專利名稱：有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑、制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是國家基礎(chǔ)建設(shè)中最主要的結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應(yīng)用于交通、水利、 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等各領(lǐng)域。然而，因鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的服役性能劣化，工程使用壽命達不到設(shè)計要求而過早破壞，，這已經(jīng)成為全世界日益關(guān)注的一大災(zāi)害和土木工程界的重大科技難題，鋼筋腐蝕破壞已經(jīng)成為世界性問題。在眾多影響混凝土耐久性的因素之中， 鋼筋腐蝕被排在第一位?；炷林袖摻罡g主要為電化學(xué)反應(yīng)，包括陽極和陰極兩種反應(yīng)。阻銹劑的作用機理是能優(yōu)先參與并阻止這兩種或其中一種反應(yīng)，且能長期保持穩(wěn)定狀態(tài)，從而有效的阻止鋼筋的腐蝕。陽極型阻銹劑能夠抑制腐蝕電池陽極反應(yīng)的阻銹劑。使陽極極化增大，降低了陽極反應(yīng)速度，是金屬的腐蝕受到強烈的抑制。磷酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、苯甲酸鹽、肉桂酸鹽等對金屬的腐蝕都有緩蝕作用，但他們本身并沒有氧化性，要起緩蝕作用，溶液中必須要有溶解氧。這些陰離子阻銹劑多為強堿弱酸鹽，在水中水解產(chǎn)生氫氧根離子并在金屬表面形成鈍化氧化物，利用它們有效阻止鐵及其合金腐蝕。當0H—濃度足夠時，僅依靠0H—中的氧就可以形成鈍化氧化物。陰極型阻銹劑在腐蝕介質(zhì)中對金屬的緩蝕作用重要是增大電化學(xué)腐蝕中餓陰極極化，阻礙陰極過程的進行，使腐蝕電位向負方向移動，降低腐蝕速度。國外已用的陰極阻銹劑有胺基醇、烷氨基乙醇、脂肪酸酯。鋼筋阻銹劑是減少和阻止鋼筋銹蝕的一種外加劑，通過摻加到混凝土中或涂抹在混凝土表面起作用，它越來越成為當今防止鋼筋銹蝕的一種手段。1973年日本開始在大型工程中使用鋼筋阻銹劑來抵御海洋工程中氯鹽對鋼筋的損害。在美國，70年代初的時候，大量使用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，然而由于其工業(yè)的經(jīng)濟指標和環(huán)保指標不能令人滿意，在70年代末，開始使用阻銹劑，到80年代時大量使用在各個工程。鋼筋阻銹劑的分類方式有許多種，按化學(xué)成分不同可分為無機型、有機型和復(fù)合型；按作用機理可分為陽極型、陰極型和兩者的混合型；根據(jù)在使用時的方式可分為滲入型(DCI)和滲透型(MCI)。早期的鋼筋阻銹劑產(chǎn)品主要包括亞硝酸鈉，鉻酸鹽和苯甲酸鈉，但是它們對混凝土凝結(jié)時間、早晚期強度都有不同程度負面影響。美國70年代中期，通過大量實驗證明亞硝酸鈣的優(yōu)越阻銹性能，但是其對人體的危害作用(致癌)，使得某些國家如德國等國家禁止使用。早期常用亞硝酸鹽來做鋼筋阻銹劑的主要成份。亞硝酸鹽是典型的陽極阻銹劑， 其作用是通過與金屬反應(yīng)，在金屬表面生成鈍化膜，保護鋼筋不被銹蝕。進入九十年代，一些發(fā)達國家相續(xù)開發(fā)了諸如單氟磷酸鈉(Na2PO3F)等新型阻銹劑。Hansson等調(diào)查了 Nei2PO3F添加在混凝土中對鋼筋的阻銹效果，表明Na2PO3F可以顯著提高鋼筋對氯離子的腐蝕抑制作用。Ngala等考察了 Na2PO3F溶液作為混凝土表面滲透型阻銹劑的作用，結(jié)果表明Na2PO3F在混凝土中不能很好的擴散，因而作為混凝土結(jié)果修復(fù)時， 對鋼筋的抑制沒有很好的效果。張大全等人通過對Na2PO3F在混凝土孔溶液中的緩蝕特性研究，認為Nii2PO3F是一種混合阻銹劑，對腐蝕電化學(xué)的陽極和陰極過程均有阻滯作用。他它能形成沉淀性保護膜，在堿性條件下能夠抑制氯離子引起的鋼筋腐蝕。目前國際及國內(nèi)研究有機阻銹劑主要包括胺類、醛類、炔醇類、有機磷化物、有機硫化物、羧酸及其鹽、磺酸及其鹽類、雜環(huán)化合物等。主流產(chǎn)品都屬于摻入型(MCI)，遷移型鋼筋阻銹劑是近年提出的一種全新概念，它是直接涂覆于混凝土表面，通過自發(fā)的滲透過程達到混凝土鋼筋表面，最終在鋼筋表面成膜實現(xiàn)對鋼筋的保護。相比于摻入型鋼筋阻銹劑，遷移鋼筋表面具有諸多優(yōu)點，被譽為混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)領(lǐng)域最具前景的新技術(shù)。目前全世界對遷移型鋼筋阻銹劑的研究還處于起步階段。以有機物為組分的復(fù)合型阻銹劑不僅能夠有效地保護鋼筋，更重要的是阻止水性介質(zhì)進入混凝土內(nèi)部，大大提高了混凝土抗?jié)B透能力。這樣可以大大延緩混凝土的本身老化過程，使混凝土的耐候性、耐腐蝕性、抗凍性等耐久性指標都得到提高。這種外加劑不僅可以作為鋼筋阻銹劑，同時又是混凝土的防腐劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，由有機阻銹劑和無機的納米直徑坡縷石纖維復(fù)合而成，有機阻銹劑和無機的納米直徑坡縷石纖維的質(zhì)量比為 1-1.5 2. 0-2. 5，所述的有機阻銹劑以有機物的復(fù)合型阻銹組分和改性物質(zhì)組成，所述的復(fù)合型阻銹組分由有機膦酸鹽類和苯駢三氮唑類按質(zhì)量比為1-2 0.8-1. 3組成，所述的改性物質(zhì)為陰離子分散劑。所述有機膦酸鹽類為氨基三亞甲基膦酸(ATMP)、羥基亞乙基二膦酸(HEDP)中的一種或者兩種。所述苯駢三氮唑類為苯駢三氮唑(BTA)、巰基苯駢噻唑(MBT)、甲基苯駢三氮唑(TTA)中的一種或者兩種以上組合。所述改性物質(zhì)的含量為納米直徑坡縷石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。所述納米直徑坡縷石纖維是一種納米級纖維，其徑向尺度為40 60nm，縱向尺度為1 2μπι，呈纖維狀交織結(jié)構(gòu)。所述陰離子分散劑為脂肪醇硫酸酯鹽。脂肪醇硫酸酯鹽為十二烷基硫酸鈉、十三烷基硫酸鈉、十八烷基硫酸鈉中的一種或者兩種以上組合。本發(fā)明的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑是通過以下方法制備 首先按配比稱量有機阻銹劑、改性物質(zhì)和無機的納米直徑坡縷石纖維，將三者放入高速攪拌機進行均化處理即得。所述的均化處理采用4800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度，攪拌時間為10-20 分鐘。本發(fā)明有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑在鋼筋混凝土中阻銹和防腐的應(yīng)用是在水泥中加入水泥質(zhì)量2% -3%的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，按混凝土常規(guī)攪拌工藝混合。本發(fā)明的阻銹劑以有機物為組分的復(fù)合型阻銹劑并與納米直徑坡縷石纖維混雜， 經(jīng)高速攪拌研磨均化處理，形成顆粒均勻的粉體，按一定比例摻入混凝土中不僅能夠有效地保護鋼筋，更重要的是阻止水性有害介質(zhì)進入混凝土內(nèi)部，大大提高了混凝土抗?jié)B透能力，納米直徑坡縷石纖維有利于復(fù)合型阻銹劑向鋼筋表面擴散實施保護。這樣可以大大延緩混凝土的本身老化過程，使混凝土的耐候性、耐腐蝕性、抗凍性等耐久性指標都得到提高。這種復(fù)合型阻銹劑不僅可以作為鋼筋阻銹劑，同時又是混凝土的防腐劑。本發(fā)明的原料配比是經(jīng)過大量的實驗得到最優(yōu)的配比，采用該配比的阻銹劑阻銹性能較優(yōu)，具有良好的阻銹效果，對混凝土無不良影響，性能指標符合《鋼筋阻銹劑使用技術(shù)規(guī)程》YB/T 9231的規(guī)定，其中自然腐蝕電位為-150mv -200mv，具有優(yōu)異的阻銹效果，能顯著提高鋼筋耐蝕性能。本發(fā)明阻銹劑的技術(shù)效果如下(1)在各種Cl—濃度和CO2環(huán)境下對鋼筋實施防腐保護；(2)能在混凝土中分散、滲透、擴散；(3)同時抑制鋼筋的陽極和陰極的腐蝕；(4)無毒、環(huán)境安全性好。
具體實施例方式具體實施方式
一本發(fā)明用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在各種Cl_濃度和CO2環(huán)境下對鋼筋實施阻銹、防腐保護的復(fù)合型阻銹劑，有機阻銹劑與無機的納米直徑坡縷石纖維進行復(fù)配， 其質(zhì)量比為1.0 2.0，其中有機物成分和質(zhì)量比為有機磷酸鹽類(ATMP)苯駢三氮唑類(BTA) = 1.0 0.8，陰離子分散劑含量為納米直徑坡縷石纖維質(zhì)量的0.7-1%。具體制備方法如下首先按配比稱量有機阻銹劑、陰離子分散劑和無機的納米直徑坡縷石纖維，將三者放入高速攪拌機進行均化處理即得。所述的均化處理采用4800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度， 攪拌時間為10-20分鐘。
具體實施方式
二 采用TTA替換具體實施方式
一中的BTA。
具體實施方式
三采用MBT替換具體實施方式
一中的BTA。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是用于鋼筋構(gòu)在各種 Cl—濃度環(huán)境下對鋼筋實施阻銹、防腐保護的復(fù)合型阻銹劑，同時抑制鋼筋的陽極和陰極的腐蝕。有機阻銹劑與無機的納米直徑坡縷石纖維進行復(fù)配，其質(zhì)量比為1.3 2.0，其中有機物成分和質(zhì)量比為有機磷酸鹽類(HEDP)苯駢三氮唑類(BTA) = 1.0 0. 8，陰離子分散劑含量為納米直徑坡縷石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。
具體實施方式
五采用MBT替換具體實施方式
一中的BTA。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是用于鋼筋構(gòu)在各種 Cl—濃度和CO2環(huán)境下對鋼筋實施阻銹、防腐保護的復(fù)合型阻銹劑，有機阻銹劑與無機的納米直徑坡縷石纖維進行復(fù)配，其質(zhì)量比為1.3 2. 5，其中有機物成分和質(zhì)量比為有機磷酸鹽類(HEDP)苯駢三氮唑類(TTA) = 1.0 0.8，陰離子分散劑含量為納米直徑坡縷石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。
具體實施方式
七本實施方式是不同的混凝土強度等級其摻量不同，具體實施方式
四、五、六適應(yīng)于混凝土強度等級C40-C80，復(fù)合型阻銹劑摻量為水泥用量的3% ；具體實施方式
一、二、三適應(yīng)于混凝土強度等級C20-C30，復(fù)合型阻銹劑摻量為水泥用量的2%。阻銹效果評價方法電化學(xué)方法是評價的方法之一，它通常包括測試鋼筋在空白和添加阻銹劑的鋼筋混凝土中腐蝕電位、極化電阻、腐蝕電流和交流阻抗等參數(shù)。通過測試，可以對阻銹劑的品種、用量進行篩選和優(yōu)化，質(zhì)量評定和阻銹機理進行探討。電化學(xué)阻抗譜測試在電化學(xué)阻抗鋪測試中，加入復(fù)合型阻銹劑，混凝土空隙電阻Rc和鋼筋電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct均有了明顯提高。混凝土的空隙電阻與混凝土的空隙液中電解質(zhì)濃度、混凝土的孔結(jié)構(gòu)(孔徑和孔分布)等因素有關(guān)。當空隙液中NaCl濃度較高時，混凝土的空隙電阻就會明顯下降。在混凝土拌合物中摻入復(fù)合型阻銹劑后，就能明顯提高混凝土的空隙電阻，表明此時混凝土空隙液中的電解質(zhì)濃度要比未加的空白試件要低，即周圍介質(zhì)中Na+ 和Cl-向混凝土中的滲透速率變慢了。因此，通過混凝土擴散到鋼筋表面的Cl-濃度比空白試件低得多，此時鋼筋的腐蝕趨勢和腐蝕電流比空白試件小得多。另一方面，溶解于鋼筋附近混凝土空隙液的復(fù)合型阻銹劑也必然會在鋼筋表面上與Cl-競爭吸附，同樣會減小鋼筋表面的Cl-濃度。這兩種因素共同作用的結(jié)果，就使鋼筋電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct (相當于Mern-Geary方程式的極化電阻Rp)變大。在浸泡到達穩(wěn)定自腐蝕電位后測量，摻入復(fù)合型阻銹劑阻抗弧環(huán)半徑最大，說明在摻入復(fù)合型阻銹劑形成的鈍化膜最為穩(wěn)定致密，與空白試件相比一定程度上抑制了氯離子銹蝕。本實驗通過線性掃描法測量出極化電阻Rp、腐蝕電流Icorr和自然電位來評價復(fù)合型阻銹劑型阻銹劑效果。鋼筋鈍化膜越厚越致密，Rp越大，Icorr越小，腐蝕速率就越小， 緩蝕劑的效用就越好，故評價其好壞，可以通過測量比較極化電阻Rp值。HEDP+TTA復(fù)合阻銹劑是一種混合阻銹劑，它能形成沉淀性保護膜，在堿性條件下能夠抑制氯離子引起的鋼筋腐蝕。Rp值在20000歐姆以上，阻銹效果顯著。
權(quán)利要求
1.一種有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于由有機阻銹劑和無機的納米直徑坡縷石纖維復(fù)合而成，有機阻銹劑和無機的納米直徑坡縷石纖維的質(zhì)量比為1-1. 5 2. 0-2. 5，所述的有機阻銹劑由有機物的復(fù)合型阻銹組分和改性物質(zhì)組成，所述的復(fù)合型阻銹組分由有機膦酸鹽類和苯駢三氮唑類按質(zhì)量比為1-2 0.8-1. 3組成，所述的改性物質(zhì)為陰離子分散劑。
2.如權(quán)利要求1所述的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述有機膦酸鹽類為氨基三亞甲基膦酸(ATMP)、羥基亞乙基二膦酸(HEDP)中的一種或者兩種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述苯駢三氮唑類為苯駢三氮唑(BTA)、巰基苯駢噻唑(MBT)、甲基苯駢三氮唑(TTA) 中的一種或者一種以上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述改性物質(zhì)的含量為納米直徑坡縷石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。
5.如權(quán)利要求1或2所述的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述納米直徑坡縷石纖維是一種納米級纖維，其徑向尺度為40 60nm，縱向尺度為 1 2 μ m，呈纖維狀交織結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述陰離子分散劑為脂肪醇硫酸酯鹽。
7.如權(quán)利要求6所述的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述脂肪醇硫酸酯鹽為十二烷基硫酸鈉、十三烷基硫酸鈉、十八烷基硫酸鈉中的一種或者一種以上。
8.如權(quán)利要求1-7之一的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑的制備方法，其特征在于首先按配比稱量有機阻銹劑、改性物質(zhì)和無機的納米直徑坡縷石纖維，將三者放入高速攪拌機進行均化處理即得。
9.如權(quán)利要求8所述的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑的制備方法， 其特征在于所述的均化處理采用4800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度，攪拌時間為10-20分鐘。
10.如權(quán)利要求1-7之一的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑在鋼筋混凝土中阻銹和防腐的應(yīng)用，其特征在于在水泥中加入水泥質(zhì)量2% -3%的有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，按混凝土常規(guī)攪拌工藝混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機復(fù)合納米直徑坡縷石纖維鋼筋混凝土阻銹劑、制備方法及其應(yīng)用，該阻銹劑是通過將有機阻銹劑與無機的納米直徑坡縷石纖維經(jīng)高速攪拌均化處理制得，有機阻銹劑與無機的納米直徑坡縷石纖維的質(zhì)量比為1-1.5∶2.0-2.5，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)混凝土抗?jié)B透能力弱的問題，對比實驗結(jié)果表明在氯離子和碳化條件下，均有抗銹蝕能力，提高了鋼筋的銹蝕極限含量，增強了鋼筋混凝土保護層抗?jié)B性能力以及與混凝土與鋼筋界面區(qū)性能，使鋼筋混凝土具有很好的耐久性和工程使用壽命，各項電化學(xué)參數(shù)完全滿足鋼筋混凝土中鋼筋的阻銹防腐的要求。
文檔編號C04B24/16GK102295425SQ20111027140
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者何忠茂, 王巖 申請人:甘肅土木工程科學(xué)研究院