本发明涉及水泥保护层及制备，具体涉及一种提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层及制备方法。
背景技术：
钢筋锈蚀是影响钢筋耐久性的一个重要因素。碳化会降低混凝土孔溶液的ph值，使钢筋表面钝化膜破坏，钢筋产生锈蚀。经过学者的研究，已经有许多方法来缓解混凝土中钢筋的锈蚀，如缓蚀剂、钢筋涂层及阴极保护等，但上述方法仍有许多缺陷，如实施成本高、缓蚀效果有限及对环境不友好等。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层及制备方法，解决现有缓蚀效果有限，对环境不友好，成本高的问题。
技术方案：本发明所述的提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，其原料包括重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水，其中，重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为5～8，硼砂与重烧氧化镁的质量比为2～12％，水灰比为0.12～0.24。
所述水泥保护层的厚度为5.5±0.5mm。
所述氧化镁为工业重烧氧化镁，由菱镁矿经1600±10℃煅烧而得，并粉磨10±1min。
所述磷酸二氢钾为分析纯kh2po4，硼砂为分析纯na2b4o7·10h2o。
本发明所述的提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照比例称取重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水；将重烧氧化镁、硼砂和磷酸二氢钾加入搅拌锅中慢搅搅匀；缓慢加入水，慢搅搅匀后快搅，得到磷酸镁水泥净浆浆体。
(2)将磷酸镁水泥净浆浆体倒入装有钢筋的模具中，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层。
其中，所述步骤(1)中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s，其中慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟。
有益效果：本发明保护层原料可以使钢筋表面在保护层中会生成磷酸亚铁膜层，该膜层即使在碳化条件下依然有着很好的耐蚀性，使钢筋在加速碳化条件下有着较高极化电阻及较低的腐蚀电流密度，在碳化后耐蚀性优于普通硅酸盐水泥中钢筋的耐蚀性，本发明在碳化条件下浆体中的过剩氧化镁会生成水合碳酸镁类产物，填充了浆体的孔隙，使水泥浆体的阻抗模量提高，对电荷和物质传输的阻碍增加，明显提高对钢筋的保护能力，对环境友好，成本低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为5，硼砂与重烧氧化镁的质量比为5％，水灰比为0.12，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例2
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为6，硼砂与重烧氧化镁的质量比为5％，水灰比为0.12，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例3
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为5％，水灰比为0.12，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例4
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为8，硼砂与重烧氧化镁的质量比为5％，水灰比为0.12，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例5
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为2％，水灰比为0.16，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例6
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为5％，水灰比为0.16，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例7
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为8％，水灰比为0.16，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例8
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为12％，水灰比为0.16，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例9
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为8％，水灰比为0.12，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例10
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为8％，水灰比为0.20，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
实施例11
将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水混合，其中重烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为7，硼砂与重烧氧化镁的质量比为8％，水灰比为0.24，混合粉体后加入搅拌锅中慢搅120±5s，加水慢搅30±5s再快搅120±5s得到磷酸镁水泥净浆，慢搅自转为140±5转/分钟，公转62±5转/分钟，快搅自转285±10转/分钟，公转125±10转/分钟，将磷酸镁水泥净浆，浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢，在空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃的环境中放置2～3小时后拆模，拆模后养护7天即得提高钢筋在碳化条件下耐蚀性的水泥保护层，养护后放入碳化箱，碳化箱的co2浓度为3±0.5％，空气湿度rh＝65±5％，温度t＝20±2℃。
对比例
用水灰比为0.4的普通硅酸盐水泥净浆与本发明作为对比，将泥浆浇筑到内径为21mm、长度为60mm的圆柱状pvc管中，pvc管正中放有直径为10mm，长度为60mm的hrb400螺纹钢。标准养护室中养护24小时后拆模，拆模后在标准养护室养护。
对普通硅酸盐水泥和实施例1-11制备的磷酸镁水泥净浆进行电化学测试，测试腐蚀电流密度icorr及极化电阻rp，，在测量腐蚀电流密度及极化电阻时，外加△e为±10mv，扫描速率为0.166mv/s，测得的结果如表1和表2所示。
表1钢筋在不同水泥保护层中加速碳化后的腐蚀电流密度icorr/(μa/cm2)
由表1可以看出，随着碳化时间的增加，钢筋的腐蚀电流密度基本呈增加趋势，表明碳化会使得钢筋的腐蚀速率增加。对比普通硅酸盐水泥中的钢筋的腐蚀电流密度，当钢筋在磷酸镁水泥中的腐蚀电流密度较小。尤其是当镁磷比为6-7，硼砂掺量为2-8％，水灰比为0.16时，在加速碳化条件下，钢筋在磷酸镁水泥中的腐蚀电流密度明显低于在普通硅酸盐水泥中时的腐蚀电流密度，表明钢筋的耐蚀性最好。
表2钢筋在不同的水泥保护层中加速碳化后的极化电阻rp/(kω·cm2)
由表2可以看出，随着碳化时间的增加，钢筋的极化电阻基本呈降低趋势，表明碳化会破坏钢筋的钝化膜。对比普通硅酸盐水泥中的钢筋的极化电阻，当钢筋在磷酸镁水泥中的极化电阻更大，表明钢筋在磷酸镁水泥中生成的磷酸亚铁保护层比普通硅酸盐水泥中钢筋表面的钝化层保护钢筋的作用更好。尤其是当镁磷比为6-7，硼砂掺量为2-8％，水灰比为0.16时，在加速碳化条件下，钢筋在磷酸镁水泥中的极化电阻明显高于在普通硅酸盐水泥中时的极化电阻，该配比的磷酸镁水泥中钢筋的耐蚀性最好。
对普通硅酸盐水泥和实施例1-11制备的磷酸镁水泥净浆在加速碳化后量电化学阻抗谱时，选用的扫描频率为100khz～10mhz，振幅为10mv，扫描速率为5mv/s，每个周期取5个点，测得的高频区(100khz)的阻抗模量结果如表3所示：
表3不同水泥在加速碳化后高频区(100khz)的阻抗模量|z|/(ω·cm2)
从表3可以看出，随着碳化的进行，普通硅酸盐水泥及磷酸镁水泥在高频区的阻抗模量基本呈增加趋势，并且磷酸镁水泥的阻抗模量高于普通硅酸盐水泥的阻抗模量，表明磷酸镁水泥对电荷和物质传输的阻碍更强，能明显提高对钢筋的保护能力。
从上述测试结果可以看出，在加速碳化条件下，磷酸镁水泥中的钢筋的耐蚀性较普通硅酸盐水泥中钢筋的耐蚀性好，在高频区磷酸镁水泥的阻抗模量较普通硅酸盐水泥的阻抗模量高，对钢筋的保护作用强。当磷酸镁水泥的氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比为6-7、硼砂掺量为2-8％及水灰比为0.16时，在该配比下，磷酸镁水泥对在碳化条件下钢筋的耐蚀性最好，并且明显优于普通硅酸盐水泥。