[发明专利]有机复合纳米直径坡缕石纤维钢筋混凝土阻锈剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机复合纳米直径坡缕石纤维钢筋混凝土阻锈剂、制备方法及其应用。

背景技术

钢筋混凝土结构是国家基础建设中最主要的结构形式，被广泛应用于交通、水利、工业、农业、国防等各领域。然而，因钢筋锈蚀导致混凝土结构的服役性能劣化，工程使用寿命达不到设计要求而过早破坏，，这已经成为全世界日益关注的一大灾害和土木工程界的重大科技难题，钢筋腐蚀破坏已经成为世界性问题。在众多影响混凝土耐久性的因素之中，钢筋腐蚀被排在第一位。

混凝土中钢筋腐蚀主要为电化学反应，包括阳极和阴极两种反应。阻锈剂的作用机理是能优先参与并阻止这两种或其中一种反应，且能长期保持稳定状态，从而有效的阻止钢筋的腐蚀。

阳极型阻锈剂能够抑制腐蚀电池阳极反应的阻锈剂。使阳极极化增大，降低了阳极反应速度，是金属的腐蚀受到强烈的抑制。磷酸盐、硼酸盐、碳酸盐、苯甲酸盐、肉桂酸盐等对金属的腐蚀都有缓蚀作用，但他们本身并没有氧化性，要起缓蚀作用，溶液中必须要有溶解氧。这些阴离子阻锈剂多为强碱弱酸盐，在水中水解产生氢氧根离子并在金属表面形成钝化氧化物，利用它们有效阻止铁及其合金腐蚀。当OH^-浓度足够时，仅依靠OH^-中的氧就可以形成钝化氧化物。

阴极型阻锈剂在腐蚀介质中对金属的缓蚀作用重要是增大电化学腐蚀中饿阴极极化，阻碍阴极过程的进行，使腐蚀电位向负方向移动，降低腐蚀速度。国外已用的阴极阻锈剂有：胺基醇、烷氨基乙醇、脂肪酸酯。

钢筋阻锈剂是减少和阻止钢筋锈蚀的一种外加剂，通过掺加到混凝土中或涂抹在混凝土表面起作用，它越来越成为当今防止钢筋锈蚀的一种手段。1973年日本开始在大型工程中使用钢筋阻锈剂来抵御海洋工程中氯盐对钢筋的损害。在美国，70年代初的时候，大量使用环氧树脂涂层钢筋，然而由于其工业的经济指标和环保指标不能令人满意，在70年代末，开始使用阻锈剂，到80年代时大量使用在各个工程。钢筋阻锈剂的分类方式有许多种，按化学成分不同可分为无机型、有机型和复合型；按作用机理可分为阳极型、阴极型和两者的混合型；根据在使用时的方式可分为渗入型(DCI)和渗透型(MCI)。

早期的钢筋阻锈剂产品主要包括亚硝酸钠，铬酸盐和苯甲酸钠，但是它们对混凝土凝结时间、早晚期强度都有不同程度负面影响。美国70年代中期，通过大量实验证明亚硝酸钙的优越阻锈性能，但是其对人体的危害作用(致癌)，使得某些国家如德国等国家禁止使用。早期常用亚硝酸盐来做钢筋阻锈剂的主要成份。亚硝酸盐是典型的阳极阻锈剂，其作用是通过与金属反应，在金属表面生成钝化膜，保护钢筋不被锈蚀。

进入九十年代，一些发达国家相续开发了诸如单氟磷酸钠(Na₂PO₃F)等新型阻锈剂。Hansson等调查了Na₂PO₃F添加在混凝土中对钢筋的阻锈效果，表明Na₂PO₃F可以显著提高钢筋对氯离子的腐蚀抑制作用。Ngala等考察了Na₂PO₃F溶液作为混凝土表面渗透型阻锈剂的作用，结果表明Na₂PO₃F在混凝土中不能很好的扩散，因而作为混凝土结果修复时，对钢筋的抑制没有很好的效果。张大全等人通过对Na₂PO₃F在混凝土孔溶液中的缓蚀特性研究，认为Na₂PO₃F是一种混合阻锈剂，对腐蚀电化学的阳极和阴极过程均有阻滞作用。他它能形成沉淀性保护膜，在碱性条件下能够抑制氯离子引起的钢筋腐蚀。

目前国际及国内研究有机阻锈剂主要包括胺类、醛类、炔醇类、有机磷化物、有机硫化物、羧酸及其盐、磺酸及其盐类、杂环化合物等。主流产品都属于掺入型(MCI)，迁移型钢筋阻锈剂是近年提出的一种全新概念，它是直接涂覆于混凝土表面，通过自发的渗透过程达到混凝土钢筋表面，最终在钢筋表面成膜实现对钢筋的保护。相比于掺入型钢筋阻锈剂，迁移钢筋表面具有诸多优点，被誉为混凝土结构修复领域最具前景的新技术。目前全世界对迁移型钢筋阻锈剂的研究还处于起步阶段。

以有机物为组分的复合型阻锈剂不仅能够有效地保护钢筋，更重要的是阻止水性介质进入混凝土内部，大大提高了混凝土抗渗透能力。这样可以大大延缓混凝土的本身老化过程，使混凝土的耐候性、耐腐蚀性、抗冻性等耐久性指标都得到提高。这种外加剂不仅可以作为钢筋阻锈剂，同时又是混凝土的防腐剂。

发明内容