环保型钢筋混凝土缓蚀剂及其制备方法和应用

1.本发明属于金属腐蚀与防护领域，具体涉及一种环保型钢筋混凝土缓蚀剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.钢筋混凝土具有抗压强度高、成本较低、可模性好等优势，被广泛应用于工程建造。通常，混凝土孔隙液的高碱性使钢筋表面钝化，形成致密氧化膜。然而，海洋环境中的钢筋混凝土容易遭受环境中氯离子的侵蚀。氯离子将破坏钢筋表面的钝化膜，生成的锈蚀产物体积可膨胀6～7倍，巨大的膨胀应力将导致混凝土开裂。因此，钢筋混凝土的腐蚀对海洋基础工程的安全性、耐久性和可靠性带来极大威胁。缓蚀剂作为一种有效的防腐策略，在钢铁的防腐中得到了广泛的应用。现有的缓蚀剂多为铬酸盐、聚磷酸盐、钼酸盐等无机缓蚀剂或吡啶、嘧啶、咪唑等有机缓蚀剂。现有的缓蚀剂存在成本高、毒性大、难降解等缺陷。提取物缓蚀剂具有环境友好和价廉易得等特性。因此，开发高效、廉价、环保的缓蚀剂已成为当务之急。
3.近年来，从植物中获取提取物作为金属缓蚀剂已成为缓蚀剂领域的研究热点。许多植物提取物作为钢筋在酸性条件下的缓蚀剂，具有良好的缓蚀效率，譬如槟榔叶、鹅不食草、艾草等。然而，目前专利报道的植物提取物作为在混凝土条件下对钢筋的缓蚀剂较少，且相关提取方法具有复杂，流程长，效率低，获得的提取物难溶解，且易腐烂变质等问题。
4.八角金盘属五加科伞形目植物，原产于日本南部，中国华北、华东及云南昆明庭院，其药用价值较高，中医常用于化痰止咳、化瘀止痛。八角金盘含有树皂甙、齐墩果酸、阿拉伯糖甙等成分，富含大量的n、p等杂原子，其活性基团可起到抗氧化、抗腐蚀的有效作用，目前尚无八角金盘提取物作为钢筋混凝土缓蚀剂的相关研究报道。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一，在于提供一种在混凝土条件下不易腐蚀的钢筋，该钢筋在所述混凝土条件下相较于普通情况具有更高的缓蚀效率。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.所述的钢筋接触的是含有缓蚀成分的混凝土；所述的缓蚀成分为八角金盘提取物。
8.本发明的目的之二，在于提供一种上述的混凝土。
9.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
10.所述的混凝土由八角金盘提取物和辅料组成。
11.本发明的目的之三，在于提供一种含有上述缓蚀成分的缓蚀剂。
12.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
13.所述的缓蚀剂含有八角金盘水浸提取物和/或八角金盘乙醇提取物。
14.本发明的目的之四，在于提供一种制备上述的八角金盘水浸提取物的方法，该方
法为八角金盘水浸提取物的制备提供了一种新思路。
15.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
16.所述的方法具体包括以下步骤：
17.s1：将清洗除杂过的八角金盘干叶粉碎成粉末；
18.s2：将所述的粉末加入到纯水中进行浸提过滤，得八角金盘水浸提取液；
19.s3：将所述的八角金盘水浸提取液加热浓缩，冷冻干燥，得八角金盘水浸提取物。
20.进一步，s1中所述的粉末粒度为50～300目，所述的水浸提取条件为80℃～100℃，4h；
21.进一步，s2中所述的冷冻干燥具体是将高浓度提取物置于
–
18℃环境预冷冻12～24h，随后转移至
–
60℃的冷冻干燥箱中干燥48h。
22.本发明的目的之五，在于提供一种制备上述的八角金盘乙醇提取物的方法，该方法为八角金盘乙醇提取物的制备提供了一种新思路。
23.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
24.所述的方法具体包括以下步骤：
25.s1：将清洗除杂过的八角金盘干叶粉碎成粉末；
26.s2：将所述的粉末进行加入乙醇中进行浸提过滤，得八角金盘乙醇提取液；
27.s3：将所述的八角金盘乙醇提取液加热浓缩，鼓风干燥，得八角金盘乙醇提取物。
28.进一步，s1中所述的粉末粒度为50～300目，所述的乙醇提取条件为75℃～78℃，4h；
29.进一步，s2中所述的加热方式为65℃鼓风干燥12～24h。
30.本发明的目的之六，在于提供一种用上述的方法制备的八角金盘水浸提取物。
31.本发明的目的之七，在于提供一种用上述的方法制备的八角金盘乙醇提取物。
32.本发明的目的之八，在于提供一种提高钢筋在混凝土条件下抗腐蚀能力的方法。
33.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
34.在所述的混凝土中加入上述的八角金盘水浸提取物和/或上述的八角金盘乙醇提取物。
35.本发明的有益之处在于：
36.1)本发明制备的缓蚀剂在混凝土模拟溶液中对钢铁的缓蚀效率高于85％，能有效抑制钢筋在混凝土中的腐蚀速率。
37.2)本发明制备的缓蚀剂为植物提取物，具有可生物降解的特性，对环境影响较小。
38.3)本发明所采用的缓蚀成分八角金盘资源丰富，提取方法简便、经济环保、成本低廉，生产效率高，适合高盐腐蚀环境中钢筋混凝土的腐蚀防护，应用前景广阔。
附图说明
39.图1为八角金盘水浸提取物制备工艺流程图。
40.图2为八角金盘乙醇提取物制备工艺流程图。
41.图3为实施例3样品1、实施例4样品2和实施例5对照组在混凝土模拟液中的电化学阻抗谱。
42.图4为实施例3样品1、实施例4样品2和实施例5对照组在混凝土模拟液中的动电位
极化曲线。
具体实施方式
43.以下将对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
44.实施例1.八角金盘水浸提取物的制备
45.1)用去离子水反复清洗八角金盘叶片，去除表面尘土杂质，鼓风干燥备用；
46.2)将八角金盘干叶粉碎成粉末，粉末粒径为：50～300目；
47.3)将八角金盘粉末加入80～100℃去离子水中，水浸提取4h；
48.4)采用300目脱盐无纺布过滤八角金盘水浸提取液，加热浓缩得到高浓度的八角金盘提取液；
49.5)将高浓度八角金盘提取液通过冷冻干燥的方式，得到干燥的固态八角金盘水浸提取物；
50.6)将得到的固态八角金盘水浸提取物真空包装，真空度1
×
10
–1～2
×
10
–1pa，以便长期储存。
51.实施例2.八角金盘乙醇提取物的制备
52.1)用去离子水反复清洗八角金盘叶片，去除表面尘土杂质，鼓风干燥备用；
53.2)将八角金盘干叶粉碎成粉末，粉末粒径为：50～300目；
54.3)将八角金盘粉末加入75～78℃乙醇中，乙醇提取4h；
55.4)采用300目脱盐无纺布过滤八角金盘乙醇提取液，加热浓缩直至得到高浓度固态提取物；
56.5)将得到的固态八角金盘乙醇提取物真空包装，真空度：1
×
10
–1～2
×
10
–1pa，以便长期储存。
57.实施例3.钢筋样品1的制备
58.通过线切割将钢筋样品(牌号：hpb235)加工成1cm3的立方块，并将该立方块的侧面用环氧树脂密封，上端连接铜电线，下端为工作面，使用200～7000#砂纸逐级打磨工作面至镜面；配制0.07409g/l ca(oh)2、8g/l naoh、33g/l koh、35g/l nacl作为混凝土模拟液；将实施例1制备的八角金盘水浸提取物按1g/l加入到混凝土模拟液中，制得钢筋样品1，并进行腐蚀性能测试。
59.实施例4.钢筋样品2的制备
60.通过线切割将钢筋样品(牌号：hpb235)加工成1cm3的立方块，并将该立方体的侧面用环氧树脂密封，上端连接铜电线，下端为工作面，使用200～7000#砂纸逐级打磨工作面至镜面；配制0.07409g/l ca(oh)2、8g/l naoh、33g/l koh、35g/l nacl作为混凝土模拟液；将实施例2制备的八角金盘乙醇提取物按0.2g/l加入到混凝土模拟液中，制得钢筋样品2，并进行腐蚀性能测试。
61.实施例5.钢筋样品对照组的制备
62.通过线切割将钢筋样品(牌号：hpb235)加工成1cm3的立方块，并将该立方体的侧
面用环氧树脂密封，上端连接铜电线，下端为工作面，使用200～7000#砂纸逐级打磨工作面至镜面；配制0.07409g/l ca(oh)2、8g/l naoh、33g/l koh、35g/l nacl作为混凝土模拟液；不添加八角金盘提取物作为对照组，制得钢筋样品3，同样进行腐蚀性能测试。
63.实施例6.电化学阻抗谱测试
64.电化学阻抗谱是给电化学体系施加一个频率不同的小振幅的交流电势波，测量交流电势与电流信号的比值(此比值即为系统的阻抗)随正弦波频率的变化，或者阻抗的相位角随正弦波频率的变化，进而分析电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。
65.本实施例中电化学阻抗谱测试采用扰动幅度为10mv的正弦交流电压，测试的频率范围为100khz～10mhz。对实施例3样品1、实施例4样品2和实施例5对照组进行阻抗谱测试，结果如图3所示，电化学阻抗谱由实部和虚部组成，以阻抗实部为横坐标，阻抗虚部为纵坐标作图，圆弧半径越大，电化学阻抗越大，耐腐蚀性能越好。
66.图3中三条曲线分别表示实例样品1、实例样品2和对照组在200ml混凝土模拟液中的电化学阻抗谱，实例样品1和实例样品2的曲线半径比对照组都大。其中对照组样品的阻抗值为9054ω；实例样品1的阻抗值为87210ω，缓蚀效率为90％；实例样品2的阻抗值为41794ω，缓蚀效率为78％。可见，两种提取方法制备的八角金盘提取物都明显提高了钢筋的耐腐蚀性。
67.实施例7.动电位极化曲线测试
68.对实施例3样品1、实施例4样品2和实施例5对照组进行动电位极化曲线测试，结果如图4所示,动电位极化曲线包含了阴极反应和阳极反应的极化曲线。
69.图4中三条曲线分别代表实例样品1、实例样品2和对照组的tafel曲线。当加入缓蚀剂后，实例样品1和实例样品2的腐蚀电位发生一定程度的正移，阳极反应的电流密度减小，钝化区范围变大。这是由于阻锈剂的加入，增加了电极的电荷转移电阻，从而抑制了腐蚀反应的发生。其中对照组样品的电流密度为4.22μa/cm2；实例样品1的电流密度为0.5μa/cm2，缓蚀效率为88％；实例样品2的电流密度为0.93μa/cm2，缓蚀效率为78％。可见，两种提取方法制备的八角金盘提取物都明显提高了钢筋的耐腐蚀性。
70.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。