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一种季铵 碱类阳离子阻锈剂及其应用

阅读：435发布：2020-05-24

专利汇可以提供一种季铵碱类阳离子阻锈剂及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种季铵碱类阳离子阻锈剂作为电迁移型阻锈剂，具体说是一种季铵碱类阳离子作为混凝土结构中钢筋的腐蚀防护与修复。本发明所述季铵碱类阳离子阻锈剂为具有季铵碱阳离子结构的化合物，所述阻锈剂通过外加电场的作用，促进季铵碱阳离子的迁移，使其富集在钢筋周围，有效保护钢筋。本发明所述季铵碱类阳离子阻锈剂，电迁移效率高，分子结构稳定，不随混凝土内部环境变化而改变，能够有效预防和修复已建结构混凝土钢筋腐蚀，具有显著的应用价值和市场前景。，下面是一种季铵碱类阳离子阻锈剂及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种季铵碱类阳离子阻锈剂，其特征在于，所述阻锈剂为具有季铵碱阳离子结构的化合物，其结构式如下：

当R1、R2、R3和R4相同时，均为-(CH2)nCH3；
当R1、R2和R3三者相同，均为-(CH2)nCH3，R4为苄基；
当R1和R2两者相同，两者同时为-(CH2)nCH3，R3、R4分别为羟乙基、羟甲基、-(CH2)mCH3、苄基中的一种或两种；
其中，n=0~18，m= 0~12，-(CH2)nCH3和-(CH2)mCH3可以为直链烷烃，也可以为支链烷烃。
2.权利要求1所述的一种季铵碱类阳离子阻锈剂的应用方法，其特征在于：所述阻锈剂应用于钢筋混凝土结构中，将混凝土中钢筋作为阴极，混凝土保护层外面敷上阳极溶液，将所述季铵碱类阳离子阻锈剂加入阳极区溶液中使用，并通过外加电场作用，将阳离子阻锈剂主动迁移至钢筋表面，所述电场电流密度范围为0.1A/m2~5A/m2，通电时间为7~60d。
3.根据权利要求2所述的一种季铵碱类阳离子阻锈剂的应用方法，其特征在于，所述阳极区溶液中季铵碱类阳离子阻锈剂的质量分数为1~50%。

说明书全文

一种季铵 碱类阳离子阻锈剂及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种钢筋腐蚀防护与修复材料及其应用，特别是一种具有季铵碱分子结构的阳离子，作为电迁移阻锈剂应用于钢筋混凝土结构。

背景技术

[0002] 钢筋锈蚀作为钢筋混凝土结构破坏的最主要原因之一，已成为全世界科学和工程界关注的热点难题。围绕已建混凝土结构中钢筋锈蚀的防护和修复，很多方法都已应用，包括电化学阴极保护、电化学除氯、电化学再碱化、自然迁移与电迁移性阻锈剂等。目前，电化学阴极保护和电化学除氯被公认为能有效制止氯化物诱导的钢筋锈蚀。但是，电化学除氯2
所采用的直流电场(以1A/m ),需要维持4～12周才能将钢筋周围的氯化物含量降低到临界值以下；阴极保护要求被保护结构在使用全寿命周期持续通电，维护成本较高。由于上述原因，电化学除氯和阴极保护技术在国内的应用并不多见。而自然迁移性阻锈剂由于其使用的方便，在一段时间内得到了较大程度的研究和应用。如美国Cortec公司的专利US5427819和US5326529，以及瑞士Sika公司的欧洲专利EP340807，均报道了一种有机羧酸铵作为迁移性阻锈剂，可直接涂覆于混凝土表面，通过自然渗透和迁移到达钢筋表面，起到腐蚀抑制的作用。但在实际工程中，由于混凝土密实性均较高，阻锈剂很难渗透至保护层较厚的钢筋表面，应用效果不够理想。为此很多学者和工程技术人员开展了电迁移阻锈剂的研究。如专利CN1321793A、CN102924378A和文献Construction and building materials 2013,39(0):
2-8均报道了组成为传统醇胺酸化形成的离子盐、咪唑或咪唑啉等的结构的电迁移阻锈剂。
然而，由于上述电迁移阻锈剂分子中和的阴离子为羧酸根或卤素离子，其在混凝土的高碱性环境下，阻锈剂分子带正电性容易受混凝土碱性环境破坏，难以通过电场加速迁移，或因其阴离子为卤素离子而重新污染钢筋，实际效果仍不理想。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷，而提供的一种阳离子结构稳定，与正常高碱性混凝土或碳化混凝土环境相容性均较高，不受混凝土碱性环境的高低而改变的阻锈剂分子。同时阻锈剂自身的阴离子为OH-，不会引入导致钢筋锈蚀的卤素离子，杜绝混凝土重新污染的风险。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0005] 本发明提供了一种季铵碱类阳离子阻锈剂，所述阻锈剂为具有季铵碱阳离子结构的化合物，其结构式如下：

[0006]

[0007] 当R1、R2、R3和R4相同时，均为-(CH2)nCH3；

[0008] 当R1、R2和R3三者相同，均为-(CH2)nCH3，R4为苄基；

[0009] 当R1和R2两者相同，两者同时为-(CH2)nCH3，R3、R4分别为羟乙基、羟甲基、-(CH2)mCH3、苄基中的一种或两种；其中通过烷烃侧链长度的调控，可以达到钢筋腐蚀抑制和电迁移性能的统一；

[0010] 其中，n＝0～18，m＝0～12，-(CH2)nCH3和-(CH2)mCH3可以为直链烷烃，也可以为支链烷烃。

[0011] 本发明提供了一种所述季铵碱类阳离子阻锈剂的应用方法，所述阻锈剂应用于钢筋混凝土结构中，将混凝土中钢筋作为阴极，混凝土保护层外面敷上阳极溶液，将所述季铵碱类阳离子阻锈剂加入阳极区溶液中使用，并通过外加电场作用，将阳离子阻锈剂主动迁移至钢筋表面，抑制钢筋腐蚀，所述电场电流密度范围为0.1A/m2～5A/m2，通电时间为7～60d。

[0012] 本发明所述季铵碱类阳离子阻锈剂的应用方法，所述阳极区溶液中季铵碱类阳离子阻锈剂的质量分数为1～50％。不仅可以作为未锈蚀钢筋的腐蚀防护，也可以作为已锈蚀钢筋的修复。

[0013] 本发明的优点在于阳离子阻锈剂分子结构稳定，应用条件不应混凝土碱性强弱而-改变，同时结构自身具有的阴离子为OH ，与混凝土环境相容性高，不会引入其他卤素等腐蚀性离子二次污染混凝土。同时分子结构可调性强，能够根据耐腐蚀性能和迁移性能匹配合适的分子结构，具有非常优越的实际应用价值。此外，本发明的阳离子阻锈剂不仅能对未锈蚀钢筋进行腐蚀防护，同时能有效抑制和降低已锈蚀钢筋腐蚀速率，具有广阔的应用前景。
附图说明

[0014] 图1为本发明所述阳离子阻锈剂对钢筋腐蚀速率的影响。

[0015] 图2为本发明所述阳离子阻锈剂对临界氯离子浓度影响。

[0016] 图3为电迁移装置示意图。

[0017] 其中，图3中各标注为：1电源、2阴极区、3混凝土、4阳极溶液+阻锈剂。

[0018] 图4为电场作用下不同种类阻锈剂迁移行为。

具体实施方式

[0019] 下面通过实施例对对本发明进行进一步的描述：

[0020] 试验采用阻锈剂迁移性能和钢筋阻锈性能两部分进行。

[0021] 钢筋腐蚀防护和修复性能评价：

[0022] 在混凝土模拟孔隙液中测试了已合成化合物对钢筋腐蚀性能的影响。测试液为饱和氢氧化钙溶液含质量分数3.5％氯化钠，加入质量分数为0.5％的阻锈剂，利用平板腐蚀池和电化学线性极化测试技术，测定腐蚀电位、电流密度随时间变化的规律，通过曲线可以获知化合物的阻锈效率。其中空白为对照组，S1为n＝0，R1、R2、R3和R4均相同且为-CH3；S2为n＝0，R1、R2、R3相同且为-CH3，R4为苄基；S3为n＝1，m＝11，R1和R2相同且为-CH2CH3，R3为羟乙基，R4为(CH2)mCH3；AMA为市售普通氨基醇迁移型阻锈剂(主要成分为二甲基乙醇胺)。

[0023] 电化学测试采用三电极体系进行，工作电极为钢筋电极，对电极为箔网电极，参比电极为Ag/AgCl,采用线性极化曲线进行耐腐蚀性能评价，并通过Stern-Geary方程，计算得到钢筋腐蚀电流密度，用于评价钢筋腐蚀速率的大小，所得结果如图1所示。

[0024] 由图1可以看出，不同时间，阻锈剂对钢筋腐蚀电流密度的影响结果显示，空白组钢筋腐蚀速率随着时间延长而逐渐增大，阻锈剂加入后能够起到一定抑制作用，其中S1、S2和S3降低钢筋腐蚀速率较为明显，腐蚀电流密度明显小于市售氨基醇阻锈剂。结果显示，本发明所述的阳离子阻锈剂具有较强的腐蚀抑制和修复功能。

[0025] 此外，还通过氯离子累加试验，研究了不同结构阳离子阻锈剂对钢筋腐蚀临界氯离子浓度的影响，试验结果如图2所示。从图中可以看出，AMA对钢筋腐蚀临界氯离子浓度提升效果不明显，当氯离子浓度增加至0.05mol/L左右时，钢筋的腐蚀电流密度就高于0.2uA/cm2。S1和S2能分别提升临界氯离子浓度至0.15mol/L和0.2mol/L。本发明所述的阳离子阻锈剂具有优越的耐点蚀能力和腐蚀预防功能。

[0026] 电迁移行为研究：

[0027] 通过电场加速试验，研究了不同种类阳离子阻锈剂的电迁移规律，电迁移试验选择混凝土结构中进行，所用混凝土配合比见表1。

[0028] 表1混凝土试样配合比

[0029]W/C 水/kg 水泥/kg 砂子/kg 小石子/kg 大石子/kg NaCl/g
0.53 2.88 5.4 10.83 6.495 9.35 108(2％)

[0030] 混凝土试样使用水泥海螺42.5，按照表1拌合，内掺水泥质量2％的化学纯氯化钠，养护28天。切片，保护层厚度依次为4cm的混凝土块作为迁移对象。

[0031] 实验所用电迁移装置见图3所示，试件夹在装置中间，装置两侧的空腔中都加入约150mL饱和Ca(OH)2溶液，阳极区加入2.5％质量分数的季铵碱类有机阻锈剂，所加电流密度为3A/m2，作为对比，另一装置不加电流，进行自然迁移。一段时间后用Multi N/C3100有机碳分析仪测定阴极区的碳含量，通过碳含量的变化表征阳离子阻锈剂的迁移规律。

[0032] 图4为电场作用下，阴极区不同种类阻锈剂浓度随时间的变化规律。从图中可以看出，随着时间的延长，电场作用下，S1和S3在阴极区钢筋表面浓度增加较为明显，迁移速率较快，很快能达到较高浓度。而且在前28d内增加的比较明显，28d后阻锈剂浓度达到一个相对稳定值。空白为没有电场作用下，阴极区钢筋表面阻锈剂浓度变化规律，结果显示，没有电场作用，市售AMA氨基醇类阻锈剂自然迁移速率非常缓慢，整个测试周期内，阴极区基本没有阻锈剂迁移过去，市售的AMA氨基醇类阻锈剂在电场作用下随有一定含量的阻锈剂在阴极区富集，但量较少，在60d内很难达到保护钢筋的作用。结果显示，电场能够非常明显的增加阻锈剂的迁移能力，且随着作用时间的延长，到达钢筋表面阻锈剂浓度会越来越高，表明电迁移阻锈剂可以作为已建结构中氯离子诱导的钢筋锈蚀防护与修复的重要手段之一。

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