本發(fā)明涉及一種鋼筋腐蝕防護(hù)與修復(fù)材料及其應(yīng)用，特別是一種具有季銨堿分子結(jié)構(gòu)的陽離子，作為電遷移阻銹劑應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：鋼筋銹蝕作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的最主要原因之一，已成為全世界科學(xué)和工程界關(guān)注的熱點(diǎn)難題。圍繞已建混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的防護(hù)和修復(fù)，很多方法都已應(yīng)用，包括電化學(xué)陰極保護(hù)、電化學(xué)除氯、電化學(xué)再堿化、自然遷移與電遷移性阻銹劑等。目前，電化學(xué)陰極保護(hù)和電化學(xué)除氯被公認(rèn)為能有效制止氯化物誘導(dǎo)的鋼筋銹蝕。但是，電化學(xué)除氯所采用的直流電場(chǎng)(以1A/m2),需要維持4～12周才能將鋼筋周圍的氯化物含量降低到臨界值以下；陰極保護(hù)要求被保護(hù)結(jié)構(gòu)在使用全壽命周期持續(xù)通電，維護(hù)成本較高。由于上述原因，電化學(xué)除氯和陰極保護(hù)技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用并不多見。而自然遷移性阻銹劑由于其使用的方便，在一段時(shí)間內(nèi)得到了較大程度的研究和應(yīng)用。如美國Cortec公司的專利US5427819和US5326529，以及瑞士Sika公司的歐洲專利EP340807，均報(bào)道了一種有機(jī)羧酸銨作為遷移性阻銹劑，可直接涂覆于混凝土表面，通過自然滲透和遷移到達(dá)鋼筋表面，起到腐蝕抑制的作用。但在實(shí)際工程中，由于混凝土密實(shí)性均較高，阻銹劑很難滲透至保護(hù)層較厚的鋼筋表面，應(yīng)用效果不夠理想。為此很多學(xué)者和工程技術(shù)人員開展了電遷移阻銹劑的研究。如專利CN1321793A、CN102924378A和文獻(xiàn)Constructionandbuildingmaterials2013,39(0):2-8均報(bào)道了組成為傳統(tǒng)醇胺酸化形成的離子鹽、咪唑或咪唑啉等的結(jié)構(gòu)的電遷移阻銹劑。然而，由于上述電遷移阻銹劑分子中和的陰離子為羧酸根或鹵素離子，其在混凝土的高堿性環(huán)境下，阻銹劑分子帶正電性容易受混凝土堿性環(huán)境破壞，難以通過電場(chǎng)加速遷移，或因其陰離子為鹵素離子而重新污染鋼筋，實(shí)際效果仍不理想。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供的一種陽離子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與正常高堿性混凝土或碳化混凝土環(huán)境相容性均較高，不受混凝土堿性環(huán)境的高低而改變的阻銹劑分子。同時(shí)阻銹劑自身的陰離子為OH-，不會(huì)引入導(dǎo)致鋼筋銹蝕的鹵素離子，杜絕混凝土重新污染的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供了一種季銨堿類陽離子阻銹劑，所述阻銹劑為具有季銨堿陽離子結(jié)構(gòu)的化合物，其結(jié)構(gòu)式如下：當(dāng)R1、R2、R3和R4相同時(shí)，均為-(CH2)nCH3；當(dāng)R1、R2和R3三者相同，均為-(CH2)nCH3，R4為芐基；當(dāng)R1和R2兩者相同，兩者同時(shí)為-(CH2)nCH3，R3、R4分別為羥乙基、羥甲基、-(CH2)mCH3、芐基中的一種或兩種；其中通過烷烴側(cè)鏈長度的調(diào)控，可以達(dá)到鋼筋腐蝕抑制和電遷移性能的統(tǒng)一；其中，n＝0～18，m＝0～12，-(CH2)nCH3和-(CH2)mCH3可以為直鏈烷烴，也可以為支鏈烷烴。本發(fā)明提供了一種所述季銨堿類陽離子阻銹劑的應(yīng)用方法，所述阻銹劑應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，將混凝土中鋼筋作為陰極，混凝土保護(hù)層外面敷上陽極溶液，將所述季銨堿類陽離子阻銹劑加入陽極區(qū)溶液中使用，并通過外加電場(chǎng)作用，將陽離子阻銹劑主動(dòng)遷移至鋼筋表面，抑制鋼筋腐蝕，所述電場(chǎng)電流密度范圍為0.1A/m2～5A/m2，通電時(shí)間為7～60d。本發(fā)明所述季銨堿類陽離子阻銹劑的應(yīng)用方法，所述陽極區(qū)溶液中季銨堿類陽離子阻銹劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～50％。不僅可以作為未銹蝕鋼筋的腐蝕防護(hù)，也可以作為已銹蝕鋼筋的修復(fù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于陽離子阻銹劑分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，應(yīng)用條件不應(yīng)混凝土堿性強(qiáng)弱而改變，同時(shí)結(jié)構(gòu)自身具有的陰離子為OH-，與混凝土環(huán)境相容性高，不會(huì)引入其他鹵素等腐蝕性離子二次污染混凝土。同時(shí)分子結(jié)構(gòu)可調(diào)性強(qiáng)，能夠根據(jù)耐腐蝕性能和遷移性能匹配合適的分子結(jié)構(gòu)，具有非常優(yōu)越的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此外，本發(fā)明的陽離子阻銹劑不僅能對(duì)未銹蝕鋼筋進(jìn)行腐蝕防護(hù)，同時(shí)能有效抑制和降低已銹蝕鋼筋腐蝕速率，具有廣闊的應(yīng)用前景。附圖說明圖1為本發(fā)明所述陽離子阻銹劑對(duì)鋼筋腐蝕速率的影響。圖2為本發(fā)明所述陽離子阻銹劑對(duì)臨界氯離子濃度影響。圖3為電遷移裝置示意圖。其中，圖3中各標(biāo)注為：1電源、2陰極區(qū)、3混凝土、4陽極溶液+阻銹劑。圖4為電場(chǎng)作用下不同種類阻銹劑遷移行為。具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例對(duì)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述：試驗(yàn)采用阻銹劑遷移性能和鋼筋阻銹性能兩部分進(jìn)行。鋼筋腐蝕防護(hù)和修復(fù)性能評(píng)價(jià)：在混凝土模擬孔隙液中測(cè)試了已合成化合物對(duì)鋼筋腐蝕性能的影響。測(cè)試液為飽和氫氧化鈣溶液含質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5％氯化鈉，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的阻銹劑，利用平板腐蝕池和電化學(xué)線性極化測(cè)試技術(shù)，測(cè)定腐蝕電位、電流密度隨時(shí)間變化的規(guī)律，通過曲線可以獲知化合物的阻銹效率。其中空白為對(duì)照組，S1為n＝0，R1、R2、R3和R4均相同且為-CH3；S2為n＝0，R1、R2、R3相同且為-CH3，R4為芐基；S3為n＝1，m＝11，R1和R2相同且為-CH2CH3，R3為羥乙基，R4為(CH2)mCH3；AMA為市售普通氨基醇遷移型阻銹劑(主要成分為二甲基乙醇胺)。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系進(jìn)行，工作電極為鋼筋電極，對(duì)電極為箔網(wǎng)電極，參比電極為Ag/AgCl,采用線性極化曲線進(jìn)行耐腐蝕性能評(píng)價(jià)，并通過Stern-Geary方程，計(jì)算得到鋼筋腐蝕電流密度，用于評(píng)價(jià)鋼筋腐蝕速率的大小，所得結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，不同時(shí)間，阻銹劑對(duì)鋼筋腐蝕電流密度的影響結(jié)果顯示，空白組鋼筋腐蝕速率隨著時(shí)間延長而逐漸增大，阻銹劑加入后能夠起到一定抑制作用，其中S1、S2和S3降低鋼筋腐蝕速率較為明顯，腐蝕電流密度明顯小于市售氨基醇阻銹劑。結(jié)果顯示，本發(fā)明所述的陽離子阻銹劑具有較強(qiáng)的腐蝕抑制和修復(fù)功能。此外，還通過氯離子累加試驗(yàn)，研究了不同結(jié)構(gòu)陽離子阻銹劑對(duì)鋼筋腐蝕臨界氯離子濃度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，AMA對(duì)鋼筋腐蝕臨界氯離子濃度提升效果不明顯，當(dāng)氯離子濃度增加至0.05mol/L左右時(shí)，鋼筋的腐蝕電流密度就高于0.2uA/cm2。S1和S2能分別提升臨界氯離子濃度至0.15mol/L和0.2mol/L。本發(fā)明所述的陽離子阻銹劑具有優(yōu)越的耐點(diǎn)蝕能力和腐蝕預(yù)防功能。電遷移行為研究：通過電場(chǎng)加速試驗(yàn)，研究了不同種類陽離子阻銹劑的電遷移規(guī)律，電遷移試驗(yàn)選擇混凝土結(jié)構(gòu)中進(jìn)行，所用混凝土配合比見表1。表1混凝土試樣配合比W/C水/kg水泥/kg砂子/kg小石子/kg大石子/kgNaCl/g0.532.885.410.836.4959.35108(2％)混凝土試樣使用水泥海螺42.5，按照表1拌合，內(nèi)摻水泥質(zhì)量2％的化學(xué)純氯化鈉，養(yǎng)護(hù)28天。切片，保護(hù)層厚度依次為4cm的混凝土塊作為遷移對(duì)象。實(shí)驗(yàn)所用電遷移裝置見圖3所示，試件夾在裝置中間，裝置兩側(cè)的空腔中都加入約150mL飽和Ca(OH)2溶液，陽極區(qū)加入2.5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的季銨堿類有機(jī)阻銹劑，所加電流密度為3A/m2，作為對(duì)比，另一裝置不加電流，進(jìn)行自然遷移。一段時(shí)間后用MultiN/C3100有機(jī)碳分析儀測(cè)定陰極區(qū)的碳含量，通過碳含量的變化表征陽離子阻銹劑的遷移規(guī)律。圖4為電場(chǎng)作用下，陰極區(qū)不同種類阻銹劑濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律。從圖中可以看出，隨著時(shí)間的延長，電場(chǎng)作用下，S1和S3在陰極區(qū)鋼筋表面濃度增加較為明顯，遷移速率較快，很快能達(dá)到較高濃度。而且在前28d內(nèi)增加的比較明顯，28d后阻銹劑濃度達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定值?？瞻诪闆]有電場(chǎng)作用下，陰極區(qū)鋼筋表面阻銹劑濃度變化規(guī)律，結(jié)果顯示，沒有電場(chǎng)作用，市售AMA氨基醇類阻銹劑自然遷移速率非常緩慢，整個(gè)測(cè)試周期內(nèi)，陰極區(qū)基本沒有阻銹劑遷移過去，市售的AMA氨基醇類阻銹劑在電場(chǎng)作用下隨有一定含量的阻銹劑在陰極區(qū)富集，但量較少，在60d內(nèi)很難達(dá)到保護(hù)鋼筋的作用。結(jié)果顯示，電場(chǎng)能夠非常明顯的增加阻銹劑的遷移能力，且隨著作用時(shí)間的延長，到達(dá)鋼筋表面阻銹劑濃度會(huì)越來越高，表明電遷移阻銹劑可以作為已建結(jié)構(gòu)中氯離子誘導(dǎo)的鋼筋銹蝕防護(hù)與修復(fù)的重要手段之一。當(dāng)前第1頁1 2 3