[发明专利]包括水泥基质和镀锌金属元件的增强结构

说明书

发明领域

本发明涉及用镀锌金属元件增强的水泥基质，和涉及用于增强水泥基质的镀锌金属元件。

本发明进一步涉及在采用镀锌金属元件增强的混凝土的硬化过程中抑制氢气放出的方法。

发明背景

众所周知，包含金属元件如钢纤维的钢筋混凝土例如可以给予基质所需的拉伸特性。

由于裸露的钢纤维会遭受腐蚀，因此建议使用镀锌钢纤维以便赋予纤维长期的耐腐蚀性。镀锌的增强性钢元件尤其适用于增强用于建造目的的混凝土，其中钢筋混凝土在建造开始之前将暴露于气相条件下，例如在预制建造中。

然而，在混凝土中使用镀锌钢纤维产生的问题是：在混凝土硬化过程中，钢元件的镀锌表面将与碱性混凝土反应以形成锌盐，伴随着氢气的放出。

氢气放出导致美学问题以及强度和耐久性的问题。

由于氢气在金属元件和混凝土的界面处放出，金属元件和混凝土之间的粘结强度降低。这导致钢筋混凝土的强度降低。

由于锌或锌合金镀层在碱性环境中的反应，锌或锌合金镀层的厚度减少，从而导致耐久性的问题。

混凝土中的镀锌钢纤维的问题描述于“Effect ofchemical-physical interaction between galvanized steel fibresand concrete”，T.Belleze，R.Fratesi，C.Failla，6^thRILEMSymposium on Fibre-Reinforced Concretes(FRC)BEFIB 2004，20-22September2004，239-248。

为防止氢气的放出，可以钝化锌表面。这可以通过用铬基化合物处理镀锌钢元件而实现。天然存在于混凝土中的铬酸盐也可以足够保护镀锌钢元件。

然而，近年来人们已经认识到六价铬引起的严重环境问题和健康问题。因此，已经严格限制了六价铬在众多工业工艺及产品如水泥和混凝土中的使用量。

其它保护镀锌钢的尝试包括施涂环氧树脂涂层到镀锌钢上。涂有环氧树脂涂层的镀锌钢用于增强混凝土例如描述在JP 53-078625中。

环氧树脂涂层可以单独作为阻挡层起到隔离腐蚀性环境的作用。如果环氧树脂涂层中存在缺陷，侵蚀剂可以通过该缺陷渗透过阻挡层，腐蚀将集中在这些区域上。涂层中的缺陷将因此引起局部的氢气放出，并将导致粘结强度的损失。

因为薄膜必须没有孔隙、裂纹和受损区域，环氧树脂涂层的完整性因此是重要的。

环氧树脂涂层易碎。因此，环氧树脂涂布的金属元件在储存、输送和处理时必须非常小心地处理。

因为增强元件在混凝土中的混合是剧烈的操作，从而增强元件表面上的局部损坏是不可避免的，对于混凝土的增强而言，使用环氧树脂涂布的金属元件不是一个好的选择。

已经试验了许多本领域已知的缓蚀剂如磷酸盐、硅酸盐、硅烷、碳酸盐和碳酸、硫化物和巯基衍生物、胺和磺酸盐。然而，这些缓蚀剂没有产生满足要求的结果，因为它们不能避免氢气的放出。

因此，在不使用铬化合物并且不需要100％密闭的阻挡性涂层的条件下获得对锌或镀锌金属元件的充分保护仍然是一个问题，并且仍然需要有效的方案。

发明概述

本发明的一个目的是提供包括水泥基质和镀锌金属元件的增强结构，避免现有技术的缺点。

本发明的另一个目的是提供不含六价铬的增强结构。

本发明的又一个目的是提供用于增强水泥基质的镀锌金属元件。

本发明的仍然又一个目的是提供抑制在水泥基质硬化过程中分散在水泥基质中的镀锌金属元件界面处放出氢气的方法。

此外，本分明的一个目的是提供提高分散在水泥基质中的镀锌金属元件的短期腐蚀保护的方法。

根据本发明的第一个方面，提供了包括水泥基质和镀锌金属元件的增强结构。

将镀锌金属元件引入水泥基质中，并被水泥基质包围，产生镀锌金属元件-水泥基质的界面。

根据本发明的增强结构包括至少位于镀锌金属元件和水泥基质的界面处的给予镀锌金属元件阴极保护的化合物。该化合物选自咪唑、三唑和四唑。

该化合物的主要功能是在该增强结构的混合、倾倒、固化和/或硬化过程中避免在镀锌金属元件和水泥基质界面处的氢气放出。

其中金属元件的镀锌表面需要保护的关键时期是水泥基质进行硬化的时期，即浇铸后的第一个24小时直到第一个72小时。

为获得镀锌金属元件的充分保护，根据本发明的化合物优选以0.005～2％的浓度存在，例如为0.04～0.2％。该浓度是相对于用于制备水泥基质的混合水以wt％表示。