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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕防護(hù)領(lǐng)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(shù)：
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(diǎn)，被各個領(lǐng)域建筑工程普遍采用，并已經(jīng)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(xué)術(shù)會議上作的題為《混凝土耐久性一 50年進(jìn)展》的主題報告中指出“當(dāng)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(xué)作用?！睋?jù)《中國腐蝕調(diào)查報告》資料，我國2010年由于鋼筋腐蝕而導(dǎo)致的損失逾13000億元人民幣，約占國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)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(yán)重，在1994-1995年的大修中，梁的修復(fù)費(fèi)為1300元/m，總修復(fù)費(fèi)用達(dá)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(dǎo)致鋼筋銹蝕，于1999年拆除重建，重修費(fèi)用為3000萬元。英國統(tǒng)計了 271個混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的防銹和修復(fù)方法的研究具有重大的社會和經(jīng)濟(jì)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(shí)性、摻摻合料、鋼筋表面涂層、陰極保護(hù)、摻阻銹劑等，各種方法具體可以分為電化學(xué)方法和非電化學(xué)方法。電化學(xué)方法包括陰極保護(hù)、電化學(xué)除鹽和再堿化；非電化學(xué)方法包括補(bǔ)丁修補(bǔ)、涂層防護(hù)、阻銹劑和特種鋼筋。但是電化學(xué)方法存在以下缺點(diǎn)(1)需要配備輔助裝置，如電極、蓄電池等；(2)勞動強(qiáng)度大，成本高；(3)容易導(dǎo)致更加危險的“二次腐蝕”。非電化學(xué)方法也存在如下缺點(diǎn)(1)只能在新拌混凝土中加入，對于已建混凝土結(jié)構(gòu)無效；(2)不是無損修復(fù)，修復(fù)后影響外觀；(3)阻銹劑由低擴(kuò)散性的無機(jī)阻銹劑構(gòu)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(fù)面影響，如亞硝酸鈉的生物毒性與致癌性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)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(yīng)用于新建混凝土結(jié)構(gòu)，又能應(yīng)用于已建混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋修復(fù)；屬于無損修復(fù)，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(shí)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(shù)方案實(shí)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(jìn)行陽離子化反應(yīng)，反應(yīng)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(jīng)2 4h的酰化反應(yīng)、在180 210°C下經(jīng)15 18h的環(huán)化反應(yīng)，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(yīng)過程中均通入氮?dú)?。?shí)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(shè)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?dú)夤夤芟噙B通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有以下優(yōu)點(diǎn)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(yīng)用于新建混凝土結(jié)構(gòu)，又能應(yīng)用于已建混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋修復(fù)，技術(shù)施工勞動強(qiáng)度較低，成本較小，屬于無損修復(fù)，修復(fù)結(jié)束后不影響外觀；能有效避免電化學(xué)鋼筋修復(fù)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(jī)物構(gòu)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(hù)膜；對含高濃度氯鹽(3. 5%，質(zhì)量分?jǐn)?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(nèi)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易變質(zhì)。(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(shí)現(xiàn)，合成效果好，副產(chǎn)物少、產(chǎn)物純度高，產(chǎn)率達(dá)95%以上。


圖I為本發(fā)明的實(shí)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(jìn)口，8-冷卻水出口，9-洗氣瓶接口，10-氮?dú)膺M(jìn)氣口。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例制備的咪唑啉的紅外光譜圖。圖3為本發(fā)明的實(shí)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(shí)施例制備的遷移性能實(shí)驗(yàn)裝置；圖中示出11-穩(wěn)壓直流電源，12-試驗(yàn)?zāi)＞撸?3-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(biāo)準(zhǔn)電阻，18-電壓表。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I如圖I所示，本實(shí)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(shè)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?dú)膺M(jìn)氣口 10，與氮?dú)夤夤芟噙B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(shí)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(jīng)2h的?；磻?yīng)、在190°C下經(jīng)18h的環(huán)化反應(yīng)，合成咪唑啉；反應(yīng)過程中通入氮?dú)狻?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(jìn)行陽離子化反應(yīng)，通入氮?dú)?，反?yīng)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(jié)構(gòu)
A
R-C-TN-R'
I
CH2COO-其中，R，R’分別表示 CH3 (CH2) 3_，-CH2CH2NHCO(CH2) 3CH3。本實(shí)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(chǎn)物在ieoocnr1有較強(qiáng)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(chǎn)物確實(shí)是咪唑啉。另由產(chǎn)物的紅外吸收光譜結(jié)合文獻(xiàn)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(shí)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(chǎn)物中含有咪唑啉環(huán)目標(biāo)基團(tuán)；且在2070CHT1處都存在的季銨鹽特征吸收峰，故可知產(chǎn)物中都含有咪唑啉季銨鹽目標(biāo)基團(tuán)。綜上可知，目標(biāo)分子內(nèi)部同時包含有咪唑啉環(huán)與季銨鹽基團(tuán)，證明其為目標(biāo)產(chǎn)物咪唑啉季銨鹽。采用本實(shí)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(qū)動進(jìn)入混凝土內(nèi)部，同時將混凝土內(nèi)部誘發(fā)鋼筋銹蝕的氯離子等驅(qū)趕出混凝土內(nèi)部。測試過程如下采用直徑為8mm的Q235建筑用鋼筋，經(jīng)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(shí)驗(yàn)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(quán)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(jìn)行陽離子化反應(yīng)，反應(yīng)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(quán)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(jīng)2 4h的?；磻?yīng)、在180 210°C下經(jīng)15 18h的環(huán)化反應(yīng)，合成咪唑啉。
3.根據(jù)權(quán)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(quán)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(yīng)過程中均通入氮?dú)狻?br> 5.實(shí)現(xiàn)權(quán)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(shè)于分水器之上，與分水器的另一端連接。
6.根據(jù)權(quán)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(quán)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?dú)夤夤芟噙B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(jìn)行陽離子化反應(yīng)，反應(yīng)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(yīng)用于新建混凝土結(jié)構(gòu)，又能應(yīng)用于已建混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋修復(fù)；屬于無損修復(fù)，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(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者韋江雄, 費(fèi)飛龍, 余其俊, 艾志勇, 胡捷 申請人:華南理工大學(xué)