專利名稱：陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法及制備裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼筋混凝土結構中鋼筋腐蝕防護領域，特別涉及一種陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法及其制備裝置。
背景技術：
混凝土因具有成本低廉、堅固耐用，且材料來源廣泛等優(yōu)點，被各個領域建筑工程普遍采用，并已經成為現(xiàn)代建筑中使用最為廣泛的材料。但其在環(huán)境作用下會發(fā)生多種形式的損傷乃至破壞。Metha教授在1991年召開的第二屆混凝土耐久性國際學術會議上作的題為《混凝土耐久性一 50年進展》的主題報告中指出“當今世界上混凝土破壞的原因按重 要性遞降順序排列是鋼筋腐蝕、寒冷氣候下的凍害、侵蝕環(huán)境下的物理化學作用?！睋?jù)《中國腐蝕調查報告》資料，我國2010年由于鋼筋腐蝕而導致的損失逾13000億元人民幣，約占國民經濟生產總值的4%。華南18座海港碼頭、引橋使用7 25年，腐蝕破壞89%，61座混凝土水閘使用23年，腐蝕破壞87%。我國人民大會堂，因在1959年建造時摻加了氯鹽作為防凍劑，梁柱中鋼筋腐蝕嚴重，在1994-1995年的大修中，梁的修復費為1300元/m，總修復費用達上億元。建于1979年的北京西直門立交橋，由于撒除冰鹽造成的“鹽害”導致鋼筋銹蝕，于1999年拆除重建，重修費用為3000萬元。英國統(tǒng)計了 271個混凝土結構劣化破壞事例，就引起破壞的原因與發(fā)生頻率而言，鋼筋銹蝕占全部事例的55%，是引起鋼筋混凝土結構破壞的主要因素。其中，環(huán)境中氯鹽的污染引起鋼筋銹蝕占全部破壞事例的33%，屬首要破壞因素。由此可見，開展鋼筋銹蝕的防治研究，尤其對服役期間且正遭受氯離子侵害作用的鋼筋混凝土，采取技術上可行、經濟上合理的防銹和修復方法的研究具有重大的社會和經濟價值。針對鋼筋銹蝕問題，工程上一般采用“以防為主”的措施，如提高混凝土密實性、摻摻合料、鋼筋表面涂層、陰極保護、摻阻銹劑等，各種方法具體可以分為電化學方法和非電化學方法。電化學方法包括陰極保護、電化學除鹽和再堿化；非電化學方法包括補丁修補、涂層防護、阻銹劑和特種鋼筋。但是電化學方法存在以下缺點(1)需要配備輔助裝置，如電極、蓄電池等；(2)勞動強度大，成本高；(3)容易導致更加危險的“二次腐蝕”。非電化學方法也存在如下缺點(1)只能在新拌混凝土中加入，對于已建混凝土結構無效；(2)不是無損修復，修復后影響外觀；(3)阻銹劑由低擴散性的無機阻銹劑構成，在混凝土中遷移速度過慢；(4)阻銹劑本身存在對環(huán)境的負面影響，如亞硝酸鈉的生物毒性與致癌性。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法，本發(fā)明的阻銹劑既能應用于新建混凝土結構，又能應用于已建混凝土結構的鋼筋修復；屬于無損修復，遷移速度快且環(huán)境友好。本發(fā)明的另一目的在于提供實現(xiàn)上述陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法的制備裝置。本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)一種陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法，包括以下步驟( I)利用C5 C18的脂肪酸與二乙烯三胺合成咪唑啉；(2)將摩爾比為I :(1. O I. 2)咪唑啉與季銨化試劑，在溫度為70 90°C、pH值3 4的條件下進行陽離子化反應，反應時間為6 8h，得到陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑。步驟(I)所述利用C5 C18的脂肪酸與二乙烯三胺合成咪唑啉，具體為將摩爾比為(I. O I. 3): I的C5 C18的脂肪酸和二乙烯三胺，依次在140 170°C下經2 4h的酰化反應、在180 210°C下經15 18h的環(huán)化反應，合成咪唑啉。步驟(2)所述季銨化試劑為氯乙酸鈉、環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧乙烷、氯乙酸乙醇銨鹽、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉中的任意一種。步驟(I)及步驟(2)的反應過程中均通入氮氣。實現(xiàn)上述陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法的裝置，包括燒瓶、磁力攪拌器，還包括分水器和冷凝器；所述燒瓶的第一燒瓶口與分水器的一端與連接，所述冷凝器設于分水器之上，與分水器的另一端連接。所述分水器中裝有二甲苯，二甲苯的液面低于分水器的伸出彎管的下端5_。所述燒瓶的第二燒瓶口與氮氣供氣管相連通。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的具有以下優(yōu)點和有益效果(I)本發(fā)明制備的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑，既能應用于新建混凝土結構，又能應用于已建混凝土結構的鋼筋修復，技術施工勞動強度較低，成本較小，屬于無損修復，修復結束后不影響外觀；能有效避免電化學鋼筋修復過程中危險的“二次腐蝕”傾向。(2)本發(fā)明的制備的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑由高遷移性的帶電荷有機物構成，用作混凝土鋼筋阻銹劑時，能在電場作用下能夠快速遷移到鋼筋表面，吸附、生成保護膜；對含高濃度氯鹽(3. 5%，質量分數(shù))模擬混凝土孔溶液中鋼筋銹蝕的緩蝕率超過40%，40V電場作用15天可遷移滲透至混凝土內部50mm深處。(3)本發(fā)明的制備的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑沒有生物毒性，對環(huán)境無害。(4)本發(fā)明的制備的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑長期靜置溶液不分層，化學性質穩(wěn)定，不易變質。(5)本發(fā)明的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備裝置簡單，容易實現(xiàn)，合成效果好，副產物少、產物純度高，產率達95%以上。


圖I為本發(fā)明的實施例制備的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的裝置不意圖；圖中示出1_集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，2-攪拌子，3-三口燒瓶，4-分水器，5-冷凝管，6-鐵架臺，7-冷卻水進口，8-冷卻水出口，9-洗氣瓶接口，10-氮氣進氣口。圖2為本發(fā)明的實施例制備的咪唑啉的紅外光譜圖。圖3為本發(fā)明的實施例制備的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的紅外光譜圖。圖4為本發(fā)明的實施例制備的遷移性能實驗裝置；圖中示出11-穩(wěn)壓直流電源，12-試驗模具，13-硫化橡膠墊和銅網(wǎng)；14_混凝土試塊(Φ 100X50mm), 15-0. 6mol/LNa0H(接陰極)，16_6mol/L陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑(接陽極)，17-標準電阻，18-電壓表。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例I如圖I所示，本實施例制備陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的裝置，包括鐵架臺6、三口燒瓶3、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器1，還包括分水器4和冷凝器5 ；所述三口燒瓶3的第一燒瓶口與分水器4的一端與連接，所述冷凝器5設于分水器4之上，與分水器4的另一端連接；三口燒瓶3的第二燒瓶口為氮氣進氣口 10，與氮氣供氣管相連通，三口燒瓶3的第三燒瓶口密封；所述分水器4中裝有二甲苯，二甲苯的液面低于分水器的伸出彎管的下端5mm。本實施例制備陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的方法，包括以下步驟(I)以摩爾比為I. 3 1的戊酸和二乙烯三胺，依次在160°C下經2h的?；磻⒃?90°C下經18h的環(huán)化反應，合成咪唑啉；反應過程中通入氮氣。(2)將摩爾比為I :1. 2的咪唑啉與氯乙酸鈉，在溫度為90°C、pH值3的條件下進行陽離子化反應，通入氮氣，反應時間為6h，即得到陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑，具有以下分子結構
A
R-C-TN-R'
I
CH2COO-其中，R，R’分別表示 CH3 (CH2) 3_，-CH2CH2NHCO(CH2) 3CH3。本實施例的步驟(I)制備的咪唑啉的紅外光譜圖如圖2中的譜線I所示。由圖可知，產物在ieoocnr1有較強的吸收峰，這是咪唑啉環(huán)的紅外光譜吸收特征峰，故可證明，制備的產物確實是咪唑啉。另由產物的紅外吸收光譜結合文獻資料可知，3304CHT1是N-H的伸縮振動峰(仲胺)，羧酸里O-H的伸縮振動峰和二甲苯的苯環(huán)伸縮振動峰的疊加；307201^是N-H的伸縮振動峰和烯烴里C-H的伸縮振動峰的疊加；2922，2852cm_1分別是-CH2的反稱與對稱伸縮振動峰與甲基的不對稱振動峰1467(^-1是-CH3彎曲振動峰和二甲苯的苯環(huán)伸縮振動峰的疊加。本實施例的步驟(2)兩性偏陽離子型咪唑啉的紅外光譜圖如圖3中的譜線I所示。由圖I可知，在1600CHT1處都存在咪唑啉環(huán)紅外特征吸收峰，可知產物中含有咪唑啉環(huán)目標基團；且在2070CHT1處都存在的季銨鹽特征吸收峰，故可知產物中都含有咪唑啉季銨鹽目標基團。綜上可知，目標分子內部同時包含有咪唑啉環(huán)與季銨鹽基團，證明其為目標產物咪唑啉季銨鹽。采用本實施例制備的咪唑啉季銨鹽做鋼筋混凝土阻繡劑，其具體過程如下在混凝土表面布置陽極材料，以鋼筋為陰極，在電場作用下將陽離子電遷移性鋼筋阻銹劑驅動進入混凝土內部，同時將混凝土內部誘發(fā)鋼筋銹蝕的氯離子等驅趕出混凝土內部。測試過程如下采用直徑為8mm的Q235建筑用鋼筋，經600#、1000#、1200#砂紙逐級打磨后丙酮洗去表面油污，置于真空干燥箱中備用。實驗腐蝕成分選用3. 5%的氯化鈉(NaCl)溶液。模擬混凝土孔溶液模擬建筑工程常用C30混凝土孔溶液，其所含離子成分具體如表3所示表3C30混凝土孔溶液離子濃度
權利要求
1.陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)利用C5 C18的脂肪酸與二乙烯三胺合成咪唑啉； (2)將摩爾比為I:(1.0 I. 2)咪唑啉與季銨化試劑，在溫度為70 90°C、pH值3 4的條件下進行陽離子化反應，反應時間為6 8h，得到陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑。
2.根據(jù)權利要求I所述的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述利用C5 C18的脂肪酸與二乙烯三胺合成咪唑啉，具體為 將摩爾比為(I. O I. 3):1的C5 C18的脂肪酸和二乙烯三胺，依次在140 170°C下經2 4h的?；磻?、在180 210°C下經15 18h的環(huán)化反應，合成咪唑啉。
3.根據(jù)權利要求I所述的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述季銨化試劑為氯乙酸鈉、環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧乙烷、氯乙酸乙醇銨鹽、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉中的任意一種。
4.根據(jù)權利要求I所述的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法，其特征在于，步驟(I)及步驟(2)的反應過程中均通入氮氣。
5.實現(xiàn)權利要求I所述陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法的制備裝置，包括燒瓶、磁力攪拌器，其特征在于，還包括分水器和冷凝器； 所述燒瓶的第一燒瓶口與分水器的一端與連接，所述冷凝器設于分水器之上，與分水器的另一端連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的制備裝置，其特征在于，所述分水器中裝有二甲苯，二甲苯的液面低于分水器的伸出彎管的下端5mm。
7.根據(jù)權利要求5所述的制備裝置，其特征在于，所述燒瓶的第二燒瓶口與氮氣供氣管相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑的制備方法，包括以下步驟(1)利用C5～C18的脂肪酸與二乙烯三胺合成咪唑啉；(2)將摩爾比為1(1.0～1.2)咪唑啉與季銨化試劑(氯乙酸鈉、環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧乙烷、氯乙酸乙醇銨鹽、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉等)，在溫度為70～90℃、pH值3～4的條件下進行陽離子化反應，反應時間為6～8h，得到陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑。本發(fā)明的陽離子型電遷移性咪唑啉系混凝土鋼筋阻銹劑，既能應用于新建混凝土結構，又能應用于已建混凝土結構的鋼筋修復；屬于無損修復，遷移速度快且環(huán)境友好。
文檔編號C07D233/18GK102924378SQ20121042479
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者韋江雄, 費飛龍, 余其俊, 艾志勇, 胡捷 申請人:華南理工大學