專利名稱：可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電砂漿材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)領(lǐng)域，涉及金屬腐蝕防護(hù)，尤其是對(duì)暴露于空氣中的鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)所用的一種導(dǎo)電砂漿材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕已越來(lái)越受人們的關(guān)注，如海工結(jié)構(gòu)及撒除 冰鹽的道路、橋梁等結(jié)構(gòu)中。其主要誘因是氯離子的侵蝕以及混凝土內(nèi)部孔隙液pH值的下降。為解決這個(gè)問(wèn)題，人們采取過(guò)許多措施，如優(yōu)化混凝土品質(zhì)、對(duì)鋼表面進(jìn)行涂覆、加入阻銹劑等等，但效果均不理想。陰極保護(hù)被認(rèn)為是一 種有效阻止鋼筋進(jìn)一步腐蝕的電化學(xué)辦法，它的特點(diǎn)在于治本而不僅是治標(biāo)。最早的鋪覆型陽(yáng)極應(yīng)用始于美國(guó)的Stmtfull，他采用攤鋪一層瀝青焦炭屑作為 導(dǎo)電層，內(nèi)埋硅鐵塊作為主陽(yáng)極，對(duì)某一 300m2的橋面板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了陰極保護(hù)。 具體實(shí)施方案可參考文獻(xiàn)R. F. Stratfull. Experimental cathodic protection of a bridge deck. Transport Research Record, NO. 500， 1974. 然而這種導(dǎo)電層的電阻率較高，大于25Q，cm。同時(shí)由于混合物砂漿強(qiáng)度低， 上表面必須再鋪一層5cm厚的瀝青磨耗層。隨后出現(xiàn)的還有延展式惰性金屬網(wǎng)材料以及導(dǎo)電聚合物鋪覆材料。反映以 上現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)可參考1. C. J. Mudd, G. L. Mussinelli， M. Tettamanti， et al. New developments in mixed metal oxide activated net for cathodic protection of steel in concrete. Corrosion/89, Paper NO.109， NACE， Houston, 1989. 2. K. Darowicki， J. 0rlikowski， S. Cebulski， et al. Conducting coating as anodes in cathodic protection. Progress in organic coating, 2003， 46(3): 191~196.但是采用惰性金屬網(wǎng)材料的價(jià)格十分昂貴， 并且會(huì)給被保護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)額外負(fù)重。導(dǎo)電聚合物陽(yáng)極材料耐磨性差，熱膨脹系 數(shù)高，而且由于其易受電解產(chǎn)生的酸性氣體攻擊，不能長(zhǎng)期提供有效保護(hù)電流 密度。另外，這些方案對(duì)鋼筋混凝土的底面和側(cè)面均不適用，安裝也較為困難。 因此，目前大量釆用的仍然是沿用傳統(tǒng)的鑿除已銹蝕破壞部分的混凝土，再噴 射水泥砂漿予以修補(bǔ)的辦法，但無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種同時(shí)具備高強(qiáng)度、低電阻率的可用于鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)中陰極保護(hù)用的導(dǎo)電砂漿層材料及其制備方法，能夠經(jīng)濟(jì)有效地生產(chǎn)并能 方便地鋪覆于被保護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面，以及側(cè)面和底面，同時(shí)還能夠長(zhǎng) 期提供所需的保護(hù)電流密度并使其均勻分布于被保護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋網(wǎng)上。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案選用聚丙烯腈基碳纖維作為 導(dǎo)電砂漿中的導(dǎo)電組分。碳纖維不僅能大幅度降低砂漿層的電阻率，同時(shí)能有 效提高導(dǎo)電層自身的強(qiáng)度和韌性，改善其機(jī)械力學(xué)性能。并且由于碳纖維自身 的電化學(xué)惰性，可以保持陽(yáng)極材料較長(zhǎng)的使用壽命。另外，盡管碳纖維在這種 陽(yáng)極材料體系中為價(jià)格最昂貴的組分，但由于其長(zhǎng)徑比較高，只需要摻入少量 即可實(shí)現(xiàn)低電阻率和高強(qiáng)度的目的，因此仍然能夠保證這種陽(yáng)極材料自身的經(jīng) 濟(jì)性。本發(fā)明原料中，水泥、石英砂、硅粉，碳纖維及水五種組分按重量比的范圍為1: Cl 1.5): C0.1 0.2): (0.01(M).014): (0.45~0.55)。 一般取膠砂比為1:1， 即(水泥+硅粉)石英砂=1:1;水泥為42.5或以上強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥 或硅酸鹽水泥，采用的水泥強(qiáng)度等級(jí)不宜太低，因需要保證最終砂槳的各項(xiàng)強(qiáng) 度指標(biāo)；石英砂細(xì)度模數(shù)在2.55 2.65之間。硅粉當(dāng)中的Si02含量為96%，其粒 徑分布對(duì)材料強(qiáng)度及導(dǎo)電性有重要影響，要求其平均粒徑范圍在0.15 0.20之間。 碳纖維是聚丙烯腈基短切纖維，長(zhǎng)度控制在5mm 10mm。本發(fā)明制備方法是采用濕拌法工藝，試驗(yàn)證明在這種工藝下得到的導(dǎo)電砂 漿材料電學(xué)性能令人滿意。具體可參考文獻(xiàn)伍建平，姚武，劉小艷.導(dǎo)電水泥 基材料的制備及其電阻率測(cè)試方法研究.材料導(dǎo)報(bào)，2004， 18 (12): 85~87。制 備步驟如下按照配方比例稱取各原材料，首先在攪拌鍋中加入碳纖維和水， 開動(dòng)攪拌機(jī)預(yù)攪lmin對(duì)纖維進(jìn)行分散，并優(yōu)選添加占膠凝材料質(zhì)量為 0.2%~0.5%的甲基纖維素作為分散劑以提高分散效果。隨后依次加入水泥、硅粉、 石英砂進(jìn)行充分拌合，同時(shí)添加占膠凝材料質(zhì)量為0.8%~1.2%的減水劑(優(yōu)選 聚羧酸鹽)和占膠凝材料質(zhì)量為0.03%~0.05%的消泡劑(優(yōu)選磷酸三丁酯)以提高導(dǎo)電材料的流動(dòng)性并減少攪拌時(shí)產(chǎn)生的氣泡。最后攪拌約3min至組分均勻 即為本產(chǎn)品。將本發(fā)明的導(dǎo)電砂漿材料涂覆在需要進(jìn)行陰極保護(hù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表 面，經(jīng)試驗(yàn)證明，導(dǎo)電層具有較高的抗壓強(qiáng)度(45MPa 55MPa)和抗折強(qiáng)度 (8MPa 10MPa)，同時(shí)電阻率低(10Q'cm左右)。僅需要5mm 10mm的導(dǎo)電 層厚度即可保證電流均勻分布在整個(gè)鋼筋網(wǎng)上。本發(fā)明導(dǎo)電材料既可采用機(jī)械噴涂的方式對(duì)大面積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn) 行鋪覆，也可采用手工涂抹方式對(duì)結(jié)構(gòu)的底面或側(cè)面進(jìn)行涂覆，滿足了具有不 同外形構(gòu)造的結(jié)構(gòu)的需求。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的導(dǎo)電砂漿材料的制 備方法簡(jiǎn)單，且其抗壓及抗析強(qiáng)度高、電阻率低，同時(shí)可以方便的涂敷于鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)的表面、側(cè)面及地面，能夠長(zhǎng)期提供所需的保護(hù)電流密度并使其均 勻分布于被保護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋網(wǎng)上，防止鋼筋腐蝕。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。 可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中陰極保護(hù)用的導(dǎo)電砂漿材料，由水泥、石英砂、硅粉、碳纖維、水組成，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整配比，可以滿足不同的施工方式和使用環(huán)境。實(shí)施例1水泥 100 石英砂 110 硅粉 10 碳纖維1.0 水 55將上述組分按前述工藝制備得到導(dǎo)電砂漿材料，其流動(dòng)性大，凝結(jié)時(shí)間適 中，強(qiáng)度較高，電阻率低。采用機(jī)械噴涂方式鋪覆。在噴涂前將作為主陽(yáng)極的 活化鈦條固定于工作面上某一位置，然后進(jìn)行噴涂作業(yè)。 一次噴涂達(dá)到規(guī)定厚 度即可。適合于平面上較大面積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)。實(shí)施例2水泥 100石英砂 115硅粉 15碳纖維1.4水 50將上述組分按前述工藝制備得到導(dǎo)電砂漿材料，其流動(dòng)性適中，強(qiáng)度高， 粘結(jié)強(qiáng)度好，電阻率低。采用手工涂抹方式，可對(duì)特殊鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的底面 及側(cè)面進(jìn)行陰極保護(hù)。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用 本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改， 并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此， 本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明 做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電砂漿材料，其特征在于其主要包括水泥、石英砂、硅粉、碳纖維、水，各組分的重量配比如下水泥 100石英砂 100～150硅粉 10～20碳纖維 1.0～1.4水 45～55。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電砂漿材料，其特征在于取膠砂比為1:1，即(水 泥+硅粉)石英砂=1:1;水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5或以上的普通硅酸鹽水泥或硅 酸鹽水泥，石英砂的細(xì)度模數(shù)為2.55~2.65，硅粉的Si02含量為96%，平均 粒徑0.15~0.20，碳纖維為聚丙烯腈基短切碳纖維，長(zhǎng)度5mm 10mm。
3. 權(quán)利要求l所述的導(dǎo)電砂漿材料的制備方法，其特征在于按配比稱取所述 各原材料，先將碳纖維在水中進(jìn)行分散，再依次加入水泥、硅粉、石英砂， 充分?jǐn)嚢杈鶆颉?br> 4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)電砂漿材料的制備方法，其特征在于當(dāng)在水中對(duì) 碳纖維進(jìn)行分散時(shí)，添加少量的分散劑；加入水泥及硅粉時(shí)，添加適量減水 劑和消泡劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)電砂漿材料的制備方法，其特征在于所添加的分 散劑占膠凝材料質(zhì)量的0.2%~0.5%;所添加的減水劑占膠凝材料質(zhì)量的 0.8% 1.2%;所添加的消泡劑占膠凝材料質(zhì)量的0.03% 0.05%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)電砂漿材料的制備方法，其特征在于所述分散劑 選用甲基纖維素，減水劑選用聚羧酸鹽，消泡劑選用磷酸三丁酯。
7. 權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)電砂漿材料的應(yīng)用，其特征在于其覆蓋于鋼筋混 凝土結(jié)構(gòu)表面，通過(guò)外加電流對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)。
8. 根據(jù)權(quán)利6所述的導(dǎo)電砂漿材料的應(yīng)用，其特征在于可用人工涂抹或機(jī)械噴涂的施工方式，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面形成厚度為5mm 10mm的導(dǎo)電砂 漿層。
全文摘要
本發(fā)明一種可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中陰極保護(hù)用的導(dǎo)電砂漿材料，具體由水泥、石英砂、硅粉、碳纖維和水按一定重量配比制成，其涂敷于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面，通過(guò)外加電流對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于強(qiáng)度高、電阻率低、施工適應(yīng)性廣、成本經(jīng)濟(jì)合理，且能使結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)受到充分有效的保護(hù)。
文檔編號(hào)C04B14/06GK101306936SQ20081004020
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者武 姚, 晶 徐 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)