專(zhuān)利名稱(chēng)：有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(guó)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(guó)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(dá)不到設(shè)計(jì)要求而過(guò)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(wèn)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(yáng)極和陰極兩種反應(yīng)。阻銹劑的作用機(jī)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(zhǎng)期保持穩(wěn)定狀態(tài)，從而有效的阻止鋼筋的腐蝕。陽(yáng)極型阻銹劑能夠抑制腐蝕電池陽(yáng)極反應(yīng)的阻銹劑。使陽(yáng)極極化增大，降低了陽(yáng)極反應(yīng)速度，是金屬的腐蝕受到強(qiáng)烈的抑制。磷酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、苯甲酸鹽、肉桂酸鹽等對(duì)金屬的腐蝕都有緩蝕作用，但他們本身并沒(méi)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(qiáng)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(dāng)0H—濃度足夠時(shí)，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(duì)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(guò)程的進(jìn)行，使腐蝕電位向負(fù)方向移動(dòng)，降低腐蝕速度。國(guó)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(guò)摻加到混凝土中或涂抹在混凝土表面起作用，它越來(lái)越成為當(dāng)今防止鋼筋銹蝕的一種手段。1973年日本開(kāi)始在大型工程中使用鋼筋阻銹劑來(lái)抵御海洋工程中氯鹽對(duì)鋼筋的損害。在美國(guó)，70年代初的時(shí)候，大量使用環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋，然而由于其工業(yè)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)保指標(biāo)不能令人滿(mǎn)意，在70年代末，開(kāi)始使用阻銹劑，到80年代時(shí)大量使用在各個(gè)工程。鋼筋阻銹劑的分類(lèi)方式有許多種，按化學(xué)成分不同可分為無(wú)機(jī)型、有機(jī)型和復(fù)合型；按作用機(jī)理可分為陽(yáng)極型、陰極型和兩者的混合型；根據(jù)在使用時(shí)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(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間、早晚期強(qiáng)度都有不同程度負(fù)面影響。美國(guó)70年代中期，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明亞硝酸鈣的優(yōu)越阻銹性能，但是其對(duì)人體的危害作用(致癌)，使得某些國(guó)家如德國(guó)等國(guó)家禁止使用。早期常用亞硝酸鹽來(lái)做鋼筋阻銹劑的主要成份。亞硝酸鹽是典型的陽(yáng)極阻銹劑， 其作用是通過(guò)與金屬反應(yīng)，在金屬表面生成鈍化膜，保護(hù)鋼筋不被銹蝕。進(jìn)入九十年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家相續(xù)開(kāi)發(fā)了諸如單氟磷酸鈉(Na2PO3F)等新型阻銹齊IJ。Hansson等調(diào)查了 Nei2PO3F添加在混凝土中對(duì)鋼筋的阻銹效果，表明Na2PO3F可以顯著提高鋼筋對(duì)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(kuò)散，因而作為混凝土結(jié)果修復(fù)時(shí)， 對(duì)鋼筋的抑制沒(méi)有很好的效果。張大全等人通過(guò)對(duì)Na2PO3F在混凝土孔溶液中的緩蝕特性研究，認(rèn)為Nii2PO3F是一種混合阻銹劑，對(duì)腐蝕電化學(xué)的陽(yáng)極和陰極過(guò)程均有阻滯作用。他它能形成沉淀性保護(hù)膜，在堿性條件下能夠抑制氯離子引起的鋼筋腐蝕。目前國(guó)際及國(guó)內(nèi)研究有機(jī)阻銹劑主要包括胺類(lèi)、醛類(lèi)、炔醇類(lèi)、有機(jī)磷化物、有機(jī)硫化物、羧酸及其鹽、磺酸及其鹽類(lèi)、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(guò)自發(fā)的滲透過(guò)程達(dá)到混凝土鋼筋表面，最終在鋼筋表面成膜實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋的保護(hù)。相比于摻入型鋼筋阻銹劑，遷移鋼筋表面具有諸多優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)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(duì)遷移型鋼筋阻銹劑的研究還處于起步階段。以有機(jī)物為組分的復(fù)合型阻銹劑不僅能夠有效地保護(hù)鋼筋，更重要的是阻止水性介質(zhì)進(jìn)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(guò)程，使混凝土的耐候性、耐腐蝕性、抗凍性等耐久性指標(biāo)都得到提高。這種外加劑不僅可以作為鋼筋阻銹劑，同時(shí)又是混凝土的防腐劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，由有機(jī)阻銹劑和無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維復(fù)合而成，有機(jī)阻銹劑和無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維的質(zhì)量比為1-1. 5 2. 0-2. 5，所述的有機(jī)阻銹劑以有機(jī)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(jī)膦酸鹽類(lèi)和苯駢三氮唑類(lèi)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(jī)膦酸鹽類(lèi)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(lèi)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)的含量為納米直徑纖蛇紋石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。所述納米直徑纖蛇紋石纖維是一種納米級(jí)纖維，其徑向尺度為30 60nm， 縱向尺度為10 20 μ m。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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋石纖維鋼筋混凝土阻銹劑是通過(guò)以下方法制備首先按配比稱(chēng)量有機(jī)阻銹劑、改性物質(zhì)和無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維，將三者放入高速攪拌機(jī)進(jìn)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(shí)間為 10-20分鐘。本發(fā)明有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(jī)物為組分的復(fù)合型阻銹劑并與納米直徑纖蛇紋石纖維混雜，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(hù)鋼筋，更重要的是阻止水性有害介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，大大提高了混凝土抗?jié)B透能力，納米直徑纖蛇紋石纖維有利于復(fù)合型阻銹劑向鋼筋表面擴(kuò)散實(shí)施保護(hù)。這樣可以大大延緩混凝土的本身老化過(guò)程，使混凝土的耐候性、耐腐蝕性、抗凍性等耐久性指標(biāo)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(shí)又是混凝土的防腐劑。本發(fā)明的原料配比是經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)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(duì)混凝土無(wú)不良影響，性能指標(biāo)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-170mv -210mv，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(duì)鋼筋實(shí)施防腐保護(hù)；(2)能在混凝土中分散、滲透、擴(kuò)散；(3)同時(shí)抑制鋼筋的陽(yáng)極和陰極的腐蝕；(4)無(wú)毒、環(huán)境安全性好。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)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(duì)鋼筋實(shí)施阻銹、防腐保護(hù)的復(fù)合型阻銹劑，有機(jī)阻銹劑與無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維進(jìn)行復(fù)配，其質(zhì)量比為1.0 2.0，其中有機(jī)物成分和質(zhì)量比為有機(jī)磷酸鹽類(lèi)(ATMP)苯駢三氮唑類(lèi)(BTA) = 1.0 0.8，陰離子分散劑含量為納米直徑纖蛇紋石纖維質(zhì)量的0.7-1%。具體制備方法如下首先按配比稱(chēng)量有機(jī)阻銹劑、陰離子分散劑和無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維，將三者放入高速攪拌機(jī)進(jìn)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(shí)間為10-20分鐘。
具體實(shí)施方式
二 采用TTA替換具體實(shí)施方式
一中的BTA。
具體實(shí)施方式
三采用MBT替換具體實(shí)施方式
一中的BTA。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)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(duì)鋼筋實(shí)施阻銹、防腐保護(hù)的復(fù)合型阻銹劑，同時(shí)抑制鋼筋的陽(yáng)極和陰極的腐蝕。有機(jī)阻銹劑與無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維進(jìn)行復(fù)配，其質(zhì)量比為1.3 2.0，其中有機(jī)物成分和質(zhì)量比為有機(jī)磷酸鹽類(lèi)(HEDP)苯駢三氮唑類(lèi)(BTA) = 1.0 0.8，離子分散劑含量為納米直徑纖蛇紋石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。
具體實(shí)施方式
五采用MBT替換具體實(shí)施方式
一中的BTA。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)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(duì)鋼筋實(shí)施阻銹、防腐保護(hù)的復(fù)合型阻銹劑，有機(jī)阻銹劑與無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維進(jìn)行復(fù)配，其質(zhì)量比為1.3 2. 5，其中有機(jī)物成分和質(zhì)量比為有機(jī)磷酸鹽類(lèi)(HEDP)苯駢三氮唑類(lèi)(TTA) = 1.0 0.8，陰離子分散劑含量為納米直徑纖蛇紋石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式是不同的混凝土強(qiáng)度等級(jí)其摻量不同，具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
四、五、六適應(yīng)于混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40-C80，復(fù)合型阻銹劑摻量為水泥用量的3% ；具體實(shí)施方式
一、二、三適應(yīng)于混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20-C30，復(fù)合型阻銹劑摻量為水泥用量的2%。阻銹效果評(píng)價(jià)方法
電化學(xué)方法是評(píng)價(jià)的方法之一，它通常包括測(cè)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(guò)測(cè)試，可以對(duì)阻銹劑的品種、用量進(jìn)行篩選和優(yōu)化，質(zhì)量評(píng)定和阻銹機(jī)理進(jìn)行探討。電化學(xué)阻抗譜測(cè)試在電化學(xué)阻抗鋪測(cè)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?；炷恋目障峨娮枧c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(dāng)空隙液中NaCl濃度較高時(shí)，混凝土的空隙電阻就會(huì)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(shí)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?chē)橘|(zhì)中Na+ 和Cl-向混凝土中的滲透速率變慢了。因此，通過(guò)混凝土擴(kuò)散到鋼筋表面的Cl-濃度比空白試件低得多，此時(shí)鋼筋的腐蝕趨勢(shì)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(huì)在鋼筋表面上與Cl-競(jìng)爭(zhēng)吸附，同樣會(huì)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(dāng)于Mern-Geary方程式的極化電阻Rp)變大。在浸泡到達(dá)穩(wěn)定自腐蝕電位后測(cè)量，摻入復(fù)合型阻銹劑阻抗弧環(huán)半徑最大，說(shuō)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(shí)驗(yàn)通過(guò)線(xiàn)性?huà)呙璺y(cè)量出極化電阻Rp、腐蝕電流Icorr和自然電位來(lái)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)其好壞，可以通過(guò)測(cè)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(hù)膜，在堿性條件下能夠抑制氯離子引起的鋼筋腐蝕。Rp值在19000歐姆以上，阻銹效果顯著。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于由有機(jī)阻銹劑和無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維復(fù)合而成，有機(jī)阻銹劑和無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維的質(zhì)量比為1-1. 5 2. 0-2. 5，所述的有機(jī)阻銹劑由有機(jī)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(jī)膦酸鹽類(lèi)和苯駢三氮唑類(lèi)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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述有機(jī)膦酸鹽類(lèi)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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述苯駢三氮唑類(lèi)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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述改性物質(zhì)的含量為納米直徑纖蛇紋石纖維質(zhì)量的0. 7-1%。
5.如權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋石纖維鋼筋混凝土阻銹劑，其特征在于所述納米直徑纖蛇紋石纖維是一種納米級(jí)纖維，其徑向尺度為30 60nm，縱向尺度為 10 20 μ m。
6.如權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(chēng)量有機(jī)阻銹劑、改性物質(zhì)和無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維，將三者放入高速攪拌機(jī)進(jìn)行均化處理即得。
9.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(shí)間為10-20分鐘。
10.如權(quán)利要求1-7之一的有機(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(jī)復(fù)合納米直徑纖蛇紋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(guò)將有機(jī)阻銹劑與無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維經(jīng)高速攪拌均化處理制得，有機(jī)阻銹劑與無(wú)機(jī)的納米直徑纖蛇紋石纖維的質(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(wèn)題，對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(qiáng)了鋼筋混凝土保護(hù)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(xiàng)電化學(xué)參數(shù)完全滿(mǎn)足鋼筋混凝土中鋼筋的阻銹防腐的要求。
文檔編號(hào)C04B103/61GK102295427SQ20111027140
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)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, 薛德勝 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué), 甘肅土木工程科學(xué)研究院