180 0169 1835 186 0219 9976
首页 > 企业动态 > 行业技术 > 浅析迁移型防腐阻锈剂FH-FX1121
浅析迁移型防腐阻锈剂FH-FX1121

摘要

阻锈剂可以减缓混凝土中的钢筋锈蚀,提高混凝土的耐久性。传统的硝酸盐阻锈剂因外界腐蚀物质的不断侵入发生失效,而且硝酸盐材料有毒。急需研发一种新型阻锈剂取代传统亚硝酸盐类阻锈剂。本文通过研究阻锈剂的作用机理,研发了一种迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121FH-FX1121配方不含亚硝酸盐成分,在混凝土中具有迁移性能,为绿色环保材料。

关键词:钢筋混凝土;混凝土老化;迁移阻锈剂;防腐

1引言

混凝土是一种应用最广泛的结构工程材料,钢筋混凝土是混凝土应用的一种重要结构形式,现代混凝土设计已由传统的重强度标准转变为以混凝土耐久性标准进行设计。混凝土的耐久性的研究逐步深入。

1.1筋混凝土耐久性

混凝土耐久性指混凝土在使用环境、自然环境及材料内部因素的物理或化学作用下,保持混凝土自身工作能力的性能。影响钢筋混凝土耐久性的主要因素有钢筋锈蚀、混凝土碳化、碱骨料反应、混凝土的抗冻性及抗渗性等。

提高钢筋混凝土结构耐久性的措施

要提高钢筋混凝土结构的耐久性,满足耐久性要求,一方面是要求混凝土本身高性能化,降低混凝土的孔隙率,使混凝土有足够的密实性且不出现有害裂缝,从而能够抵挡水分及有害物质的侵入。另一方面则是增强对混凝土中钢筋的保护,为防止钢筋劣化,可采用混凝土外涂层、特种钢筋、阴极保护及钢筋阻锈剂等附加措施的技术方法。

1.1.1混凝土材料的高性能化

1)合理选择水泥品种及粗细骨料

2)配合比的合理控制

3)外加剂的使用

1.12防止钢筋锈蚀的主要措施

1)钢筋保护层或改变材质,如环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、耐蚀钢筋、不绣钢钢筋等。

2)混凝土表面涂层保护。根据所用材料不同分为无机、有机材料涂层。

3)适当增加混凝土对钢筋的保护层厚度

4)电化学保护,阴极保护、电化学除盐电化学重新碱化;

5)钢筋阻锈剂。

近年来,钢筋阻锈剂的研究与工程应用得到了十分迅速的发展。掺用钢筋阻锈剂成为推迟钢筋锈蚀时间及减缓锈蚀速度的通用方法,而且是最简单、经济和效果好的技术措施。

我国在建的青岛海湾跨海大桥中预应力混凝土部分则使用瑞士西卡公司生产的迁移型阻锈剂Sika901,掺量为12Kg/m3

1.2钢筋阻锈剂阻锈机理与分类

钢筋阻锈剂是掺入混凝土、砂浆中或涂刷在混凝土、砂浆表面,能够阻止或减缓钢筋腐蚀的化学物质。钢筋锈蚀剂直接参与界面化学反应,使钢筋表面形成钝化膜或吸附膜,从而抑制混凝土与钢筋界面间发生的阳极或阴极电化学反应。阻锈剂具体的作用方式总体包括:

1)在钢筋表面以物理或化学的方式吸附成膜;

2)通过化学反应在钢筋阳极区重新形成钝化膜;

3)影响或改变钢筋混凝土接触面的介质环境;

4)生成不融盐阻塞孔隙,增大混凝土的密实度。

阻锈剂分类:根据钢筋阻锈剂机理不同,目前的钢筋阻锈剂可分为三种类型,包括阳极型阻锈剂、阴极型阻锈剂以及复合型阻锈剂。

1.2.1阳极型阻锈剂

阳极型阻锈剂是最早出现的阻锈剂种类,该类型阻锈剂的主要代表为亚硝酸盐、络酸盐、钼酸盐等无机盐类。根据电化学反应机理,在发生锈蚀的钢筋混凝土中,阴阳极组成的电化学反应存在得失电子平衡的关系,因此钢筋锈蚀进度与阳极反应或者阴极反应中速度较慢的同步。从这一机理出发,阳极型阻锈剂即是通过抑制或减缓阳极区铁基体失去电子速度,减缓锈蚀的进度,达到阻锈效果。

阳极型阻锈剂以亚硝酸盐为代表,亚硝酸盐中的硝酸根离子和亚铁离子发生化学反应生成Fe2O3

图片1.png 

生成的Fe2O3能在裸露的钢筋表面产生沉淀重新形成钝化膜,从而阻止或延缓腐蚀的进一步发生。

以上反应可以看出,NO2-是在Fe已经事情电子的基础上,并且在含有氢氧根离子的条件下才能对钢筋钝化膜进行修补,这说明:

1)在氯盐环境下,氯离子的破坏作用与亚硝酸钠的成膜修补作用同时进行,只有当“修补”作用大于“破坏”作用时,钢筋锈蚀才会停止;

2NO2-的修复作用需要在碱性环境中进行,当混凝土结构因发生碳化等原因导致碱性降低时,NO2-的修复功能将不再体现;

综上所述,亚硝酸盐类阻锈剂在阻锈过程中,是在逐渐自我消耗,结构服役后期混凝土中OH-浓度由于Cl-CO2的继续侵入而降低,设计人员是以加大亚硝酸盐掺量的方式来提高阻锈效果,但是亚硝酸盐是致癌物质,在一些发达国家已经不再使用。

1.2.2阴极型阻锈剂

阴极型阻锈剂主要是通过阻止或减缓钢筋阴极反应达到阻锈效果。这类阻锈剂达到一定浓度时,可使阴极区钢筋保持钝化状态,从而起到抑制或减缓阴极反应的作用。

阴极型阻锈剂能够与液相中的某些离子发生反应生成难溶的盐,在“阴极区”形成保护膜,增大了电阻,同时阻止氧气的侵入,减缓了电化学腐蚀速度。

常用的阴极型阻锈剂包括磷酸盐类阻锈剂、脂肪酸酯阻锈剂等。

1.2.3复合型阻锈剂

复合型阻锈剂是同时在电化学腐蚀的阴极区、阳极区发挥作用的阻锈剂种类,一般由几种可发挥协同作用的钢筋阻锈成分组成。保护方式包括:

1)通过物理或者化学吸附方式在钢筋阴极区和阳极区同时形成保护层;

2)增大钢筋附近混凝土环境的电阻率;

3)调节混凝土的PH值;

4)提高混凝土的密实度。

迁移型阻锈剂MCI是目前较为前沿的复合型阻锈剂,涂抹在混凝土表面,通过混凝土孔隙中气相和液相扩散到钢筋表面形成吸附膜从而产生阻锈作用。

迁移型缓蚀剂作用机理

迁移型钢筋阻锈剂一般是复合型钢筋阻锈剂,即阻锈剂分子不仅可以在钢筋表面的阳极吸附也可以在钢筋表面的阴极吸附,最终形成保护膜。最终迁移型阻锈剂有机胺分子结构中,氨基团中氮能以配位键与金属表面结合。因此,与水分子相比,MCI的结合能要高许多。

表一.水分子与MCI分子对金属表面结合能的比较

图片2.png 

MCI作用机理如下:MCI分子在混凝土中通过孔结构中气相和液相扩散至钢筋表面,即而将钢筋表面吸附的水分子和氯离子排挤出去,形成物理-化学结合的表面吸附膜,对钢筋起到保护作用。所形成的吸附膜,阻碍了金属离子、腐蚀介质、水和氧气向金属表面的渗透,从而起到阻锈效果。

1.3钢筋混凝土防腐阻锈剂的研究及应用现状

1.3.1传统钢筋阻锈剂应用的局限性

掺加阻锈剂保护钢筋混凝土可以追溯到19世纪50年代。早期研究的阻锈剂主要有苯甲酸钠,各种亚硝酸盐和络酸盐等。

虽然早期人们研究的无机盐类阻锈剂都对钢筋有一定阻锈效果,但这些阻锈剂对混凝土物理性能如凝结时间、早期强度、后期强度等有不同程度的负面影响,而且还有毒性。亚硝酸盐当掺量不足时,可能在钢筋表面形成大阴极小阳极,从而使钢筋发生严重的点腐蚀。

1.3.2迁移型阻锈剂的研究应用现状

因为无机亚硝酸盐阻锈剂在环保方面的问题,80年代以来有机阻锈剂得到很大发展,特别是含有各种胺和醇胺以及与其他有机或无机物的复合阻锈剂。美国Cortec公司开发的专利产品如氨基羧酸盐率先将气相缓蚀剂与其他有机阻锈剂复合用于保护钢筋混凝土。由于这类阻锈剂具有在混凝土的孔隙中通过气相和液相扩散到钢筋表面形成吸附膜从而产生阻锈作用的特点,他们将这种阻锈剂命名为迁移型阻锈剂MCI。由于多年的研究工作和在美国、欧洲等地区的工程应用实践,欧洲标准化委员会确认了使用迁移型阻锈剂是一种有效的腐蚀控制方法。

胺基醇类阻锈剂是瑞士西卡公司已使用的缓蚀剂,也属于迁移型阻锈剂,它是通过限制离子在阴极区的运动,隔离有害离子使之不与钢筋接触而达到防腐的目的。

国内对迁移型钢筋阻锈剂的研究处于刚刚起步阶段,还没有成熟的技术。研究表面当掺入水泥质量3%的乙醇胺时,乙醇胺对钢筋起到较好的阻锈作用。当迁移型阻锈剂涂刷于混凝土表面时,其能够在较短时间内通过迁移作用渗透到混凝土内部,并到达钢筋表面起到保护作用。


2、迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121的制备

迁移型阻锈剂成分设计原理

目前商用的迁移型阻锈剂主要以胺、醇胺及其酯或盐的混合型水溶液或水乳体系。作为迁移型阻锈剂,应具备以下条件:

主要阻锈成分的分子必须能够与钢筋产生良好的结合力和稳定的键合作用,并且能够形成疏水的保护膜,抑制腐蚀离子对钢筋的侵蚀作用;

成分具有在水中较好的溶解度和在混凝土中的渗透迁移能力;

成分应无毒或低毒,绿色环保。

阻锈剂的主要成分及制备

主要成分包括:水、钼酸盐、乙醇胺、甲醛、乙二胺、二甲基乙醇胺等

制备:采用乙醇胺、甲醛等按一定比例缩合得到缩合物A。采用乙二胺与甲醛缩合得到缩合物B。然后将缩合物A与缩合物B与二甲基乙醇胺等按一定比例复合成迁移型阻锈剂。

 

 

 

3、迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121性能研究

3.1盐水溶液中迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121性能

3.1.1不同Cl-含量下阻锈剂性能

试验材料是建筑用直径d=10mm的圆钢,分别侵入到不同浓度的NaCl溶液中,经过6天后,计算失重率。

表二.不同氯离子浓度钢筋的失重率对照

图片3.png 

3.1.2不同阻锈剂掺量的阻锈性能

将钢筋放置于浓度为NaCl浓度为3.5%的饱和氢氧化钙溶液中,分别掺加阻锈剂的质量为0g1g1.5g2.0g2.5g3g经过一段时间后,称重计算缓蚀率。

图片4.png 

1 不同阻锈剂掺量下的缓蚀率

由图可以发现,随着阻锈剂掺量的增加,阻锈剂对钢片的缓蚀率逐渐增大,有个最佳掺量,超过这个最佳掺量值后,随着阻锈剂的掺量增加,缓蚀率趋于稳定。

 

3.1.3阻锈剂与现有阻锈剂的阻锈性对比试验研究

现国内迁移型钢筋混凝土阻锈剂品种繁多,对比国外产品MCI1MCI2;国内产品MCI3,将钢片浸入3.5%NaCl的饱和氢氧化钙溶液中,环境稳定为25℃,观察溶液颜色变化、试样表面状态及锈蚀情况。

表三.几种阻锈剂性能对比

图片5.png 

3.2混凝土中迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121性能

3.2.1不同掺量阻锈剂的阻锈性能研究

由于混凝土中钢筋锈蚀一般需要较长时间,试验采用加速钢筋锈蚀的方法研究阻锈剂对钢筋的保护作用。在混凝土配比一定下,阻锈剂的掺量分别为0%1%2%3%4%5%。在配制的混凝土中放入一定量的圆钢。

表四.混凝土配合比

图片6.png 

结果表明:空白组试块中的钢筋表面出现了大面积的锈蚀。掺入1%阻锈剂在钢筋表面发生了轻微锈蚀,当掺入2%以上时钢筋得到较好的保护。


4.阻锈剂对混凝土性能影响研究

阻锈剂对混凝土的性能影响是考察阻锈剂性能的重要因素之一。传统的亚硝酸该会影响混凝土早期强度,亚硝酸钠会影响混凝土后期强度,引起碱骨料反应,但对混凝土流动性有一定促进作用,本文研究了迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121对混凝土流动性、强度、耐久性、收缩性能的影响。

表五.混凝土配合比

图片7.png 

4.1 FH-FX1121对混凝土强度的影响

图片8.png图片9.png 

2 掺入FH-FX1121后混凝土7天和28天强度对比

掺有FHFX1121(MCI)阻锈剂的混凝土抗压强度明显提高,这是因为阻锈剂含有胺类功能团,对水泥水化起到促进作用,减少混凝土内部缺陷,进而提高了混凝土抗压强度。

4.2 FH-FX1121对混凝土流动性的影响

表六.掺入FH-FX1121MCI)后混凝土坍落度变化对比(mm

图片10.png 

当掺加有FH-FX1121时,混凝土坍落度增大10~20mm混凝土的流动性得到了明显的改善,而且从 实验现象来看,混凝土的流动性剂粘聚性都得到了改善,这主要是由于胺及醇胺分子具有络合性,起到了减水剂的作用。

4.3 FH-FX1121阻锈剂对混凝土耐久性影响

4.3.1抗碳化性能影响

试验采用GBJ82-85快速碳化法,混凝土试块养护好后移入碳化箱中,经过28天碳化后取出试件测定碳化深度。

表七.碳化深度表

图片11.png 

可以看出,加入不同种类的阻锈剂的抗碳化能力都得到了提高,国外的sika产品和研发的阻锈剂FH-FX1121抗碳化能力较强。

4.32抗氯离子渗透性能影响

   对比了迁移型阻锈剂FH-FX1121MCI)及国外sika901Mucis产品掺入对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。

表八.混凝土配合比

图片12.png 

表九.各组试块氯离子扩散系数

图片13.png 


5、迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121的特点

不含亚硝酸盐成分,绿色环保

防腐、阻锈多重功效

即可用于新拌混凝土的添加剂,也可涂覆混凝土表面

施工简便


6、迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121的应用

FH-FX1121为溶液态产品,按照现场施工要求进行掺入或者涂覆使用。特别适合钢筋混凝土因为化冰盐、盐碱地等由于氯盐引起混凝土钢筋锈蚀的修补和防护。

迁移型防腐阻锈剂-法赫中国 

3 FH-FX1121工程上的应用,图中是绑扎好的钢筋骨架,后续灌入掺有阻锈剂的混凝土


7、迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121的技术数据

表十.FH-FX1121技术参数

序号

检验项目

单位

技术指标

1

盐水浸渍试验

mV

无锈蚀,电位为-213

2

干湿冷热

-

60次,无锈蚀

3

电化学综合试验

-

合格


8、迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121的使用方法与注意事项

8.1迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121的使用方法

本品可与其他混凝土外加剂配合使用;

使用本品掺入新拌混凝土时,推荐掺量为胶结材料总量的1.8~2.2%

 

8.2迁移复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121的注意事项

该产品宜在5~35℃环境下使用;

本产品弱碱性,不得与人体直接接触,施工过程中应做好人体防护,且应置于儿童所能够及范围之外,如不慎入眼、入口,请用清水冲洗;

本产品密闭储存,超过保存期应进行检测以确定是否可以继续使用;

使用过程中有任何问题可随时向供应商咨询

包装储存

本品采用桶装,200kg/桶或1t/桶;

本品存放于阴凉干燥处,避免暴晒;

本品避免因为雨淋漏水及杂物混入而影响使用效果;

本品保质期为六个月


9.结论

本文介绍了一种迁移型复合型钢筋阻锈剂FH-FX1121,可以用于新拌混凝土或涂覆混凝土表面,阻锈剂通过渗透迁移到混凝土钢筋表面形成钝化膜或吸附膜,阻止或减缓钢筋的锈蚀。配方采用胺与醇胺类物质复合配方,不含亚硝酸盐成分,与传统的亚硝酸盐阻锈剂相比,防腐效果更好,无毒、绿色环保。

 

 

 

 

参考文献

[1]谢昶等.钢筋混凝土阻锈剂技术研发进展,材料导报2014.7

[2]洪乃丰.混凝土中钢筋腐蚀与防护技术,工业建筑,199910

[3]王胜先.新型混凝土钢筋阻锈剂的合成与阻锈机理研究,浙江大学博士论文,1999

 


桥隧检测仪器 桥隧养护机具 桥隧维修材料 桥隧设备租赁 桥隧养护工程 桥隧定期检测
分享到: 更多
|桥隧检测仪器|桥隧养护机具|桥隧维修材料|桥隧设备租赁|桥隧养护工程|桥隧定期检测
浅析迁移型防腐阻锈剂FH-FX1121法赫中国 |上海法赫桥梁隧道养护工程技术有限公司