[发明专利]一种钢筋阻锈剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型钢筋阻锈剂，具体包括一种羟基酰胺类化合物、及其与有机羧酸或有机羧酸盐的组合物作为钢筋阻锈剂的应用，属于建筑材料技术领域。

背景技术

钢筋混凝土作为最主要的土木工程结构，建设规模越来越大。然而，随着全球气候变化以及混凝土服役环境的日趋恶劣，混凝土结构的腐蚀破坏将给国民经济带来巨大的损失。这其中钢筋锈蚀作为混凝土结构腐蚀破坏的主要原因，已经受到国内外科技工作者的广泛关注。而钢筋阻锈剂被认为是解决这一问题有效，经济且方便的方法之一。

钢筋阻锈剂主要分为无机阻锈和有机阻锈剂。无机阻锈剂主要包括亚硝酸盐、铬酸盐等，形成较为成熟产品的主要是亚硝酸盐类钢筋阻锈剂。专利US 6340438和US 5527388中曾报道亚硝酸盐具有明显的腐蚀抑制效果。但该类物质本身具有毒性以及使用不当可能导致的腐蚀加速等缺陷，欧洲大部分国家已明确禁止其在基础设施和海洋工程建设中作为阻锈剂使用。

有机阻锈剂主要包括有机胺、醇胺、有机酸或酯等，由于其自身具有的环保、高效以及结构设计性强等优势，目前已成为国内外研究的热点，正逐步成为替代亚硝酸盐的新型阻锈剂。如专利US5916483和EP34807中提到将有机胺或醇胺与无机或有机酸的反应物掺入到水泥基材料应用，并证实了其具有较好的阻锈效果。此类有机物主要通过N、O杂原子基团在钢筋表面吸附，排除吸附的氯离子，从而起到阻锈作用。然而，这类分子通常具有较高的饱和蒸汽压，极易挥发，使用过程中有效利用率低。ZL20081010234924.2报道了一种无碱非亚硝酸盐混凝土钢筋阻锈剂，主要为葡萄糖酸锌、硅酸锂以及苯甲酸铵和低分子量(醇)胺类混合物，这些物质的简单混合并不会对其各自的吸附能力有明显的增强作用。此外，目前使用的阻锈剂多对氯离子腐蚀具有一定的抑制作用，对于受碳化引起的钢筋锈蚀作用效果较弱。我们的研究也发现，目前通用的醇胺型阻锈剂分子不仅对临界氯离子浓度提升效果不够明显，同时很难有效抑制碳化对钢筋的腐蚀加速。有必要研究和开发一种新型钢筋阻锈剂，不仅能明显抑制氯盐导致的钢筋锈蚀，提升临界氯离子浓度；同时还能有效预防碳化或碳化和氯盐耦合导致的钢筋锈蚀加速。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型钢筋阻锈剂，使其应用于钢筋混凝土结构中时，不仅能够有效抵御高浓度侵蚀性离子(Cl^-等)对钢筋钝化膜的破坏，也能有效抵御CO₂等酸性介质对钢筋的锈蚀。同时解决低分子量醇胺存在的吸附能力弱及挥发性大等问题，有效提升阻锈剂的阻锈效率和抗离子腐蚀能力、扩大阻锈剂的应用范围。

本发明的新型钢筋阻锈剂，包括一种具有羟基酰胺结构的有机化合物、及其与有机羧酸或有机羧酸盐的组合物。

其中的羟基酰胺，因其绿色环保、强酸或强碱环境下结构稳定和可设计性强等优点，目前已成为金属抗CO₂、酸或盐腐蚀的研究热点。但该类物质在混凝土体系中对钢筋腐蚀的抑制还未见相关研究和报道。我们通过对该类分子结构的设计和调控，惊奇的发现无论其在碱性氯盐或碳化环境下均具有非常明显的抑制钢筋的腐蚀。尤其是具有多羟基结构的酰胺类有机物，其自身具有的多羟基及阻挡层结构，能够更好的在钢筋表面形成致密吸附膜，大大提升不同腐蚀环境下钢筋的耐腐蚀性能。同时，该类有机物的分子量及物理性能可调性大，能够有效解决低分子醇胺吸附能力弱、挥发性大等弊端。此外，多羟基酰胺化合物相比于现有的有机磷、高挥发性的有机醇胺更加环保、高效，应用范围更广。

本发明提供了一种新型钢筋阻锈剂，所述钢筋阻锈剂为具有羟基酰胺结构的化合物，所述的羟基酰胺结构符合下述通式：

其中，m是0到7的整数；当R₁与R₂基团相同时，R₁可以选自甲基、乙基、丙基、丁基、羟乙基；当R₁为H、乙基羧基或乙基磺酸基时，R₂是羟乙基或C原子数从4到18的烷基或芳基，并且R₂不仅仅是直链烷基及芳基，也可以是带有支链的烷基，烷芳基或芳烷基；R₃是H、羟基或C原子数从1到18的烷基或芳基。

本发明所述钢筋阻锈剂为具有通式(I)所述羟基酰胺结构的化合物与有机羧酸或有机羧酸盐的组合物，所述有机羧酸的结构符合下述通式：

其中，m是0到7的整数；R₃是H、羟基或C原子数从1到18的烷基或芳基；