一種新型鋼筋阻銹劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型鋼筋阻銹劑，具體包括一種羥基酰胺類(lèi)化合物、及其與有機(jī) 羧酸或有機(jī)羧酸鹽的組合物作為鋼筋阻銹劑的應(yīng)用，屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼筋混凝土作為最主要的土木工程結(jié)構(gòu)，建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大。然而，隨著全球氣候 變化以及混凝土服役環(huán)境的日趨惡劣，混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞將給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的損 失。這其中鋼筋銹蝕作為混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕破壞的主要原因，已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外科技工作者的 廣泛關(guān)注。而鋼筋阻銹劑被認(rèn)為是解決這一問(wèn)題有效，經(jīng)濟(jì)且方便的方法之一。
[0003] 鋼筋阻銹劑主要分為無(wú)機(jī)阻銹和有機(jī)阻銹劑。無(wú)機(jī)阻銹劑主要包括亞硝酸鹽、鉻 酸鹽等，形成較為成熟產(chǎn)品的主要是亞硝酸鹽類(lèi)鋼筋阻銹劑。專利US 6340438和US 5527388中曾報(bào)道亞硝酸鹽具有明顯的腐蝕抑制效果。但該類(lèi)物質(zhì)本身具有毒性以及使用 不當(dāng)可能導(dǎo)致的腐蝕加速等缺陷，歐洲大部分國(guó)家已明確禁止其在基礎(chǔ)設(shè)施和海洋工程建 設(shè)中作為阻銹劑使用。
[0004] 有機(jī)阻銹劑主要包括有機(jī)胺、醇胺、有機(jī)酸或酯等，由于其自身具有的環(huán)保、高效 以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，目前已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，正逐步成為替代亞硝酸鹽的新 型阻銹劑。如專利US5916483和EP34807中提到將有機(jī)胺或醇胺與無(wú)機(jī)或有機(jī)酸的反應(yīng)物摻 入到水泥基材料應(yīng)用，并證實(shí)了其具有較好的阻銹效果。此類(lèi)有機(jī)物主要通過(guò)N、0雜原子基 團(tuán)在鋼筋表面吸附，排除吸附的氯離子，從而起到阻銹作用。然而，這類(lèi)分子通常具有較高 的飽和蒸汽壓，極易揮發(fā)，使用過(guò)程中有效利用率低。ZL20081010234924.2報(bào)道了一種無(wú)堿 非亞硝酸鹽混凝土鋼筋阻銹劑，主要為葡萄糖酸鋅、硅酸鋰以及苯甲酸銨和低分子量(醇） 胺類(lèi)混合物，這些物質(zhì)的簡(jiǎn)單混合并不會(huì)對(duì)其各自的吸附能力有明顯的增強(qiáng)作用。此外，目 前使用的阻銹劑多對(duì)氯離子腐蝕具有一定的抑制作用，對(duì)于受碳化引起的鋼筋銹蝕作用效 果較弱。我們的研究也發(fā)現(xiàn)，目前通用的醇胺型阻銹劑分子不僅對(duì)臨界氯離子濃度提升效 果不夠明顯，同時(shí)很難有效抑制碳化對(duì)鋼筋的腐蝕加速。有必要研究和開(kāi)發(fā)一種新型鋼筋 阻銹劑，不僅能明顯抑制氯鹽導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，提升臨界氯離子濃度；同時(shí)還能有效預(yù)防碳 化或碳化和氯鹽耦合導(dǎo)致的鋼筋銹蝕加速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種新型鋼筋阻銹劑，使其應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中時(shí)，不 僅能夠有效抵御高濃度侵蝕性離子(cr等)對(duì)鋼筋鈍化膜的破壞，也能有效抵御C0 2等酸性 介質(zhì)對(duì)鋼筋的銹蝕。同時(shí)解決低分子量醇胺存在的吸附能力弱及揮發(fā)性大等問(wèn)題，有效提 升阻銹劑的阻銹效率和抗離子腐蝕能力、擴(kuò)大阻銹劑的應(yīng)用范圍。
[0006] 本發(fā)明的新型鋼筋阻銹劑，包括一種具有羥基酰胺結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物、及其與有 機(jī)羧酸或有機(jī)羧酸鹽的組合物。
[0007] 其中的羥基酰胺，因其綠色環(huán)保、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)，目前已成為金屬抗c〇2、酸或鹽腐蝕的研究熱點(diǎn)。但該類(lèi)物質(zhì)在混凝土體系中對(duì)鋼筋腐 蝕的抑制還未見(jiàn)相關(guān)研究和報(bào)道。我們通過(guò)對(duì)該類(lèi)分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和調(diào)控，驚奇的發(fā)現(xiàn)無(wú) 論其在堿性氯鹽或碳化環(huán)境下均具有非常明顯的抑制鋼筋的腐蝕。尤其是具有多羥基結(jié)構(gòu) 的酰胺類(lèi)有機(jī)物，其自身具有的多羥基及阻擋層結(jié)構(gòu)，能夠更好的在鋼筋表面形成致密吸 附膜，大大提升不同腐蝕環(huán)境下鋼筋的耐腐蝕性能。同時(shí)，該類(lèi)有機(jī)物的分子量及物理性能 可調(diào)性大，能夠有效解決低分子醇胺吸附能力弱、揮發(fā)性大等弊端。此外，多羥基酰胺化合 物相比于現(xiàn)有的有機(jī)磷、高揮發(fā)性的有機(jī)醇胺更加環(huán)保、高效，應(yīng)用范圍更廣。
[0008] 本發(fā)明提供了一種新型鋼筋阻銹劑，所述鋼筋阻銹劑為具有羥基酰胺結(jié)構(gòu)的化合 物，所述的羥基酰胺結(jié)構(gòu)符合下述通式：
[0009]
[0010] 其中，m是〇到7的整數(shù)；當(dāng)辦與此基團(tuán)相同時(shí)，Ri可以選自甲基、乙基、丙基、丁基、輕 乙基；當(dāng)Ri為H、乙基羧基或乙基磺酸基時(shí)，R2是羥乙基或C原子數(shù)從4到18的烷基或芳基，并 且R 2不僅僅是直鏈烷基及芳基，也可以是帶有支鏈的烷基，烷芳基或芳烷基;R3是H、羥基或C 原子數(shù)從1到18的烷基或芳基。
[0011] 本發(fā)明所述鋼筋阻銹劑為具有通式(I)所述羥基酰胺結(jié)構(gòu)的化合物與有機(jī)羧酸或 有機(jī)羧酸鹽的組合物，所述有機(jī)羧酸的結(jié)構(gòu)符合下述通式：
[0012]
[0013]其中，m是0到7的整數(shù);R3是H、羥基或C原子數(shù)從1到18的烷基或芳基；
[0014] 所述有機(jī)羧酸鹽為符合結(jié)構(gòu)式（II)的有機(jī)羧酸與無(wú)機(jī)堿、有機(jī)胺、有機(jī)醇胺中至 少一種或任意兩種反應(yīng)所成的鹽；
[0015] 同時(shí)通過(guò)研究也發(fā)現(xiàn)，所述的組合物中羥基酰胺化合物與有機(jī)羧酸或有機(jī)羧酸鹽 的配比為:羥基酰胺占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%~35%，有機(jī)羧酸或鹽占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0%~45%， 余量為水。
[0016] 優(yōu)選地，所述的組合物中羥基酰胺化合物與有機(jī)羧酸或有機(jī)羧酸鹽的配比為:羥 基酰胺占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%~25%，有機(jī)羧酸或鹽占1 %~25%，余量為水。
[0017 ]更進(jìn)一步的優(yōu)選，m為0、1、4或5。通過(guò)合適的羥基數(shù)量與結(jié)構(gòu)中其他基團(tuán)的調(diào)控， 能夠很好的增強(qiáng)阻銹劑在鋼筋表面的吸附。在此基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)R4PR2基團(tuán)，能夠更好的增強(qiáng) 吸附膜的致密性和穩(wěn)定性。
[0018] 其中，辦與此相同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選基團(tuán)為甲基或羥乙基。
[0019] 心為!1時(shí)，R2進(jìn)一步的優(yōu)選基團(tuán)為羥乙基、苯基、環(huán)己基、辛基或月桂基。而R3進(jìn)一步 的優(yōu)選基團(tuán)為H、甲基或羥基。
[0020] 此外，我們通過(guò)大量的電化學(xué)試驗(yàn)研究，也發(fā)現(xiàn)具有羥基酰胺結(jié)構(gòu)的化合物主要 通過(guò)強(qiáng)吸附作用，抑制鋼筋表面陰極區(qū)電化學(xué)反應(yīng)，而當(dāng)其與具有一定陽(yáng)極抑制作用的有 機(jī)羧酸或有機(jī)羧酸鹽組合時(shí)，阻銹劑的阻銹效率還能夠顯著的提升，起到很好的協(xié)同提升 效果。
[0021 ] 所述無(wú)機(jī)堿包括似0!1、1(0!1、〇3(0!〇2、211(0!〇2工6(0!〇3，進(jìn)一步優(yōu)選的的無(wú)機(jī)堿為 Na0H，K0H或Ce(0H)3;所述有機(jī)胺包括C原子數(shù)從0到18的脂肪族和芳香族有機(jī)胺，進(jìn)一步優(yōu) 選的碳原子數(shù)為〇到12的脂肪族有機(jī)胺；有機(jī)醇胺為HOCH 2CH2NH2，（HOCH2CH2) 2NH， (HOCH2CH2) 3N, HOCH2CH2 (CH3) 2N, HOCH2 (CH3) 2CNH2 〇
[0022] 本發(fā)明的阻銹劑實(shí)施方便，且制備的羥基酰胺類(lèi)化合物、及其與有機(jī)羧酸或有機(jī) 羧酸鹽的組合物綠色環(huán)保、應(yīng)用范圍廣，作用效果優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。既可以作為摻入型阻銹劑使 用，也可以作為表面涂覆型阻銹劑應(yīng)用。其中，作為摻入型應(yīng)用，對(duì)混凝土性能無(wú)明顯負(fù)面 影響，阻銹劑摻量相對(duì)膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 05%~4%。作為表面涂覆型阻銹劑使用， 滲透性能優(yōu)異，混凝土表面涂覆量為2~6m2/kg。
[0023] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:采用全新的羥基酰胺分子作為鋼筋阻銹劑主要成分使用，所 設(shè)計(jì)的分子中帶有多個(gè)羥基、羰基以及氨基等雜原子基團(tuán)，一方面增加分子吸附中心數(shù)，更 好的在鋼筋表面形成吸附，提高鋼筋表面雙電層電阻及電容，降低表面電子的轉(zhuǎn)移，從而有 效抑制鋼筋表面發(fā)生腐蝕的氧化還原反應(yīng)。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪酸中非極性基團(tuán)的大小，可 以形成致密阻擋層，提高吸附分子在鋼筋表面的疏水能力。分子結(jié)構(gòu)中極性基團(tuán)吸附于鋼 筋表面后，非極性疏水基團(tuán)交錯(cuò)覆蓋于鋼筋表面，減少環(huán)境中有害離子向鋼筋表面的滲透， 從而提高鋼筋的耐腐蝕性能。
[0024]具體實(shí)施例方式 [0025] 表1分子結(jié)構(gòu)
[0026]
[0027] 為了更充分的解釋本發(fā)明的實(shí)施，提供下述羥基酰胺類(lèi)鋼筋阻銹劑及相關(guān)制備實(shí) 施例。這些實(shí)施例僅僅是解釋，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] -種新型鋼筋阻銹劑，所述鋼筋阻銹劑為具有羥基酰胺結(jié)構(gòu)的化合物，結(jié)構(gòu)于表1 中A(N，N-二甲基葡糖糖酰胺)所示，對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)式（I)中R 3為羥基，!11=4，1?1與1?2均為甲基。將 結(jié)構(gòu)式A配制成20%水溶液后得到所述的羥基酰胺類(lèi)新型鋼筋阻銹劑，標(biāo)記為S1。
[0030] 實(shí)施例2
[0031 ] -種新型鋼筋阻銹劑，所述鋼筋阻銹劑為具有羥基酰胺結(jié)構(gòu)的化合物與有機(jī)羧酸 的組合物，其中羥基酰胺為N-苯基葡萄糖酰胺，結(jié)構(gòu)于表1中B所示，對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)為式（I)中 R3為羥基，111=4，1?1為!1，