混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑及其制備方法，所述混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的分子結(jié)構(gòu)同時(shí)具備羧酸基團(tuán)、甲基基團(tuán)群、磺酸基團(tuán)，且含有鐵鋁雙鹽相。其制備方法為三種組分發(fā)生自由基無(wú)規(guī)共聚后再與第四種組分混合。本發(fā)明能顯著提升水泥混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力，降低混凝土在硫酸鹽環(huán)境下發(fā)生表面脹裂、剝落、強(qiáng)度下降的風(fēng)險(xiǎn)，施工方便、經(jīng)濟(jì)效益明顯。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于硫酸鹽腐蝕環(huán)境下服役的港口、碼頭、廠房、污水處理、隧道、道路、橋梁、民用建筑等混凝土工程。
【專利說(shuō)明】混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水泥混凝土外加劑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，外加劑已成為現(xiàn)代混凝土不可或缺的重要組成部分，利用混凝土外加劑提升混凝土耐久性能成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)?？沽蛩猁}類防腐劑對(duì)保障與提升服役于化學(xué)侵蝕地區(qū)混凝土的耐久性能至關(guān)重要 。
[0003]現(xiàn)階段混凝土抗硫酸鹽類防腐劑主要為礦物外加劑，由不同類型的礦物摻合料按一定比例混合而成，通過(guò)降低混凝土膠凝體系中鋁酸三鈣、硅酸三鈣的含量并提升密實(shí)程度達(dá)到防腐的目的。但此類防腐劑并未從根本上阻止腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，只能在某種程度上延緩膨脹腐蝕產(chǎn)物的生成，在長(zhǎng)期腐蝕作用下，混凝土仍存在性能劣化風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)化學(xué)外加劑方式實(shí)現(xiàn)混凝土的抗硫酸鹽腐蝕是未來(lái)發(fā)展的方向，有機(jī)磷酸鹽、多元醇磷酸酯或高分子電解質(zhì)可作為硫酸鹽作用下鈣礬石生成抑制劑，但鈣礬石只是腐蝕膨脹產(chǎn)物之一，硫酸鹽自身的結(jié)晶膨脹是造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞的另一重要因素，鈣礬石生成抑制劑并不能完全阻止腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。
[0004]專利CN101786731B中提到了一種醚基衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑及其制法，但此種阻垢劑主要在金屬防腐領(lǐng)域應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明其對(duì)混凝土的正常水化產(chǎn)物結(jié)晶也有阻止作用，對(duì)混凝土力學(xué)性能發(fā)展存在負(fù)面影響，混凝土 28天抗壓強(qiáng)度下降60%，不能選擇性地抑制混凝土硫酸鹽腐蝕膨脹產(chǎn)物的生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有混凝土抗硫酸鹽腐蝕技術(shù)的不足，提供一種具有消除硫酸鹽腐蝕后鈣礬石膨脹與鹽結(jié)晶膨脹破壞，且不影響混凝土膠凝體系中水化產(chǎn)物正常結(jié)晶生成的選擇性結(jié)晶抑制劑及其制備方法。
[0006]本發(fā)明提出一種具有選擇性結(jié)晶抑制作用的外加劑，通過(guò)全新的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與物理化學(xué)組合，使其能夠在混凝土膠凝體系中對(duì)鈣礬石以及硫酸鹽類結(jié)晶的生成均有抑制作用，且不影響氫氧化鈣等正常水化產(chǎn)物晶體的生成，真正實(shí)現(xiàn)從化學(xué)反應(yīng)層面阻止膨脹破壞的發(fā)生，且保障混凝土基本性能發(fā)展不受影響。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑，所述混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的分子結(jié)構(gòu)同時(shí)具備羧酸基團(tuán)、甲基基團(tuán)群、磺酸基團(tuán)，且含有鐵招雙鹽相。
[0008]所述混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑由A、B、C組分經(jīng)自由基共聚反應(yīng)獲得無(wú)規(guī)共聚物后，再與D組分混合制得。
[0009]其中所述的A組分由下列重量配比的組分組成:天冬氨酸20-40份、還原劑7-12份、去離子水15-18份，其中所述的還原劑為亞硫酸鈉或硫酸亞鐵；[0010]其中所述的B組分由下列重量配比的組分組成:甲基丙烯酸8-10份、氧化劑13-15份，其中所述的氧化劑為過(guò)硫酸銨或過(guò)硫酸鈉；
[0011]其中所述的C組分由下列重量配比的組分組成:2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸
2-4份、堿性組分12-14份，其中所述的堿性組分為氫氧化鉀或氫氧化鈉；
[0012]其中所述的D組分由下列重量配比的組分組成:硝酸亞鐵2-4份、硫酸鋁鉀1-3份。
[0013]硫酸鹽腐蝕引發(fā)的混凝土破壞主要由鈣礬石以及硫酸鹽晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的體積膨脹造成，鈣礬石以及硫酸鹽晶體顆粒的聚集與晶格生長(zhǎng)是產(chǎn)生體積膨脹的主要原因。
[0014]A組分中的天冬氨酸為混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑提供羧酸基團(tuán)，羧酸基團(tuán)在混凝土膠凝體系中因離子化產(chǎn)生的遷移性反離子脫離高分子鏈區(qū)向孔溶液中擴(kuò)散，分子鏈形成帶電荷的聚離子與新生成的鈣礬石與硫酸鹽微晶碰撞，發(fā)生物理和化學(xué)吸附，使晶體顆粒分散；
[0015]B組分中的甲基丙烯酸為混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑提供甲基基團(tuán)群，甲基群電子的推力及某些立體效應(yīng)作用，可在鈣礬石或硫酸鹽晶體的晶格中對(duì)金屬陽(yáng)離子進(jìn)行占位，抑制晶格的正常生長(zhǎng)；
[0016]A、B組分中的氧化劑與還原劑是保障混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑制備過(guò)程中自由基聚合反應(yīng)發(fā)生的引發(fā)劑；
[0017]C組分中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸是優(yōu)異的有機(jī)中間體，對(duì)于混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑中的鐵鋁雙鹽有穩(wěn)定分散作用，不至于團(tuán)聚，堿性組分主要起調(diào)節(jié)PH值作用，滿足混凝土體系的堿性需求；
[0018]D組分中的鐵離子與鋁離子與混凝土膠凝體系中的氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)，形成凝膠物質(zhì)堵塞毛細(xì)孔，提升基體的密實(shí)程度。
[0019]采用上述四種組分制備的混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑摻入混凝土中，可在5%Na2S04腐蝕環(huán)境下，降低混凝土試件的力學(xué)性能損失，減小腐蝕膨脹的產(chǎn)生，且不影響氫氧化鈣等正常水化結(jié)晶產(chǎn)物的生成。混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑主要通過(guò)帶電荷的羧酸基聚離子以及甲基群電子共同作用，在硫酸鹽腐蝕反應(yīng)發(fā)生過(guò)程中，使初始生成的鈣礬石和硫酸鹽晶體顆粒分散不聚集，并通過(guò)對(duì)金屬陽(yáng)離子占位阻礙腐蝕產(chǎn)物晶格的生長(zhǎng)，防止膨脹破壞的產(chǎn)生，此外，通過(guò)凝膠物質(zhì)封堵硫酸鹽滲入混凝土內(nèi)部的孔道，阻止腐蝕反應(yīng)的發(fā)生；在此過(guò)程中對(duì)混凝土膠凝體系水化過(guò)程中的常規(guī)堿性物質(zhì)晶體的生成不發(fā)生負(fù)面影響，從而實(shí)現(xiàn)混凝土抗硫酸鹽腐蝕破壞的選擇性抑制。
[0020]本發(fā)明所述的混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的制備方法，包括下述步驟:
[0021](I)將A、B、C、D組分按各自組成的重量份數(shù)稱量；
[0022](2)將A組分溶液加熱至100°C，保持?jǐn)嚢杷俾?0r/min，向其中同時(shí)滴加入B、C組分，控制2h~3h滴加完畢，在105~110°C繼續(xù)反應(yīng)2h，停止加熱，向反應(yīng)溶液中加入D組分，保持?jǐn)嚢杷俾什蛔?，自然冷卻后得到混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑。
[0023]本發(fā)明采用化學(xué)合成而非物理復(fù)配制備出選擇性結(jié)晶抑制材料，從化學(xué)反應(yīng)層面有效抑制結(jié)晶腐蝕產(chǎn)物的生成，大大提升了混凝土的防腐蝕能力。工藝簡(jiǎn)單，易于操作?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0024]混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑對(duì)混凝土中鈣礬石及硫酸鹽結(jié)晶的抑制效果按照《混凝土抗硫酸類侵蝕防腐劑》(JCT1011-2006)中所提及的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)抗蝕系數(shù)、膨脹系數(shù)進(jìn)行評(píng)定。
[0025]混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的選擇性結(jié)晶抑制效果采用熱重法(TG-DSC)進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)混凝土膠凝體系中氫氧化鈣結(jié)晶生成量進(jìn)行評(píng)定。具體實(shí)驗(yàn)方法:將摻與不摻抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的混凝土試樣養(yǎng)護(hù)到實(shí)驗(yàn)齡期后壓碎，取內(nèi)部水泥石樣品浸泡于無(wú)水乙醇中以終止水化并在無(wú)水乙醇中用瑪瑙研磨并真空抽濾；將樣品放置在真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行50°C真空干燥，干燥4小時(shí)；采用差式同步熱分析儀(型號(hào):SDTQ600，制造商:美國(guó)TA公司)進(jìn)行熱分析，在300°C~600°C的溫度范圍內(nèi)測(cè)得水化形成的氫氧化鈣晶體生成量的變化。
[0026]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0027]實(shí)施例1原材料組成如下:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑，其特征在于:所述混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的分子結(jié)構(gòu)同時(shí)具備羧酸基團(tuán)、甲基基團(tuán)群、磺酸基團(tuán)，且含有鐵鋁雙鹽相。
2.權(quán)利要求1所述混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的制備方法，其特征在于:所述混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑由A、B、C組分經(jīng)自由基共聚反應(yīng)獲得無(wú)規(guī)共聚物后，再與D組分混合制得；以重量份數(shù)計(jì)， 所述的A組分由下列組分組成:天冬氨酸20-40份、還原劑7-12份、去離子水15-18份，其中所述的還原劑為亞硫酸鈉或硫酸亞鐵； 所述的B組分由下列組分組成:甲基丙烯酸8-10份、氧化劑13-15份，其中所述的氧化劑為過(guò)硫酸銨或過(guò)硫酸鈉； 所述的C組分由下列組分組成:2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2-4份、堿性組分12-14份，其中所述的堿性組分為氫氧化鉀或氫氧化鈉； 所述的D組分由下列組分組成:硝酸亞鐵2-4份、硫酸鋁鉀1-3份。
3.權(quán)利要求1所述的混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑的其制備方法，其特征在于包括下屬步驟: (1)將A、B、C、D組分按各自組成的重量百分比稱量，混合攪拌均勻； (2)將A組分溶液加熱至100°C，保持?jǐn)嚢杷俾?0r/min，向其中同時(shí)滴加入B、C組分，控制2tT3h滴加完畢，在105~110°C繼續(xù)反應(yīng)2h，停止加熱，向反應(yīng)溶液中加入D組分，保持?jǐn)嚢杷俾什蛔?，自然冷卻后得到混凝土抗硫酸鹽腐蝕選擇性結(jié)晶抑制劑。
【文檔編號(hào)】C04B24/16GK103641355SQ201310667634
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】石亮, 劉加平, 劉建忠, 吳燁 申請(qǐng)人:江蘇博特新材料有限公司, 江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司