一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，具体说是一种双子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。本发明所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂具有季铵碱阳离子结构的化合物。本发明所述腐蚀抑制剂可以作为内掺阻锈剂使用，直接作用于钢筋表面，也可以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。本发明所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂分子带电性强，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。
【专利说明】
-种双子季读碱阳离子腐蚀抑制剂及其应用
技术领域
[0001] 本发明设及一种钢筋腐蚀防护与修复的材料及其应用，特别是一种具有双子季锭 碱分子结构的阳离子，可W应用于新建钢筋混凝±结构中，也可W作为电迁移型阻诱剂，在 已建钢筋混凝上结构中的应用。
【背景技术】
[0002] 钢筋诱蚀作为钢筋混凝±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。围绕混凝±结构中钢筋诱蚀的防护和修复，很多方法都已应用，包括环 氧涂层、混凝±外防护涂层、电化学防护与修复技术、钢筋阻诱剂等。但是，环氧涂层由于施 工中容易受损，加剧钢筋诱蚀，外防护涂层由于混凝±界面粘结性能和自身寿命的缺陷，使 用一段时间后需要重新应用，应用效果不够理想。而电化学防护和修复技术W及钢筋阻诱 剂目前被公认为具有较好应用效果和具有较佳性价比的代表技术。
[0003] 电化学除氯所采用的直流电场（WlA/m2)，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W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 性阻诱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Codec 公司的专利US5427819和US5326529, W及瑞±Sika公司的欧洲专利EP340807,均报道了一 种有机簇酸锭作为迁移性阻诱剂，可直接涂覆于混凝±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±密实性均较高，阻诱剂很难渗 透至保护层较厚的钢筋表面，应用效果不够理想。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷，提供一种新型混凝±结构钢筋腐蚀抑 制剂，它既能作为渗入型腐蚀抑制剂应用，又可作为电迁移型腐蚀抑制剂使用，有效抑制混 凝±内钢筋的腐蚀。本发明具体是一种双子阳离子结构的腐蚀抑制剂，其具有显著的特点 是自身带电性更强，结构更稳定，与正常高碱性混凝±或碳化混凝±环境相容性均较高，不 受混凝±碱性环境的高低而改变的双子阳离子腐蚀抑制剂。同时阻诱剂自身的阴离子为 Of,不会引入引起钢筋诱蚀的面素离子，杜绝混凝±重新污染的风险。可W直接作为渗入 型腐蚀抑制剂应用于新拌混凝±或修补砂浆中，也可W作为电迁移型腐蚀抑制剂，通过电 场加速迁移至钢筋表面，起到钢筋诱蚀防护和修复的作用。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案来实现的：
[0006] 本发明提供了一种双子季锭碱阳离子腐蚀抑制剂，所述双子季锭碱阳离子腐蚀抑 制剂具有季锭碱阳离子结构的化合物，其结构式如下：
[0007]
[000引当化、化和R3均相同时，选自Cl~C18支链烷基、芳基、烧芳基；
[0009] 当Ri和R2相同时，选自Cl~C18支链烷基、芳基、烧芳基，R3选自（CH2)m-C0(T或 (CH2)m0H；
[0010] 其中m为1或2，n为2~14的整数。
[0011]所述双子季锭碱阳离子腐蚀抑制剂，其中Ri、R2和R袖同时，均为甲基、乙基、十二 烷基、苄基中的一种。
[001^ 所述双子季锭碱阳离子腐蚀抑制剂，其中Ri、R2相同时均为甲基、乙基、十二烷基、 苄基的一种，R3为-C出CO矿或-C出OH。
[0013] 此外，本发明双子季锭碱阳离子腐蚀抑制剂的显著特点在于双子季锭碱作为钢筋 的腐蚀抑制剂，可W应用于新建和已建钢筋混凝±结构，对混凝±中钢筋起到腐蚀防护和 修复的作用。
[0014] 本发明提供一种所述双子季锭碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，所述腐蚀抑制剂 应用于新建结构中，其渗量相对于胶凝材料0.1~%。
[0015] 所述双子季锭碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，所述腐蚀抑制剂应用于已建钢筋 混凝±结构中，将混凝±中钢筋作为阴极，混凝±保护层外面敷上阳极溶液，将所述腐蚀抑 制剂加入阳极区溶液中使用，并通过外加电场作用，将阳离子阻诱剂主动迁移至钢筋表面， 由于化合物自身带电性更强，更加容易通过电场作用从混凝±外层的阳极区迁移至钢筋表 面，抑制钢筋腐蚀，应用过程中，所述阳极区溶液中双子季锭碱腐蚀抑制剂质量浓度大于 0.5%。
[0016] 本发明的优点在于阳离子阻诱剂分子结构稳定，应用条件不应混凝±碱性强弱而 改变，同时自身的阴离子为Of,与混凝±环境相容性高，不会引入其他面素等腐蚀性离子 二次污染混凝±。所制备的季锭碱分子，带电性更多，迁移和吸附性能更强，既可W作为渗 入型阻诱剂使用，也可W作为电迁移型阻诱剂使用。作为内渗型和电迁移型均可通过电场 的作用，加速阻诱剂分子向钢筋表面迁移和富集，从而极大的提升钢筋的耐腐蚀性能。
【附图说明】
[0017] 图1为阳离子阻诱剂对钢筋腐蚀速率的影响。
[001引图2为电迁移装置示意图。
[0019] 其中，图2中各标注为:1电源、2.阴极区、3混凝±、4阳极溶液+腐蚀抑制剂。
[0020] 图3为电场作用下不同种类阻诱剂迁移行为。
【具体实施方式】
[0021] 下面通过实施例对本发明进行进一步的描述：
[0022] 试验采用腐蚀抑制剂迁移性能和钢筋阻诱性能两部分进行。
[0023] 钢筋腐蚀防护和修复性能评价：
[0024] 在混凝±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 和氨氧化巧溶液含质量分数3.5 %氯化钢，加入质量分数为0.5%的阻诱剂，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W 获知化合物的阻诱效率。其中空白为对照组，S1为n = 1，Ri、R2、R3相同均为甲基;S2为n = 2， Ri、R2相同，均为乙基，R3为径乙基；S3为n = 4，Ri和R2相同均为十二烷基，R3为簇乙基;AMA为 市售普通氨基醇迁移型阻诱剂(主要成分为二甲基乙醇胺）。
[0025] 电化学测试采用=电极体系进行，工作电极为钢筋电极，对电极为锥网电极，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，之后与空白钢筋进行对比计算出钢筋阻诱效率，用于评价阻诱剂耐 腐蚀性能，所得结果如图1所示。
[0026] 图1中结果显示，实施例样品对钢筋具有非常显著的耐腐蚀性能，阻诱效率均高于 95 % W上，同时高于市售普通氨基醇类有机阻诱剂。
[0027] 电迁移行为评价：
[00%]电迁移试验选择混凝±结构中进行，所用混凝±配合比见表1。
[0029] 表1混凝±试样配合比 r00301 LUUJI」 '比巧化工下玉、斤巧出东4之.O,议U只
巧丄斤一厅,n 化奶里^y〇 口、J1七子巧1渐/忙卞n, 养护28天。切片，保护层厚度依次为4cm的混凝±块作为迁移对象。
[0032] 实验所用电迁移装置见图2所示，试件夹在装置中间，装置两侧的空腔中都加入约 150mL饱和化(OH) 2溶液，阳极区加入12.5 %质量分数的双子季锭碱腐蚀抑制剂，所加电流 密度为3A/V，作为对比，另一装置不加电流，进行自然迁移。通电60d后用Multi N/C3100有 机碳分析仪测定阴极区的碳含量，通过有机碳含量的变化表征双子季锭碱腐蚀抑制剂在电 场作用下的迁移规律。
[0033] 图3为电场作用下，阴极区不同种类双子季锭碱腐蚀抑制剂浓度随时间的变化。从 图中可W看出，随着时间的延长，电场作用下，Sl和S2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。空白为没有电场作用下，阴极区钢筋表面腐蚀抑 制剂浓度变化规律，结果显示，没有电场作用，市售AMA氨基醇类阻诱剂自然迁移速率非常 缓慢，整个测试周期内，阴极区基本没有阻诱剂迁移过去，市售的AMA氨基醇阻诱剂在电场 作用下虽有一定含量的腐蚀抑制剂在阴极区富集，但量相对较少。结果显示，电场能够非常 明显的增加双子季锭碱腐蚀抑制剂的迁移能力，迁移效果明显优于市售普通氨基醇类阻诱 剂。
【主权项】
1. 一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其特征在于，所述双子季铵碱阳离子腐蚀抑制 剂具有季铵碱阳离子结构的化合物，其结构式如下：当办、R2和R3均相同时，选自C1~C18支链烷基、芳基、烷芳基； 当Ri和R2相同时，选自C1~C18支链烷基、芳基、烷芳基，R3选自（CH2)m-CO(T或(CH2) m0H; 其中m为1或2，n为2~14的整数。2. 根据权利要求1所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其特征在于，当心、1?2和1?3 相同时，均为甲基、乙基、十^烷基、苄基中的一种。3. 根据权利要求1所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂，其特征在于，当Ri、R2相同 时均为甲基、乙基、十二烷基、苄基的一种，R 3为-CH2C0(T或-CH2OH。4. 权利要求1至3任一项所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，其特征 在于:所述腐蚀抑制剂可以应用于新建和已建钢筋混凝土结构。5. 根据权利要求4所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，其特征在于， 当所述腐蚀抑制剂应用于新建结构中，其掺量相对于胶凝材料〇. 1~2wt%。6. 根据权利要求4所述的一种双子季铵碱阳离子腐蚀抑制剂的应用方法，其特征在于， 当所述腐蚀抑制剂应用于已建钢筋混凝土结构中，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，将所述腐蚀抑制剂加入阳极区溶液中使用，并通过外加电场作用，将 阳离子阻锈剂主动迀移至钢筋表面，所述阳极区溶液中双子季铵碱腐蚀抑制剂质量浓度大 于0.5%。
【文档编号】C04B103/61GK105925987SQ201610525913
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】刘建忠, 蔡景顺, 石亮, 赵旦
【申请人】江苏苏博特新材料股份有限公司