一種具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有自防銹作用的混凝土用鋼纖維的制備方法。本發(fā)明所述的具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑的組成包括：有機(jī)硅烷、醇、阻銹組分和水。本發(fā)明通過在鋼纖維表面吸附阻銹組分并形成致密的憎水保護(hù)膜，使鋼纖維不但能在大氣環(huán)境中有很好的防腐蝕效果，在有氯鹽污染的混凝土中也會(huì)表現(xiàn)出良好的自身防銹功能，并且所形成的保護(hù)膜不影響鋼纖維與混凝土的粘結(jié)力，因而不會(huì)影響鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、阻裂作用。
【專利說明】一種具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混凝土用鋼纖維領(lǐng)域，更具體地，本申請(qǐng)涉及一種能夠自防銹的鋼纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土用鋼纖維的應(yīng)用環(huán)境特殊，在混凝土拌合過程中與水泥、石子、砂、水等原材料拌合，隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行與混凝土基體粘結(jié)并形成一個(gè)整體，從而起到提高混凝土強(qiáng)度、防止混凝土開裂(即增強(qiáng)、阻裂)等作用，因而鋼纖維與混凝土基體的粘結(jié)性能極為重要。
[0003]鋼纖維在應(yīng)用之前長期儲(chǔ)存通常會(huì)出現(xiàn)表面銹蝕，拌合進(jìn)入混凝土中會(huì)直接影響其阻裂、增強(qiáng)作用的發(fā)揮；澆筑于混凝土中后，暴露在混凝土表面的鋼纖維受環(huán)境中水分、氧氣的作用也常出現(xiàn)銹蝕，生成黃色銹蝕產(chǎn)物，影響結(jié)構(gòu)美觀；此外，在含鋼纖維的混凝土結(jié)構(gòu)若在含氯鹽的侵蝕環(huán)境中服役，也可能因?yàn)槁塞}的侵入而出現(xiàn)銹蝕。鋼纖維的防銹對(duì)于保證其對(duì)混凝土的增強(qiáng)、阻裂作用具有重要意義。
[0004]金屬，尤其是鋼鐵的防銹早已受到廣泛重視。最常見且簡便的防銹大多通過在鋼材表面涂覆油類物質(zhì)實(shí)現(xiàn)，但這種處理方法會(huì)嚴(yán)重破壞兩者間的粘結(jié)性能，因而無法用于鋼纖維的防銹處理。
[0005]ZL200810054643.9公開了采用丙烯酸酯乳液或水性聚氨脂乳液為成膜物配以緩蝕劑和助劑等組分的水性防銹劑。盡管經(jīng)過短期試驗(yàn)證實(shí)涂覆后螺紋鋼與混凝土的握裹強(qiáng)度大于未涂覆的，但在混凝土 PH>13的強(qiáng)堿性環(huán)境中，上述乳液形成的保護(hù)薄膜極易發(fā)生水解而導(dǎo)致其保護(hù)作用失效。
[0006]ZL200710010247.1公開了羧酸鹽、乙醇胺、硼酸類與聚乙二醇組成的防銹劑。但由于混凝土中存在大量的Ca2+，會(huì)羧酸鹽中的羧酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而沉淀，從而嚴(yán)重影響防銹劑的作用效果。
[0007]ZL200810101779.0也提出由混合醇胺、無機(jī)堿、防銹劑、銅合金緩蝕劑、殺菌防腐
劑、消泡劑、去離子水等組成的水基金屬防銹劑組合物。該發(fā)明主要應(yīng)用于鋼材加工工序間的防銹。
[0008]ZL201010579818.5發(fā)明了一種在鋼板表面短期防銹蝕覆膜的工藝方法。將
0.5%~5%草酸鉀、1.2%~5.5%甘氨酸鋅、1.5%"3%EDTA,0.3%~2.5%鈦螯合劑、15%~20%聚氧乙烯醚乳液配制成環(huán)保型有機(jī)水溶性防銹劑，涂覆在剛生產(chǎn)的鋼板表面，防止鋼板在庫存和運(yùn)輸過程中因?yàn)闅夂蜃兓l(fā)生銹蝕。
混凝土通常 需要長期服役，因而其中鋼纖維防銹的長期效果是核心和關(guān)鍵。上述兩專利中所述的防銹處理作用周期較短，因而在混凝土用鋼纖維的防銹中難以應(yīng)用。
[0009]ZL201110245986.5中公開了一種鋼纖維的防銹方法，主要通過氫氧化鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉的氧化還原反應(yīng)，在鋼纖維表面形成Fe3O4的氧化膜，然后通過與氫氧化鈣混合、干燥后在鋼纖維表面覆蓋CaCO3保護(hù)膜，將其用于摩擦材料的制備中，取得顯著的防銹效果。事實(shí)上，由于混凝土內(nèi)部本身具有較高的堿性，鋼纖維在混凝土中會(huì)自動(dòng)形成上述專利中所述的Fe3O4氧化膜，但實(shí)際應(yīng)用過程中仍會(huì)出現(xiàn)受氯鹽污染的混凝土內(nèi)部鋼纖維銹蝕的現(xiàn)象，說明該發(fā)明中所陳述的防銹方法在無氧存在的樹脂等有機(jī)材料中適用，但在混凝土用鋼纖維中應(yīng)用效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的鋼材防銹劑不能應(yīng)對(duì)受氯鹽污染的混凝土中鋼纖維防銹問題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自身防銹的混凝土用鋼纖維的防銹劑及其制備方法，以及所述鋼纖維防銹劑在鋼纖維制備過程中的應(yīng)用。應(yīng)用該防銹劑后，不但能實(shí)現(xiàn)鋼纖維在大氣環(huán)境中(如儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程)的防銹，還可實(shí)現(xiàn)其在受氯鹽污染的混凝土中的自防銹，且不影響鋼纖維與混凝土基體間的粘結(jié)力，確保其在混凝土中使用時(shí)對(duì)混凝土的增強(qiáng)和阻裂效果。
[0011]本發(fā)明所述的具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑的組成包括:有機(jī)硅烷、醇、阻銹組分和水，其質(zhì)量組成比例如下，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì):
有機(jī)硅烷5-10%
醇20-30%，
阻銹組分0.2-0.5%，
水余量。
[0012]其中，有機(jī)硅烷為兩種硅烷的混合物，可為以下組合中的任意一種，且每種組合中的兩種物質(zhì)的質(zhì)量比為2:1~4:1: 氣丙基二乙氧基硅烷與丙基二乙氧基硅烷 氨丙基三乙氧基硅烷與乙烯基三乙氧基硅烷 二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺與丙基三乙氧基硅烷 二(3-二甲氧基甲娃烷基丙基)胺與乙烯基二乙氧基硅烷 醇可為甲醇、乙醇或異丙醇中的任意一種，
阻銹組分可為苯并三唑、羧基苯并三唑、硫脲中的任意幾種以任意比例混合的混合物。
[0013]本發(fā)明所述具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑的制備方法如下:
將醇溶解于水中，攪拌均勻，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-30%的溶液；加入防銹組分并不斷攪拌，使防銹組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2-0.5% ;然后將硅烷混合物緩慢加入該溶液，使硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%，持續(xù)攪拌2小時(shí)，靜置6h，制備成本發(fā)明中所述防銹液。
[0014]本發(fā)明所述具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑的使用方法如下:
(I)將鋼纖維置于溫度為40°C，清洗劑為5%的氫氧化鈉溶液的超聲波清洗池中，用超聲波清洗15分鐘，取出后用高速風(fēng)機(jī)吹干。
[0015](2)將(I)中清洗完成的鋼纖維于(I)中配制的防銹液中浸泡2分鐘。
[0016](3 )將(2 )處理完成后的鋼纖維在80-90 °C熱風(fēng)中吹干2_4小時(shí)，形成均與致密的防銹膜。
[0017]本發(fā)明的作用原理是:浸泡過程中防銹液內(nèi)所含的防銹分子與鋼發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，牢固吸附于鋼纖維表面；同時(shí)，硅烷一端支鏈水解后產(chǎn)生的硅羥基可與金屬表面反應(yīng)形成M-O-Si (M代表金屬)結(jié)構(gòu)，在此后的烘干過程中，硅烷另一端支鏈相互交聯(lián)，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成均勻的憎水保護(hù)膜，并將防銹組分包裹在保護(hù)膜內(nèi)，從而使鋼纖維具有良好的防銹性能。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
為了評(píng)價(jià)本發(fā)明在氯鹽污染混凝土中的長期效果，在混凝土的制備過程中使用鹽水拌合，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)180d后。具體操作如下:
(I)稱取適量的分析純氯化鈉，將其溶解于自來水中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的氯化鈉溶液。
[0019](2)將(I)中配制的1.0%氯化鈉溶液作為拌合水，參照J(rèn)GJ55中規(guī)定的混凝土配合比進(jìn)行混凝土拌合，所用膠材為江南小野田P.II 42.5水泥，用量380kg/cm3，砂率為42%。鋼纖維摻量為20kg/cm3。
[0020](3)將混凝土拌合物燒筑成型IOOmmX IOOmmX IOOmm的立方體試件,帶模養(yǎng)護(hù)Id后拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至180d。
[0021](4)用壓力機(jī)將養(yǎng)護(hù)180d后的試件壓碎，隨機(jī)選出20根鋼纖維，參照YB/T 9231中銹蝕面積百分率測定方法，測定鋼纖維表面銹蝕率。
[0022]實(shí)施例1:配制含20%異丙醇、0.5%的羧基苯并三唑攪拌均勻后，加入質(zhì)量比為2:1的氨丙基三乙氧基硅烷與丙基三乙氧基硅烷混合物，使硅烷溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。將超聲清洗后的鋼纖維在本溶液中浸泡2分鐘，然后于80°C熱風(fēng)中吹干2小時(shí)。按照CECS13-2009《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測試鋼纖維與水泥砂漿間粘結(jié)力，使用鹽水拌合混凝土評(píng)價(jià)鋼纖維在氯鹽污染混凝土中的自防銹能力，通過露天放置評(píng)價(jià)鋼纖維儲(chǔ)存過程中的防腐蝕能力。最終結(jié)果顯示:防銹鋼纖`維與砂漿的粘結(jié)力與未經(jīng)防銹處理的鋼纖維的比值為105%，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180d后，其中鋼纖維銹蝕率4.8%，露天放置180天后鋼纖維表面銹蝕率為3.5%。
[0023]實(shí)施例2:配制含30%甲醇、0.4%的苯并三唑攪拌均勻后，加入質(zhì)量比為2:1的二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺與丙基三乙氧基硅烷混合物，使硅烷溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。將超聲清洗后的鋼纖維在本溶液中浸泡2分鐘，然后于80°C熱風(fēng)中吹干2小時(shí)。所得防銹鋼纖維與混凝土的粘結(jié)力與未經(jīng)防銹處理的鋼纖維的比值為99%，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率2.9%，露天放置180天后鋼纖維表面銹蝕率為2.1%，。
[0024]實(shí)施例3:配制含30%乙醇、0.2%的硫脲、0.2%的苯并三唑攪拌均勻后，加入質(zhì)量比為3:1的二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺與丙基三乙氧基硅烷混合物，使硅烷溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%。將超聲清洗后的鋼纖維在本溶液中浸泡2分鐘，然后于80°C熱風(fēng)中吹干2小時(shí)。所得防銹鋼纖維與混凝土的粘結(jié)力與未經(jīng)防銹處理的鋼纖維的比值為107%，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率為3.2%，露天放置180天后鋼纖維表面銹蝕率 2.3%ο
[0025]實(shí)施例4:配制含25%異丙醇、0.2%的羧基苯并三唑攪拌均勻后，加入質(zhì)量比為4:1的二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺與乙烯基三乙氧基硅烷混合物，使硅烷溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。將超聲清洗后的鋼纖維在本溶液中浸泡2分鐘，然后于80°C熱風(fēng)中吹干2小時(shí)。所得防銹鋼纖維與混凝土的粘結(jié)力與未經(jīng)防銹處理的鋼纖維的比值為105%，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率為4.5%，露天放置180天后鋼纖維表面銹蝕率為
3.4%。
[0026]對(duì)比例1:
去除阻銹成分，使用實(shí)施例1的其他組成和相同的使用方法，其所得防銹鋼纖維與混凝土的粘結(jié)力與未經(jīng)防銹處理的鋼纖維的比值為105%，露天放置180天后鋼纖維表面銹蝕率為5.2%，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率為12.6%。
[0027]對(duì)比例2:
ZL200810054643.9采用丙烯酸酯乳液或水性聚氨脂乳液為成膜物配以緩蝕劑和助劑等組分的水性防銹劑。所得樣品浸泡鋼纖維，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率為20.9%。
[0028]對(duì)比例3:
ZL200710010247.1公開了羧酸鹽、乙醇胺、硼酸類與聚乙二醇組成的防銹劑。
[0029]所得樣品浸泡鋼材，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率為23.3%。
[0030]對(duì)比例4:
ZL200810101779.0也提出由混合醇胺、無機(jī)堿、防銹劑、銅合金緩蝕劑、殺菌防腐劑、消泡劑、去離子水等組成的水基金屬防銹劑組合物。所得樣品浸泡鋼纖維，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率26.5%。
[0031]對(duì)比例5:
ZL201010579818.5，將 0.5%~5% 草酸鉀、1.2%~5.5% 甘氨酸鋅、1.59T3%EDTA、0.3%~2.5%鈦螯合劑、15%~20%聚氧乙烯醚乳液配制成環(huán)保型有機(jī)水溶性防銹劑，制得后涂覆在鋼纖維表面；鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率16.4%。
[0032]對(duì)比例6:
ZL201110245986.5，使用該專利所述方法，處理鋼纖維表面，鹽水拌合鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)180天后，其中鋼纖維銹蝕率19.7%。
【權(quán)利要求】
1.一種具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑，其特征在于:其組成包括:有機(jī)硅烷、醇、阻銹組分和水，其質(zhì)量組成比例如下，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì): 有機(jī)硅烷5-10% 醇20-30%， 阻銹組分0.2-0.5%，水余量； 其中，有機(jī)硅烷為兩 種硅烷的混合物，可為以下組合中的任意一種，氨丙基三乙氧基硅燒與丙基二乙氧基硅烷， 氨丙基三乙氧基硅烷與乙烯基三乙氧基硅烷， 二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺與丙基三乙氧基硅烷， 二(3-二甲氧基甲娃烷基丙基)胺與乙烯基二乙氧基硅烷； 且每種組合中的兩種物質(zhì)的質(zhì)量比為2:1~4:1 ; 醇可為甲醇、乙醇或異丙醇中的任意一種； 阻銹組分可為苯并三唑、羧基苯并三唑、硫脲中的任意幾種以任意比例混合的混合物。
2.權(quán)利要求1所述具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 將醇溶解于水中，攪拌均勻，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-30%的溶液；加入防銹組分并不斷攪拌，使防銹組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2-0.5% ;然后將硅烷混合物緩慢加入該溶液，使硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%，持續(xù)攪拌2小時(shí)，靜置6h，制備成本發(fā)明中所述防銹液。
3.權(quán)利要求1所述的具有自防銹功能的混凝土用鋼纖維防銹劑的使用方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)將鋼纖維置于溫度為40°C，清洗劑為5%的氫氧化鈉溶液的超聲波清洗池中，用超聲波清洗15分鐘，取出后用高速風(fēng)機(jī)吹干； (2)將(I)中清洗完成的鋼纖維于(I)中配制的防銹液中浸泡2分鐘； (3)將(2)處理完成后的鋼纖維在80-90°C熱風(fēng)中吹干2-4小時(shí)，形成均與致密的防銹膜。
【文檔編號(hào)】C04B103/60GK103739231SQ201410006427
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】劉加平, 陳翠翠, 蔡景順, 劉建忠, 呂進(jìn) 申請(qǐng)人:江蘇蘇博特新材料股份有限公司