。

上述制备方法中，优选加热温度为60-70℃，在此温度内，可以促进表面活性剂、有机阻锈剂与耐碱渗透剂融合得更加均匀。

本发明的特点在于，所形成的混凝土结构耐久性修复用渗透型钢筋混凝土阻锈剂具有低表面张力低黏度特性，可快速穿过混凝土多孔结构较短时间内到达钢筋表面并以气相扩散方式在较长时间内维持效用，这种渗透型钢筋混凝土阻锈剂可排挤掉钢筋表面的氯离子并吸附于钢筋表面，形成一层稳定致密的单分子吸附膜。由于吸附膜难溶于水，会排斥水分及侵蚀性离子向钢筋表面迁移，从而抑制钢筋锈蚀的发生。

本发明的制备工艺简单、操作方便，可直接涂覆于新建及已建老旧的钢筋混凝土结构表面，特别是在混凝土结构的修复、翻新过程中不需要破坏结构，本发明不含亚硝酸盐，无毒害，无污染，符合环保型有机混凝土阻锈剂指标。

具体实施方法

实施例1：

按重量称取：10g油酸胺、10g环己胺、15g植酸、5g肌氨酸、5g季戊四醇酯、10g月桂酸酯、45g异构醇醚磷酸酯，先将油酸胺、环己胺、植酸、肌氨酸在67℃温度下搅拌混合；待混合物混合均匀后，向混合物中缓慢加入季戊四醇酯、月桂酸酯；待搅拌均匀后，再慢慢加入异构醇醚磷酸酯，边加边搅拌，直到混合液体由浑浊变为清澈为止。

实施例2：

按重量称取：10g二甲基乙醇胺、5g油酸胺、10g环己胺、5g苯甲酸、10g琥珀酸、5g月桂酸、5gN-月桂酰基谷氨酸钠、5g山梨醇酯、5g单硬脂酸甘油酯、40g异辛醇磷酸酯，先将二甲基乙醇胺、油酸胺、环己胺、苯甲酸、琥珀酸、月桂酸在65℃温度下搅拌混合；待混合物混合均匀后，向混合物中缓慢加入N-月桂酰基谷氨酸钠、山梨醇酯、单硬脂酸甘油酯；待搅拌均匀后，再慢慢加入异辛醇磷酸酯，边加边搅拌，直到混合液体由浑浊变为清澈为止。

实施例3：

按重量称取：15g单甲基乙醇胺、5g油酸胺、10g环己胺、15g苯甲酸、5gN-月桂酰基甘氨酸钾、5g季戊四醇酯、5g单硬脂酸甘油酯、20g异辛醇磷酸酯、20g异构醇醚磷酸酯，先将单甲基乙醇胺、油酸胺、环己胺、苯甲酸在60℃温度下搅拌混合；待混合物混合均匀后，向混合物中缓慢加入N-月桂酰基甘氨酸钾、季戊四醇酯、单硬脂酸甘油酯；待搅拌均匀后，再慢慢加入异辛醇磷酸酯、异构醇醚磷酸酯，边加边搅拌，直到混合液体由浑浊变为清澈为止。

比较例1：按重量称取：20g单甲基乙醇胺、20g二甲基乙醇胺、20g环己胺、40g苯甲酸，将单甲基乙醇胺、二甲基乙醇胺、环己胺、苯甲酸在60℃温度下搅拌混合；直到混合液体由浑浊变为清澈。

比较例2：按重量称取：20g二乙醇胺、15g单甲基乙醇胺、20g苯甲酸、20gN-月桂酰基谷氨酸钠、25gN-月桂酰基甘氨酸钾，先将二乙醇胺、单甲基乙醇胺、苯甲酸在60℃温度下搅拌混合；待混合物由浑浊变为澄清后，再慢慢加入N-月桂酰基谷氨酸钠、N-月桂酰基甘氨酸钾，边加边搅拌，直到液体混合均匀。

性能测试：

1、钢筋锈蚀试验

为了快速检测实施例对钢筋的阻锈效果与锈蚀修复效果，进行电化学测试，工作电极为结构胶包封的Q235钢圆柱体，参比电极与对电极分别为饱和甘汞电极和铂电极。质量分数为1％的NaCl水溶液用于模拟海水浸泡后钢筋腐蚀情况。记录钢筋电极在氯盐溶液中浸泡1小时后的极化电阻、腐蚀电流密度初值，再测试添加各实施例阻锈剂后，钢筋的极化电阻、腐蚀电流密度的参数随时间的变化。阻锈剂添加浓度相对氯盐溶液的2％。比较例1为不含有表面活性剂和渗透剂的有机阻锈剂，比较例2为仅含有表面活性剂与有机阻锈剂的二元复配后的阻锈剂。试验结果见表1。

试验结果见表1。

表1钢筋锈蚀试验

从表1中比较例1的结果可以看出，仅加入有机阻锈剂可以明显提高钢筋的极化电阻值，1天阻锈效率为96.9％以上；但是其28天的阻锈效率降低为90.1％。比较例2与比较例1的测试结果相比，添加有机阻锈剂和表面活性剂的比较例2使得钢筋的腐蚀电流密度5天降低到0.2μA/cm2左右；且在28天的钢筋的腐蚀电流密度保持在0.2μA/cm2左右，阻锈剂的阻锈效率为97.8％。同时添加有机阻锈剂、表面活性剂和耐碱渗透剂的实施例与比较例2的测试结果相比，添加实施例中阻锈剂后使得钢筋的腐蚀电流密度1天降低到0.02μA/cm2以下，且在28天的钢筋的腐蚀电流密度保持在0.02μA/cm2以下，该阻锈剂的阻锈效率为99.9％。

以上结果说明，仅有有机阻锈剂在氯盐溶液中短期阻锈性能良好，长期阻锈性能呈现降低趋势；仅有表面活性剂与有机阻锈剂二元复配后的阻锈剂的阻锈效率明显提高，其二元复配的阻锈剂的长期阻锈性能稳定；本发明所涉及的耐碱渗透剂、表面活性剂与有机阻锈剂三元复配后的阻锈剂阻锈性能优异，甚至能使已锈蚀钢筋在1天后即得到修复，恢复钝化状态。

2.渗透性能试验

渗透试验过程采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体混凝土试件，三菱硅酸盐水泥，标准砂。胶砂比1∶3，水灰比0.55，混凝土成型后放标准养护室养护28天。将混凝土试件用结构胶将试块上下两个面涂封，保留四个侧面作为接触面，将试件放入密封塑料箱中，倒入阻锈剂使其没过试件顶面2mm(维持液面高度不变)，称取试件不同时刻(0h，1h，3h，6h，12h，24h直至120h)质量。阻锈剂在混凝土中的含液率Wa(％)：Wa＝(mt-m0)/m0，式中，mt为试块在不同时间吸收阻锈剂后的质量(g)；m0为试块的干重(g)。比较例1为本发明中所涉及的有机阻锈剂，比较例2为本发明中所涉及的表面活性剂与有机阻锈剂二元复配后的阻锈剂。试验结果见表2。

表2阻锈剂在混凝土中渗透试验

从表2的测试结果可以看出，与比较例1相比，比较例2中所述阻锈剂在试块中5天的含液率有所提升，但是含液率低于2％；说明表面活性剂与有机阻锈剂二元复配后的阻锈剂在混凝土中的渗透性能提升能力有限。与比较例2相比，实施例中所述阻锈剂在混凝土中的1天的含液率已达到2.2％，5天含液率最高可达5.61％，其中实施例3中阻锈剂在混凝土的5天的含液率是比较例1中阻锈剂的7.48倍，是比较例2中阻锈剂的3.08倍。这说明本发明的渗透型阻锈剂即耐碱渗透剂、表面活性剂与有机阻锈剂三元复配后的阻锈剂在混凝土中的渗透性能优异，这也是其其能够快速渗透到达钢筋表面并发挥作用的重要原因。

Claims (3)

1.一种混凝土结构耐久性提升或修复用渗透型钢筋混凝土阻锈剂，其特征在于，包括以重量百分比计的如下组分：40-60％有机阻锈剂、5-15％表面活性剂、30-45％耐碱渗透剂；其中所述有机阻锈剂主要由羧酸类与胺类物质按照重量量比生成的复合物构成，其中羧酸类物质选自苯甲酸、邻苯二甲酸、水杨酸、单宁酸、植酸、肌氨酸、马来酸、富马酸，琥珀酸、月桂酸、戊二酸、已二酸、癸二酸、苯磺酸的任意一种或多种，胺类物质选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、单甲基乙醇胺、三乙烯四胺、二甲基乙醇胺、油酸胺、环己胺、二环己胺的一种或多种；所述表面活性剂选自基酸类表面活性剂或脂肪酸酯类表面活性剂，具体选自N-月桂酰基谷氨酸钠、N-月桂酰基甘氨酸钾、山梨醇酯、单硬脂酸甘油酯、季戊四醇酯、月桂酸酯的一种或多种任意比例组成的混合；所述耐碱渗透剂为异辛醇磷酸酯、异构醇醚磷酸酯或脂肪醇聚氧乙烯醚的一种或多种任意比例组成的混合物。

2.权利要求1所述渗透型钢筋阻锈剂的制备方法，其特征在于，将表面活性剂与有机阻锈剂混合，边搅拌边加热，待混合物全部融合后，边搅拌边加入耐碱渗透剂，直到混合液体由浑浊变清澈既得本产品。

3.根据权利要求2所述渗透型钢筋阻锈剂的制备方法，其特征在于，加热温度为60-70℃。