Состав ингибитора коррозии для пропитки железобетонных конструкций

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ИНГИБИТОРА КОРРОЗИИ ДЛЯ ПРОПИТКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Щукин Георгий Лукич Беланович Анатолий Леонидович Карпушенков Сергей Александрович Карпушенкова Лариса Степановна Савенко Виктор Петрович Радюкевич Павел Иванович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56)11511 1, 2009.0614860 1, 1999.6402990 1, 2002.2004/0202775 1. СТАРОВОЙТОВА Е. В. Ингибирование коррозии стали в бетоне органическими соединениями и композициями на их основе Автореф. дис. - М., 2008. С. 4-18.004161 1, 2004.(57) Состав ингибитора коррозии для пропитки железобетонных конструкций, включающий диэтаноламин, циклогексиламин, дигидрофосфат калия, бензоат натрия, нитрит натрия, смачивательи воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас. 16080 1 2012.06.30 диэтаноламин циклогексиламин дигидрофосфат калия бензоат натрия нитрит натрия смачивательэтиленгликоль вода Изобретение относится к композициям, предназначенным для поверхностной обработки железобетонных изделий и конструкций с целью ингибирования коррозии арматурной стали, находящейся в толще затвердевшего железобетона. Известны 1, 2, 3 ингибиторы коррозии арматурной стали, состоящие из нитритов кальция и натрия, которые добавляются в бетонную смесь при изготовлении железобетонных структур. Известны составы мигрирующих ингибиторов на основе аминоспиртов с добавлением неорганических солей, которые наносятся на поверхность железобетонных конструкций для защиты арматуры в бетоне 4, 5. Следует отметить, что данные составы являются водными составами, а при их нанесении на поверхность бетона необходимо некоторое время (не менее 3-х суток), чтобы активные компоненты смогли проникнуть в толщу бетона,а вода испариться. Таким образом, данные составы не рекомендуется применять при температурах ниже 5 С, что не позволяет использовать их в межсезонье, когда возможны краткосрочные заморозки, что приводит к замерзанию не испарившейся воды в порах бетона и,в конечном итоге, к разрушению поверхностных слоев бетонных изделий и конструкций. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав мигрирующего ингибитора коррозии для пропитки железобетонных конструкций на основе аминоспиртов и неорганических солей 6. При нанесении данного состава на поверхность железобетона происходит миграция его компонентов по порам бетона к поверхности арматурной стали с формированием на ее поверхности мономолекулярного защитного слоя, препятствующего развитию коррозионных процессов. Однако на морозостойкость бетона пропитка этим составом практически не оказывает никакого влияния. Задачей изобретения является получение водного состава ингибитора коррозии, содержащего противоморозную добавку, пропитка которым железобетонных конструкций и изделий позволит увеличить их морозостойкость с сохранением его мигрирующих и коррозионно-защитных свойств. Техническим результатом при использовании предлагаемого антикоррозионного состава с противоморозной добавкой является увеличение морозостойкости обрабатываемой бетонной поверхности с сохранением коррозионно-защитных и мигрирующих свойств ингибиторов арматурной стали. Поставленная задача решается тем, что состав ингибитора коррозии для пропитки железобетонных конструкций, включающий диэтаноламин, циклогексиламин, дигидрофосфат калия, бензоат натрия, нитрит натрия, смачивательи воду, отличается тем, что дополнительно содержит этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас.диэтаноламин 12,0-14,0 циклогексиламин 1,8-2,2 дигидрофосфат калия 7,0-8,0 бензоат натрия 7,0-8,0 нитрит натрия 0,4-0,5 смачиватель 0,4-0,5 этиленгликоль 5,0-10,0 вода остальное. 2 16080 1 2012.06.30 Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что получение состава ингибитора коррозии осуществляют путем растворения в воде диэтаноламина (ТУ 6-09-2652-91),циклогексиламина (ТУ 2416-010-057661637-2000), дигидрофосфата калия (ГОСТ 4198-75),бензоата натрия (ТУ 6-09-2785-78), нитрита натрия (ГОСТ 19906-74), смачивателя(.. . ., Турция) и этиленгликоля (ГОСТ 19710-83). Основное действие предлагаемого состава ингибитора коррозии, как и в случае прототипа, основано на миграции его компонентов через поровую структуру бетона к поверхности арматурной стали с последующим образованием на ее поверхности мономолекулярного защитного слоя, особенностью которого является, с одной стороны, гидрофильность в направлении к арматуре, а с другой стороны - гидрофобность к окружающему ее бетону, что и создает определенные затруднения для взаимодействия стали с агрессивной средой, а наличие нитрита и бензоата натрия усиливает анодную защиту арматуры от коррозии. Аминоспирты не реагируют с компонентами цемента, но в то же время растворяются в поровой жидкости, что способствует их миграции по порам к поверхности арматуры. Фосфаты наоборот формируют с кальцием, входящим в состав цемента, нерастворимые соли которого закупоривают поры бетона 7. Дополнительное действие предлагаемого состава, по сравнению с прототипом, основано на распределении этиленгликоля в приповерхностном объеме поровой жидкости и снижении ее температуры замерзания, что в итоге препятствует образованию кристаллов льда в порах бетона под действием отрицательных температур, тем самым предотвращая разрушение поверхностного слоя бетона, и приводит к увеличению морозостойкости обрабатываемых железобетонных конструкций и изделий. В предлагаемом составе подобраны пределы концентраций диэтаноламина, циклогексиламина, дигидрофосфата калия, бензоата натрия, нитрита натрия, смачивателяи этиленгликоля. Циклогексиламин и диэтаноламин являются ингибиторами коррозии смешанного типа, так как их действие основано на адсорбционном механизме. Введение в состав циклогексиламина с концентрацией более 2,2 мас.невозможно, так как начинает выпадать осадок, а при концентрации менее 1,8 мас.не достигается оптимальная степень защиты от коррозии. В случае диэтаноламина также не достигается оптимальная степень защиты стальной арматуры от коррозии при его концентрации менее 12,0 мас. , а при концентрации 14 мас.степень защиты от коррозии достигает максимального значения и дальнейшее увеличение концентрации не рационально. Введение бензоата натрия, дигидрофосфата калия и нитрита натрия обеспечивает усиление анодной защиты стальной арматуры от коррозии. Однако использование бензоата натрия и дигидрофосфата калия с концентрацией более 8 мас.приводит к их кристаллизации и выпадению осадка. При концентрациях этих солей менее 7 мас.не достигается максимального эффекта анодной защиты стальной арматуры. Нитрит натрия с концентрацией менее 0,4 мас.также оказывает незначительное влияние на ингибирование коррозии, а использование его с концентрацией более 0,5 мас.приводит к депассивации защитной пленки на поверхности арматуры и, следовательно, к интенсификации коррозионных процессов. Добавление этиленгликоля более 10 мас.приводит к загущению состава, что отрицательно сказывается при пропитке бетонной поверхности. Использование добавки этиленгликоля с концентрацией менее 5 мас.практически не оказывает влияния на увеличение морозостойкости состава. Использование поверхностно-активного веществас концентрацией менее 0,4 мас.не обеспечивает должного смачивания поверхности бетона,что приводит к ухудшению проникновения компонентов состава в структуру бетона. Добавка ПАВ с концентрацией более 0,5 мас. приводит к появлению мути и опалесценции в составе. Предлагаемый состав ингибитора коррозии получают путем растворения в воде диэтаноламина, циклогексиламина, дигидрофосфата калия, бензоата натрия, нитрита натрия,3 16080 1 2012.06.30 смачивателяи этиленгликоля при постоянном перемешивании до полного растворения компонентов. Для экспериментальной проверки морозостойкости железобетона и ингибирования коррозии арматуры были изготовлены два состава по изобретению по нижнему ( 1) и верхнему ( 2) пределам концентраций компонентов. Состав по прототипу готовили по средней концентрации компонентов. В табл. 1 приведены количественные соотношения составов по изобретению и прототипу. Таблица 1 Примеры составов по изобретению и по прототипу в мас.Ди- Цикло- Бен- Дигидро- НитСмачиватель ЭтиленСостав этанол- гексил- зоат фосфат рит Вода гликоль амин амин натрия калия натрия Состав 1 12,0 1,8 7,0 7,0 0,4 5,0 0,4 66,4 Состав 2 14,0 2,2 8,0 8,0 0,5 10,0 0,5 56,8 По прототипу 13,0 2,0 7,5 7,5 0,45 0,45 69,1 Испытания на морозостойкость контрольных образцов бетона и образцов бетона, обработанных составами по изобретению и прототипу, проводили ускоренным методом при многократном замораживании и оттаивании в растворе 5 хлорида натрия по ГОСТ 10060.2 (метод ), после чего образцы испытывали на сжатие по ГОСТ 10180 для определения марки бетона по морозостойкости согласно ГОСТ 10060.0. Защитный эффект составов 1 и 2 ингибитора коррозии по изобретению и состава по прототипу определяли гравиметрическим методом по ГОСТ 9.502-82 в модульном коррозионном растворе, содержащем (мг/л)- 30, 24 - 70, путем выдержки образцов стали Ст.3 в течение 10 суток при температуре (202) С и электрохимическим методом по СТБ 1168-99. Сущность электрохимического метода состоит в определении защитных свойств пропитанного антикоррозионным составом бетона в сравнении с непропитанным бетоном по отношению к стальной арматуре путем наложения электрического потенциала на стальную арматуру и измерения соответствующей величины плотности тока с последующим построением поляризационной кривой и ее анализом. Сущность изобретения поясняется данными, представленными в табл. 2, где приведены значения потери прочности бетонных образцов, из которых следует, что при обработке составами по изобретению морозостойкостьобразцов бетона увеличивается на две марки с 200 до 400, в то время как морозостойкость бетонных образцов без обработки и обработанных составом по прототипу практически не изменяется, а также фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 приведена схема образца для изучения защитных свойств состава в структуре бетона, а на фиг. 2 представлены анодные поляризационные кривые, полученные на образцах бетона с арматурной сталью в 3 растворе . Таблица 2 Морозостойкостьобразцов бетона, обработанных составами по изобретению и прототипу Прочность на сжатие, МПа Потеря прочности, ,после испытаний после испытаний Состав перед исна морозостойкость на морозостойкость пытанием 200 300 400 200 300 400 Без обработки 25,7 26,2 24,1 0 6,2 По изобретению Состав 1 22,2 22,7 23,3 22,5 0 0 0 Состав 2 22,1 22,5 23,0 22,3 По прототипу 22,4 22,7 21,2 0 5,4- На бетонных образцах наблюдается шелушение 4 16080 1 2012.06.30 Для изготовления образцов использовали стержни из арматурной стали диаметром 12 мм и длиной рабочей поверхности 80 мм, концы которых были изолированы химически стойким лаком. Расстояние от рабочей поверхности стержня до внешней поверхности образца должно быть не менее 20 мм. Образцы, как показано на фиг. 1, имели вид цилиндрической формы высотой 12 см и диаметром около 7 см (поз. 1). При заливке образцов использовали бетонную смесь с соотношением песок/цемент 3/1 и с отношением вода/цемент 0,5(поз. 2). После укладки и уплотнения цементно-песчаной смеси образцы, для их ускоренного твердения, подвергали тепловой обработке посредством пропаривания по режиму 3 ч предварительная выдержка 3 ч - подъем температуры до 80 С 6 ч - изотермическая выдержка при 80 С не менее 6 ч - остывание в камере. После этого образцы выдерживали в течение 3 суток при комнатной температуре и наносили на их поверхность составы мигрирующих ингибиторов коррозии с помощью кисти. Составы наносили на поверхность образцов 5 раз, причем следующий слой наносили после полного высыхания предыдущего. Затем образцы снова выдерживали при комнатной температуре в течение 2 суток и по окончании этого периода обильно смочили чистой водопроводной водой, после чего они были оставлены на 15 дней для миграции компонентов составов в структуру бетона. После окончания срока выдержки образцы насыщали 3 раствором хлорида натрия в течение 9 дней согласно методике, приведенной в СТБ 1168-99, а затем проводили электрохимические измерения. Значения степени защитыарматурной стали в модульном коррозионном растворе с добавкой 2 мас.предлагаемых составов 1 и 2 ингибитора коррозии по изобретению и состава по прототипу приведены в табл. 3. Таблица 3 Степень защитысостава по изобретению и по прототипу Степень защиты ,Состав 1 2 3 Ср. значение По изобретению Состав 1 98,4 98,8 98,6 98,6 Состав 2 98,5 98,6 98,4 98,5 По прототипу 98,5 98,3 98,7 98,5 На фиг. 2 представлены анодные поляризационные кривые ингибирующего действия составов 1 и 2 мигрирующего ингибитора коррозии по изобретению в сравнении с составом по прототипу образцов арматурной стали, находящейся в затвердевшем бетоне,обработанном данными составами. Из приведенных кривых на фиг. 2 видно, что в случае образцов, которые были обработаны составами по прототипу (кривая 2) и по изобретению 1 и 2 (кривые 3 и 4) в сравнении с необработанным образцом (кривая 1), наблюдается значительное смещение кривых в область положительных потенциалов и резко уменьшается плотность анодного тока, т.е. компоненты составов мигрирующих ингибиторов коррозии промигрировали в течение 15 дней через плотный слой бетона толщиной около 3 см и запассивировали поверхность стали. Причем разработанные составы по изобретению (кривые 3 и 4) с противоморозной добавкой ничем не уступают по эффективности составу по прототипу (кривая 2). Приведенные результаты испытаний показывают, что предлагаемый состав ингибитора коррозии с противоморозной добавкой для пропитки железобетона увеличивает морозостойкость обрабатываемого бетона по сравнению с составом по прототипу и не уступает ему в эффективном предотвращении и подавлении коррозии прокоррозированной стальной арматуры, находящейся в затвердевшем бетоне. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6