一种气相阻锈剂及其制备方法和在建筑钢筋腐蚀防护方面的
应用
技术领域
[0001] 本
发明属于钢材阻锈材料领域，具体涉及一种气相阻锈剂及制备方法和其在建筑
钢筋腐蚀防护方面的应用。
背景技术
[0002] 随着跨海大桥、港口码头及海底隧道等海洋工程越来越多，钢筋
混凝土被大量应用在临海地区的建设当中，而钢筋锈蚀会导致
钢筋混凝土结构的破坏，严重影响了海工建筑的使用寿命，钢筋混凝土结构失效引起的安全事故和经济损失远超预期，国际公认的腐蚀对一个中国造成的损失为国内生产总值(GDP)的3～5％，给人民生命和国民经济安全造成极大损害。目前，对于延缓阻止钢筋锈蚀，使用钢筋阻锈剂是一种最简单且最经济有效的办法，研制绿色节能有效的阻锈剂具有重大的社会和经济价值。
[0003] 目前市场上的钢筋阻锈剂按照化学成分可分为无机、有机及复合类。以亚
硝酸盐为典型代表的无机阻锈剂虽然阻锈效果佳，但其毒性引起的环保问题导致许多中国已经明令禁止使用此类阻锈剂；有机型阻锈剂通过S、N、O等容易形成孤
电子对的杂
原子与钢筋表面形成
螯合物，从而保护了钢筋免受氯离子的侵蚀；复合型阻锈剂是通过将有机和无机阻锈剂复配而得，但其效果不尽如人意，难以真正应用起来，因此绿色环保的有机型阻锈剂成为目前主要的研究热点。
[0004] 目前钢筋阻锈剂的使用方式主要有以下几种：1)通过与混凝土拌和的的方式将阻锈剂加到钢筋混凝土体系中；2)将阻锈剂涂刷在混凝土表面通过渗透扩散的方式到钢筋表面；3)通过电迁移、外加强电源的方式迁移至混凝土内部。此类传统方法操作复杂，效率低下，亟需开发一种操作简单的阻锈剂。气相阻锈剂是阻锈剂溶液指在室温环境下会缓慢挥发成气体，该气体中富含各类阻锈成分，容易在钢筋表面
吸附成膜，形成保护层，从而起到耐蚀防护的作用。该类阻锈剂环境友好、无毒无害，在保障阻锈效果的同时，使操作极其简单；同时能大幅度降低其在混凝土中的使用量，减少阻锈剂对混凝土性能的影响，具有重大的工程意义。
发明内容
[0005] 发明目的：为了克服现有钢筋阻锈剂的不足，提供一种使用方便、安全环保、在室温条件下易挥发、且阻锈效果优异的气相阻锈剂，并对海洋环境的钢筋混凝土进行腐蚀防护应用。
[0006] 技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种气相阻锈剂，包括阻锈成分和
溶剂，其重量比为(50-60)：(40-50)，所述溶剂包括
有机溶剂和无机溶剂，阻锈成分包括以下重量份比例的原料：
[0008] 脂肪族
氨基酸45-50份、三
乙醇胺20-25份、苯并三唑3-5份、苯
甲酸钠25-30份。
[0009] 优选：
[0010] 所述溶剂包括二乙二醇和
水，其重量比为(10-15)：(85-90)。
[0011] 所述脂肪族氨基酸为β-丙氨酸、氨基乙酸、谷氨酸、天冬酰胺或谷氨酰胺中的任意一种或多种的混合。
[0012] 所述气相阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013] (1)将苯并三唑与有机溶剂按比例混合，搅拌均匀；
[0014] (2)将脂肪族氨基酸、
苯甲酸钠与无机溶剂按比例混合，搅拌均匀；
[0015] (3)按比例称取三乙醇胺，将其与上述步骤(1)及步骤(2)所得混合物进行混合，最终得所需气相阻锈剂。
[0016] 所述气相阻锈剂在建筑钢筋腐蚀防护方面的应用。
[0017] 所述气相阻锈剂能在15℃-55℃(优选35℃-55℃)的环境
温度下，以气相挥发的作用方式在钢筋表面成膜，从而对建筑钢筋进行防腐应用。
[0018] 或者所述气相阻锈剂能在15℃-55℃(优选15℃-35℃)的
环境温度下，以浸泡
接触的作用方式在钢筋表面形成保护膜，从而对建筑钢筋进行防腐应用。
[0019] 本发明提供了一种气相阻锈剂，主要成分为脂肪族氨基酸有机物，此类有机物来源丰富无毒环保，带有羧基、氨基、羟基等极性基团，对不同的金属材料都具有良好的缓蚀性，同时兼具良好的挥发性、易降解的特点，可以通过挥发或直接接触的方式吸附到金属表面从而发挥阻锈作用。
[0020] 技术效果：相对于
现有技术，本发明具有以下优势：
[0021] (1)从原子元素及分子结构层面上考虑，本发明提供的气相阻锈剂，所涉及成分含有N、O杂原子，并带有许多羟基、羧基及氨基等极性基团，易与Fe形成螯合物，增强了阻锈成分在钢筋表面的吸附能
力，从而形成钢筋保护膜。
[0022] (2)从使用的
角度考虑，本发明提供的气相阻锈剂具有一定的挥发性，可通过气相挥发成膜及浸泡接触成膜两种简单的作用方式对建筑钢筋进行腐蚀防护应用，操作简便并且阻锈效果显著。
[0023] (3)从可持续发展的角度看，本发明提供的气相阻锈剂绿色环保，制备所需的大部分材料简单易得，购买方便且成本不高。
附图说明
[0024] 图1为
实施例1(B)、实施例2(C)以及空白对照组(A)所得钢筋表面的形貌观察结果；
[0025] 图2为实施例1(D)及实施例2(E)及空白对照组(F)所得钢筋
电极在含有3.5％
氯化钠的腐蚀液中浸泡后的腐蚀形貌；
[0026] 图3为实施例1及实施例2制备的钢筋电极在含有3.5％氯化钠的模拟孔溶液中测试的电化学阻抗谱图。
具体实施方式
[0027] 具体实施过程所所涉及的钢筋为Q235
碳钢，是混凝土中常用的钢筋类型，其成分： 99％Fe,0.1-0.2％C,0.5-0.6％Mn,0.2-0.3％Si，使用规格为10mm×10mm×10mm；
[0028] 测试钢筋先用耐水
砂纸将钢
块打磨至800目，进行
抛光处理后，在无水乙醇中
超声波清洗，冷
风吹干。以一端为工作面，另一端
焊接铜导线，只保留面积为10mm×10mm 的工作面，其余全部用AB胶封闭，用600、1000、1500、2000目耐水砂纸将工作面逐级打磨，抛光至镜面，再用无水乙醇超声清洗
去污、去脂，吹干后得到目标钢筋电极。
[0029] 实施例1
[0030] 配方：
[0031] 阻锈成分和溶剂，其重量比为60：40，所述阻锈成分包括以下重量份比例的原料：
[0032] 脂肪族氨基酸(选自β-丙氨酸)45份、三乙醇胺25份、苯并三唑5份、苯甲酸钠 25份。
[0033] 所述溶剂包括二乙二醇和水，其重量比为10：90。
[0034] 制备方法：
[0035] (1)将苯并三唑与二乙二醇按比例混合，搅拌均匀；
[0036] (2)将β-丙氨酸、苯甲酸钠与水按比例混合，搅拌均匀；
[0037] (3)按比例称取三乙醇胺，将其与上述步骤(1)及步骤(2)所得混合物进行混合，最终得所需气相阻锈剂。
[0038] 以挥发成膜的方式将气相阻锈剂作用到钢筋表面：取10g本发明提供的气相阻锈剂置于500mL的烧杯，将目标钢筋电极悬挂于烧杯口，用
封口膜将烧杯口紧封，使整个广口瓶形成密闭的装置，装置环境温度为35℃-55℃，湿度为65％，目标钢筋在此装置及环境中预膜处理24h。
[0039] 实施例2:
[0040] 配方：
[0041] 阻锈成分和溶剂，其重量比为50：50，所述阻锈成分包括以下重量份比例的原料：
[0042] 脂肪族氨基酸(选自氨基乙酸和谷氨酸)50份、三乙醇胺22份、苯并三唑3份、苯甲酸钠25份。
[0043] 所述溶剂包括二乙二醇和水，其重量比为15：85。
[0044] 制备方法：
[0045] (1)将苯并三唑与二乙二醇按比例混合，搅拌均匀；
[0046] (2)将氨基乙酸和谷氨酸、苯甲酸钠与水按比例混合，搅拌均匀；
[0047] (3)按比例称取三乙醇胺，将其与上述步骤(1)及步骤(2)所得混合物进行混合，最终得所需气相阻锈剂。
[0048] 以浸泡成膜的方式将气相阻锈剂作用到钢筋表面：取10g本发明提供的气相阻锈剂置于500mL的烧杯底，将目标钢筋的工作面与瓶底阻锈剂浸泡接触，用封口膜将烧杯口紧封，使整个广口瓶形成密闭的装置，装置环境温度为15-35℃，湿度为65％，目标钢筋电极在此装置及环境中接触处理24h。
[0049] 将上述所得目标钢筋电极，采用试验进行性能评价，具体过程为：
[0050] 1.钢筋表面形貌观察
[0051] 为更好地对比两种实施方案的性能，预处理过程如下：设置一组空白对照组钢筋，在没有气相阻锈剂的密闭烧杯中，同样温度为15-55℃，湿度为65％的环境下，静置处理24h，由于实施例2直接处理所得目标钢筋残留有不少气相阻锈剂，将实施例2所得目标钢筋电极表面肉眼可见的残余物用无水乙醇冲洗，冷风吹干后与实施例1以及空白对照阻锈的钢筋工作面一同在扫描电子
显微镜下进行形貌观察；
[0052] 测试结果：在10000倍的扫描倍数下观察，与空白对照组相比，实施例1所得钢筋表面吸附有松散的膜物质；实施例2所得钢筋表面吸附着明显的膜层物质，相比实施例 1所观察到的钢筋表面，实施例2钢筋表面附着物更为密实均匀。
[0053] 为了进一步解释本发明的作用效益，将对空白对照组、实施例1及实施例2浸泡在含3.5％氯化钠的腐蚀溶液中，作进一步扫描观察钢筋腐蚀形貌，并进行电化学性能测试。
[0054] 2.腐蚀形貌观察
[0055] 腐蚀液由
质量分数为3.5％的氯化钠及饱和氢
氧化
钙澄清液配制所得；将上述所钢筋浸泡在腐蚀液中，将浸泡后的试块超声清洗并冷风吹干，在扫描电子显微镜下进行观察；
[0056] 测试结果：如图2所示，在20000倍的扫面电子显微镜下可观察到，空白对照组在腐蚀液中浸泡后已产生明显的腐蚀现象，钢筋表面因为腐蚀严重而呈现不平整的腐蚀坑；实施例1及实施例2所得钢筋在腐蚀液中浸泡后，腐蚀现象得以明显的控制，钢筋表面依旧完好保持相对平整的状态。
[0057] 3.电化学性能测试
[0058] 将空白对照组、实施例1及实施例2所得钢筋电极置入腐蚀液中，采用交流阻抗法、动电位线性极化两种电化学方法测试对试样的防腐性能进行测试，测试系统采用的是三电极体系，以测试钢筋为
工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，钢筋电极浸泡在腐蚀液中，待其自然腐蚀电位稳定后，采用PARSTAT4000电化学工作站进行测试。
[0059] 电化学阻抗谱的测试
频率范围为0.01mHz～100KHz，动电位极化曲线扫描速度为 1mV/s，扫描范围为-0.2～1.2V(相对开路电位)，得到的极化曲线由仪器自带拟合
软件对电化学参量进行拟合，得到腐蚀
电流密度icorr、极化
电阻Rp等参数。阻锈效率然后根据Stern-Geary式(2)来计算：
[0060]
[0061] 测试结果如下：图2为测得的电化学阻抗谱，相比于空白对照组，实施例1及实施例2具有更大的容抗弧，表示实施例1及实施例2所得的钢筋具有很好的阻锈性能，其中实施例
2比实施例1具有更大的容抗弧，实施例2具有更好的阻锈性能；表1为极化曲线拟合所得参数，实施例1及实施例2的腐蚀电流密比相对于空白对照组降低了一到两个数量级，实施例1具有95.7％的阻锈效率，实施例2具有98.1％的阻锈效率。
[0062] 以上试验结果，证明本发明的气相阻锈剂在含3.5％氯化钠的高氯盐环境中依旧具有高阻锈效果，挥发成膜以及浸泡成膜两种气相阻锈剂的作用方式，使得钢筋表面吸附着阻锈物质，均对建筑钢筋有明显的腐蚀抑制效果；其中浸泡成膜的作用方式使得钢筋表面均匀吸附着紧密的膜层，使得钢筋具有更强的抵抗氯离子侵蚀的能力。
[0063] 表1线性极化曲线拟合参数
[0064]
