[發明專利]一種耐氯鹽腐蝕碳納米管改性鋼筋混凝土及其制備方法

有效

• 申請號: 201711095363.8
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107892524B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 李庚英
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B111/20
• 代理公司: 44245 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 桂婷;裘暉<國際申請>=<國際公布>=<

本發明屬于鋼筋混凝土領域，公開了一種耐氯鹽腐蝕碳納米管改性鋼筋混凝土及其制備方法。本發明采用化學作用力和物理方法結合使得碳納米管分散于聚乙烯醇溶液中，獲得均勻分布、良好結合的碳納米管/聚乙烯醇預聚液后，再將預聚液作為復合改性劑加入到水泥基體中，以此獲得均勻分散的碳納米管?聚乙烯醇?水泥基復合材料。該方法將羥基碳納米管和聚乙烯醇的增強效果充分結合到復合改性水泥基材料之中，不僅在力學性能方面擁有其獨特的優勢，并且能夠減少孔隙率，且通過改變內部微觀介電常數，捕獲移動電荷，防止腐蝕電池的形成，顯著降低鋼筋混凝土中的腐蝕電流，延長鋼筋混凝土耐腐蝕時間。

技術領域

本發明屬于鋼筋混凝土領域，特別涉及一種耐氯鹽腐蝕碳納米管改性鋼筋混凝土及其制備方法。

背景技術

鋼筋混凝土結構是世界上應用最普遍、范圍最廣的結構形式之一，在其生命周期的全過程中，其安全性和可靠性至關重要，一旦失事，將會產生嚴重的后果，造成重大的人員傷亡和經濟損失。鋼筋銹蝕是引起鋼筋混凝土結構破壞的主要原因，鋼筋腐蝕造成的經濟損失巨大。2002年，美國國會指出每年因鋼筋腐蝕導致的直接經濟損失達37.9億美元，而由此造成的間接經濟損失至少是直接經濟損失的10倍以上。2009年美國基建工程調查報告指出未來5年建筑結構的維修加固將需要22000億美元。根據2003年柯偉調查報告，我國每年因腐蝕造成的損失約為5000億元，占我國GDP的6％，鋼筋腐蝕占全部腐蝕的45％。2010年交通運輸部對全國大量海港碼頭進行調查和統計，發現因為嚴重的腐蝕破壞，鋼筋混凝土結構的平均使用壽命只有25年，遠達不到50年/100年的設計使用壽命(重大基礎設施設計使用壽命為100年)，其直接經濟損失近5000億元/年。

鋼筋混凝土是多相非均質材料，鋼筋表面電化學不均勻，存在著陽極區和陰極區。由于混凝土的多孔性，水和空氣會沿著混凝土中的孔隙到達鋼筋表面，空氣中的氧氣接受鋼筋發生腐蝕產生的自由電子。這些電子通過鋼筋向陰極區傳送，溶液中的負離子通過孔隙溶液向陽極區傳輸，構成腐蝕電池，鋼筋發生電化學腐蝕。腐蝕產物的體積可達未銹蝕鋼筋的2～10倍，使鋼筋外的混凝土產生環向拉應力。當環向應力超過混凝土的抗拉強度時，鋼筋/混凝土界面出現徑向裂縫，導致內部混凝土開裂和表層混凝土的剝落。表層混凝土剝落不但顯著減少結構的承載能力，還會加劇鋼筋腐蝕破壞。而且鋼筋銹蝕還減少了鋼筋/混凝土的接觸面積，使表面腐蝕向破壞性更大的孔蝕轉變，加劇鋼筋銹蝕破壞。

混凝土對鋼筋具有較好的保護作用，其一方面可以部分抵擋侵蝕性介質與鋼筋的直接接觸，延緩鋼筋的去鈍化和銹蝕過程，延長結構的服役壽命。另一方面，混凝土的高堿性特征可使鋼筋表面的鈍化。而氯化物的侵入，會發生“去鈍化”現象，引起鋼筋加速腐蝕。這主要是由于氯離子遷移至混凝土內部與混凝土中的氫氧化鈣反應，顯著降低混凝土的pH值，破壞鋼筋表面的鈍化膜。另一方面氯離子的活性大，半徑小，極易通過鈍化膜缺陷直接與鋼筋表面發生反應，形成大陰極小陽極的腐蝕電池，促進了小孔腐蝕和局部腐蝕，鋼筋表面出現坑蝕，并迅速發展。另外，氯離子還會增加混凝土的導電性，促進腐蝕電池離子通路的形成，降低混凝土微觀和宏觀電池的腐蝕電阻，提高了離子傳輸效率，進而加速鋼筋腐蝕的電化學進程。

降低混凝土的孔隙率是提高鋼筋混凝土耐氯離子腐蝕性能的有效方式之一，這是由于降低孔隙率能減少離子滲透通路，防止腐蝕介質達到鋼筋表面。而提高混凝土的介電常數防止腐蝕電池形成，能進一步提高鋼筋混凝土耐腐蝕性能。

本發明基于上述原理，通過原位聚合形成羥基碳納米管/PVA納米纖維，一方面改善界面性能、填充孔洞、控制裂縫，減少腐蝕介質滲透通路。另一方面，利用其高介電常數，在混凝土中形成巨量微細電容器(原理如圖1所示)，達到捕獲移動電荷，截斷腐蝕電池的形成，達到保護鋼筋的目的。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種耐氯鹽腐蝕碳納米管改性鋼筋混凝土。

本發明另一目的在于提供上述耐氯鹽腐蝕碳納米管改性鋼筋混凝土的制備方法。