一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑及其應用
【專利摘要】本發明公開了一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑，具體說是一種雙子季銨堿類陽離子作為混凝土結構中鋼筋的腐蝕防護與修復。本發明所述雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑具有季銨堿陽離子結構的化合物。本發明所述腐蝕抑制劑可以作為內摻阻銹劑使用，直接作用于鋼筋表面，也可以通過外加電場的作用，促進季銨堿陽離子的遷移，使其富集在鋼筋周圍，有效保護鋼筋。本發明所述雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑分子帶電性強，電遷移效率高，分子結構穩定，不隨混凝土內部環境變化而改變，能夠有效預防和修復已建結構混凝土鋼筋腐蝕，具有顯著的應用價值和市場前景。
【專利說明】
-種雙子季讀堿陽離子腐蝕抑制劑及其應用
技術領域
[0001] 本發明設及一種鋼筋腐蝕防護與修復的材料及其應用，特別是一種具有雙子季錠 堿分子結構的陽離子，可W應用于新建鋼筋混凝±結構中，也可W作為電遷移型阻誘劑，在 已建鋼筋混凝上結構中的應用。
【背景技術】
[0002] 鋼筋誘蝕作為鋼筋混凝±結構破壞的最主要原因之一，已成為全世界科學和工程 界關注的熱點難題。圍繞混凝±結構中鋼筋誘蝕的防護和修復，很多方法都已應用，包括環 氧涂層、混凝±外防護涂層、電化學防護與修復技術、鋼筋阻誘劑等。但是，環氧涂層由于施 工中容易受損，加劇鋼筋誘蝕，外防護涂層由于混凝±界面粘結性能和自身壽命的缺陷，使 用一段時間后需要重新應用，應用效果不夠理想。而電化學防護和修復技術W及鋼筋阻誘 劑目前被公認為具有較好應用效果和具有較佳性價比的代表技術。
[0003] 電化學除氯所采用的直流電場（WlA/m2)，需要維持4~12周才能將鋼筋周圍的氯 化物含量降低到臨界值W下；陰極保護要求被保護結構在使用全壽命周期持續通電，維護 成本較高。由于上述原因，電化學除氯和陰極保護技術在國內的應用并不多見。而自然遷移 性阻誘劑由于其使用的方便，在一段時間內得到了較大程度的研究和應用。如美國Codec 公司的專利US5427819和US5326529, W及瑞±Sika公司的歐洲專利EP340807,均報道了一 種有機簇酸錠作為遷移性阻誘劑，可直接涂覆于混凝±表面，通過自然滲透和遷移到達鋼 筋表面，起到腐蝕抑制的作用。但在實際工程中，由于混凝±密實性均較高，阻誘劑很難滲 透至保護層較厚的鋼筋表面，應用效果不夠理想。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了解決現有技術的缺陷，提供一種新型混凝±結構鋼筋腐蝕抑 制劑，它既能作為滲入型腐蝕抑制劑應用，又可作為電遷移型腐蝕抑制劑使用，有效抑制混 凝±內鋼筋的腐蝕。本發明具體是一種雙子陽離子結構的腐蝕抑制劑，其具有顯著的特點 是自身帶電性更強，結構更穩定，與正常高堿性混凝±或碳化混凝±環境相容性均較高，不 受混凝±堿性環境的高低而改變的雙子陽離子腐蝕抑制劑。同時阻誘劑自身的陰離子為 Of,不會引入引起鋼筋誘蝕的面素離子，杜絕混凝±重新污染的風險。可W直接作為滲入 型腐蝕抑制劑應用于新拌混凝±或修補砂漿中，也可W作為電遷移型腐蝕抑制劑，通過電 場加速遷移至鋼筋表面，起到鋼筋誘蝕防護和修復的作用。
[0005] 本發明的目的是通過W下技術方案來實現的：
[0006] 本發明提供了一種雙子季錠堿陽離子腐蝕抑制劑，所述雙子季錠堿陽離子腐蝕抑 制劑具有季錠堿陽離子結構的化合物，其結構式如下：
[0007]
[000引當化、化和R3均相同時，選自Cl~C18支鏈烷基、芳基、燒芳基；
[0009] 當Ri和R2相同時，選自Cl~C18支鏈烷基、芳基、燒芳基，R3選自（CH2)m-C0(T或 (CH2)m0H；
[0010] 其中m為1或2，n為2~14的整數。
[0011]所述雙子季錠堿陽離子腐蝕抑制劑，其中Ri、R2和R袖同時，均為甲基、乙基、十二 烷基、芐基中的一種。
[001^ 所述雙子季錠堿陽離子腐蝕抑制劑，其中Ri、R2相同時均為甲基、乙基、十二烷基、 芐基的一種，R3為-C出CO礦或-C出OH。
[0013] 此外，本發明雙子季錠堿陽離子腐蝕抑制劑的顯著特點在于雙子季錠堿作為鋼筋 的腐蝕抑制劑，可W應用于新建和已建鋼筋混凝±結構，對混凝±中鋼筋起到腐蝕防護和 修復的作用。
[0014] 本發明提供一種所述雙子季錠堿陽離子腐蝕抑制劑的應用方法，所述腐蝕抑制劑 應用于新建結構中，其滲量相對于膠凝材料0.1~%。
[0015] 所述雙子季錠堿陽離子腐蝕抑制劑的應用方法，所述腐蝕抑制劑應用于已建鋼筋 混凝±結構中，將混凝±中鋼筋作為陰極，混凝±保護層外面敷上陽極溶液，將所述腐蝕抑 制劑加入陽極區溶液中使用，并通過外加電場作用，將陽離子阻誘劑主動遷移至鋼筋表面， 由于化合物自身帶電性更強，更加容易通過電場作用從混凝±外層的陽極區遷移至鋼筋表 面，抑制鋼筋腐蝕，應用過程中，所述陽極區溶液中雙子季錠堿腐蝕抑制劑質量濃度大于 0.5%。
[0016] 本發明的優點在于陽離子阻誘劑分子結構穩定，應用條件不應混凝±堿性強弱而 改變，同時自身的陰離子為Of,與混凝±環境相容性高，不會引入其他面素等腐蝕性離子 二次污染混凝±。所制備的季錠堿分子，帶電性更多，遷移和吸附性能更強，既可W作為滲 入型阻誘劑使用，也可W作為電遷移型阻誘劑使用。作為內滲型和電遷移型均可通過電場 的作用，加速阻誘劑分子向鋼筋表面遷移和富集，從而極大的提升鋼筋的耐腐蝕性能。
【附圖說明】
[0017] 圖1為陽離子阻誘劑對鋼筋腐蝕速率的影響。
[001引圖2為電遷移裝置示意圖。
[0019] 其中，圖2中各標注為:1電源、2.陰極區、3混凝±、4陽極溶液+腐蝕抑制劑。
[0020] 圖3為電場作用下不同種類阻誘劑遷移行為。
【具體實施方式】
[0021] 下面通過實施例對本發明進行進一步的描述：
[0022] 試驗采用腐蝕抑制劑遷移性能和鋼筋阻誘性能兩部分進行。
[0023] 鋼筋腐蝕防護和修復性能評價：
[0024] 在混凝±模擬孔隙液中測試了已合成化合物對鋼筋腐蝕性能的影響。測試液為飽 和氨氧化巧溶液含質量分數3.5 %氯化鋼，加入質量分數為0.5%的阻誘劑，利用平板腐蝕 池和電化學線性極化測試技術，測定腐蝕電位、電流密度隨時間變化的規律，通過曲線可W 獲知化合物的阻誘效率。其中空白為對照組，S1為n = 1，Ri、R2、R3相同均為甲基;S2為n = 2， Ri、R2相同，均為乙基，R3為徑乙基；S3為n = 4，Ri和R2相同均為十二烷基，R3為簇乙基;AMA為 市售普通氨基醇遷移型阻誘劑(主要成分為二甲基乙醇胺）。
[0025] 電化學測試采用=電極體系進行，工作電極為鋼筋電極，對電極為錐網電極，參比 電極為Ag/AgCl，采用線性極化曲線進行耐腐蝕性能評價，并通過Stern-Geary方程，計算得 到鋼筋腐蝕電流密度，之后與空白鋼筋進行對比計算出鋼筋阻誘效率，用于評價阻誘劑耐 腐蝕性能，所得結果如圖1所示。
[0026] 圖1中結果顯示，實施例樣品對鋼筋具有非常顯著的耐腐蝕性能，阻誘效率均高于 95 % W上，同時高于市售普通氨基醇類有機阻誘劑。
[0027] 電遷移行為評價：
[00%]電遷移試驗選擇混凝±結構中進行，所用混凝±配合比見表1。
[0029] 表1混凝±試樣配合比 r00301 LUUJI」 '比巧化工下玉、斤巧出東4之.O,議U只
巧丄斤一廳,n 化奶里^y〇 口、J1七子巧1漸/忙卞n, 養護28天。切片，保護層厚度依次為4cm的混凝±塊作為遷移對象。
[0032] 實驗所用電遷移裝置見圖2所示，試件夾在裝置中間，裝置兩側的空腔中都加入約 150mL飽和化(OH) 2溶液，陽極區加入12.5 %質量分數的雙子季錠堿腐蝕抑制劑，所加電流 密度為3A/V，作為對比，另一裝置不加電流，進行自然遷移。通電60d后用Multi N/C3100有 機碳分析儀測定陰極區的碳含量，通過有機碳含量的變化表征雙子季錠堿腐蝕抑制劑在電 場作用下的遷移規律。
[0033] 圖3為電場作用下，陰極區不同種類雙子季錠堿腐蝕抑制劑濃度隨時間的變化。從 圖中可W看出，隨著時間的延長，電場作用下，Sl和S2在陰極區鋼筋表面濃度增加較為明 顯，遷移速率較快，很快能達到較高濃度。空白為沒有電場作用下，陰極區鋼筋表面腐蝕抑 制劑濃度變化規律，結果顯示，沒有電場作用，市售AMA氨基醇類阻誘劑自然遷移速率非常 緩慢，整個測試周期內，陰極區基本沒有阻誘劑遷移過去，市售的AMA氨基醇阻誘劑在電場 作用下雖有一定含量的腐蝕抑制劑在陰極區富集，但量相對較少。結果顯示，電場能夠非常 明顯的增加雙子季錠堿腐蝕抑制劑的遷移能力，遷移效果明顯優于市售普通氨基醇類阻誘 劑。
【主權項】
1. 一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑，其特征在于，所述雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制 劑具有季銨堿陽離子結構的化合物，其結構式如下：當辦、R2和R3均相同時，選自C1~C18支鏈烷基、芳基、烷芳基； 當Ri和R2相同時，選自C1~C18支鏈烷基、芳基、烷芳基，R3選自（CH2)m-CO(T或(CH2) m0H; 其中m為1或2，n為2~14的整數。2. 根據權利要求1所述的一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑，其特征在于，當心、1?2和1?3 相同時，均為甲基、乙基、十^烷基、芐基中的一種。3. 根據權利要求1所述的一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑，其特征在于，當Ri、R2相同 時均為甲基、乙基、十二烷基、芐基的一種，R 3為-CH2C0(T或-CH2OH。4. 權利要求1至3任一項所述的一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑的應用方法，其特征 在于:所述腐蝕抑制劑可以應用于新建和已建鋼筋混凝土結構。5. 根據權利要求4所述的一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑的應用方法，其特征在于， 當所述腐蝕抑制劑應用于新建結構中，其摻量相對于膠凝材料〇. 1~2wt%。6. 根據權利要求4所述的一種雙子季銨堿陽離子腐蝕抑制劑的應用方法，其特征在于， 當所述腐蝕抑制劑應用于已建鋼筋混凝土結構中，將混凝土中鋼筋作為陰極，混凝土保護 層外面敷上陽極溶液，將所述腐蝕抑制劑加入陽極區溶液中使用，并通過外加電場作用，將 陽離子阻銹劑主動迀移至鋼筋表面，所述陽極區溶液中雙子季銨堿腐蝕抑制劑質量濃度大 于0.5%。
【文檔編號】C04B103/61GK105925987SQ201610525913
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】劉建忠, 蔡景順, 石亮, 趙旦
【申請人】江蘇蘇博特新材料股份有限公司