碳基组合物、水泥基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种碳基组合物、水泥基复合材料及其制备方法和应用，属于腐蚀防护领域。所述碳基组合物包括水溶性碳点和层状双金属氢氧化物。本发明专利技术制备的碳基组合物、水泥基复合材料，简单易得，成本低廉，为环境友好型的绿色材料；具有强吸附氯离子能力，能有效保护混凝土钢筋腐蚀；能够克服传统阻锈剂固结能力差和分散能力低的问题，具有阻锈效果优、环保、高效等优点；可广泛应用于钢筋混凝土，应用前景广阔。阔。阔。

【技术实现步骤摘要】
碳基组合物、水泥基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于腐蚀防护领域，涉及一种碳基组合物、水泥基复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，是工程结构设计的首选形式，钢筋混凝土广泛应用于建造各种基础设施。随着时间的推移，虽然混凝土结构得到日益广泛的应用，但人们也逐渐认识到混凝土结构在很多环境条件下发生劣化难以满足设计要求。例如，钢筋混凝土中的钢筋易受到外界环境腐蚀侵害，造成钢筋混凝土结构过早老化，钢筋混凝土中的钢筋腐蚀是影响结构耐久性的主要影响因素之一。混凝土中的氢氧化钙可以提供碱性环境，使钢筋表面形成一层钝化保护膜，这种稳定的保护膜能很好的保护钢筋防止腐蚀。然而，由于环境中氯离子的入侵导致孔隙液pH值降低，钢筋钝化膜被破坏，从而导致钢筋混凝土结构服役期大大缩短。与混凝土保护层碳化引起的钢筋腐蚀相比，氯离子入侵引起的钢筋腐蚀速度更快(大约是碳化引起的钢筋腐蚀速度的10倍)、造成的损失更大，已引起工程界和学术界的广泛关注。
[0003]随着经济发展的需要，一些超级海洋工程不断地涌现，越来越多的大型钢筋混凝土结构投入使用，随之腐蚀破坏造成的经济总损失也愈来愈多。据美国统计结果，美国近60万座桥梁中50％以上出现钢筋腐蚀病害，每年需750亿美元的维修费。日本目前用于钢筋混凝土设施的修复费用已经远远超过了其建造费用。综上可知，钢筋混凝土构筑物受海洋环境影响的腐蚀非常严重，因此，对海洋环境下的钢筋混凝土多重防腐技术的研究具有重要意义。钢筋混凝土结构中的氯离子侵蚀问题的有效解决，对于延长混凝土的服役寿命、满足社会需求和促进经济发展有着十分重要的意义。
[0004]钢筋的腐蚀产物具有较大的体积，导致混凝土涨裂，从而大大加速了混凝土结构的失效。因此，提高海洋环境中钢筋混凝土结构的使用寿命，关键是要提高钢筋的防腐性能。钢筋阻锈剂是减少和阻止钢筋锈蚀的一种外加剂，通过掺加到混凝土中或涂抹在混凝土表面起作用，它越来越成为当今防止钢筋锈蚀的一种手段，是提升钢筋混凝土耐久性的有效措施之一，目前已广泛应用于石油化工、钢铁、机械、运输等部门。阻锈剂能够有效延缓氯离子对钢筋的腐蚀，但传统阻锈剂具有价格高昂、阻锈效果不佳、有毒有害、对环境不友好等缺点。例如，早期的钢筋阻锈剂产品主要包括亚硝酸钠，铬酸盐和苯甲酸钠，亚硝酸盐是典型的阳极阻锈剂，其作用是通过与金属反应，在金属表面生成钝化膜，保护钢筋不被锈蚀。但是它们对混凝土凝结时间、早晚期强度都有不同程度负面影响。以亚硝酸钙为主导的钢筋阻锈剂已在工程上有较长的应用史，然而因其对人体的危害作用，且严重污染环境，许多国家已逐步禁用。因此，开发新型绿色缓蚀剂，研究价格低廉、阻锈效果佳、无毒无害、对环境友好、利于推广的钢筋阻锈剂仍是目前阻锈剂的发展方向保证钢筋混凝土结构的长期安全服役具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术是针对目前阻锈剂材料存在的分散性差、阻锈性能差等问题，提供一种碳基组合物、及以该碳基组合物作为助剂的水泥基复合材料及其制备方法和在金属防腐和/或阻锈中的应用。
[0006]本专利技术一方面提供一种碳基组合物，所述碳基组合物包括水溶性碳点和层状双金属氢氧化物。碳点粒径小，比表面积大，且表面含有羟基、羧基等丰富的含氧基团，与层状双金属氢氧化物复合后可极大提升层状双金属氢氧化物的分散性能，同时提供大量活性位点，保证复合材料发挥最大的吸附氯离子功效。
[0007]可选地，所述碳基组合物中，水溶性碳点与层状双金属氢氧化物的质量比为(0.01～1)：1，优选为1:3；所述碳点与层状双金属氢氧化物的质量比的下限任选自0.01、0.3；上限任选自0.3、1。
[0008]可选地，所述水溶性碳点的粒径为2～10nm。
[0009]可选地，所述水溶性碳点由含有柠檬酸和尿素的原料与水混合，经水热法制备；所述柠檬酸与尿素的质量比为2～5:1，优选为3:1；所述柠檬酸与尿素的质量比的下限任选自2:1、3:1；上限任选自3:1、5:1；所述柠檬酸与水的比例为1：20～200；所述水热反应的温度为160～220℃，优选为220℃；下限任选自160℃、200℃；上限任选自200℃、220℃；时间为1
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3h，优选为2h；下限任选自1h、2h；上限任选自2h、3h。
[0010]可选地，所述层状双金属氢氧化物为镁铝碳酸根型层状双金属氢氧化物。
[0011]可选地，所述组合物中还含有溶剂，所述溶剂与水溶性碳点的质量比例为20～500:1。
[0012]可选地，所述溶剂为水。
[0013]本专利技术另一方面提供上述碳基组合物的制备方法，所述制备方法包括：步骤a，分别获得水溶性碳点和层状双金属氢氧化物；步骤b，将所述溶剂与含有所述水溶性碳点和所述层状双金属氢氧化物的原料混合I，获得所述的碳基组合物。
[0014]可选地，所述步混合I采用搅拌的方式，所述搅拌的时间为大于0.5h优选为0.5h～2h；搅拌的温度为20～30℃室温，优选为室温。优选采用磁力搅拌将碳点和层状双金属氢氧化物在水中分散。
[0015]可选地，所述方法在混合I前还包括将层状双金属氢氧化物进行煅烧预处理的步骤；所述煅烧的温度为450～550℃，优选为500℃；下限任选自450℃、500℃；上限任选自500℃、550℃；时间为2～5小时，优选为3h；下限任选自2h、3h；上限任选自3h、5h；气氛为空气或氮气。
[0016]本专利技术再一方面提供上述任一碳基组合物或上述任一制备方法获得的碳基组合物的应用，用于金属的防腐和/或防锈。
[0017]可选地，所述碳基组合物作为水泥或钢筋混凝土的助剂，所述助剂的含量为0.01wt％～10wt％。
[0018]可选地，所述碳基组合物用于吸附水泥或钢筋混凝土中的氯离子。
[0019]可选地，所述碳基组合物对水泥或钢筋混凝土中氯离子的吸附量为20.8499～34.6695mg/g。
[0020]本专利技术另一方面提供一种水泥基复合材料，包含碳基组合物和硅酸盐水泥；所述
碳基组合物选自上述任一碳基组合物或选自上述任一制备方法获得的碳基组合物。
[0021]可选地，所述水泥基复合材料中，所述碳基组合物与硅酸盐水泥的质量比为(0.0001～0.1)：1，优选为0.005:1；下限任选自0.0001、0.005；上限任选自0.005、0.1。
[0022]可选地，所述水泥基复合材料中，还含有缓凝剂和/或减水剂；所述缓凝剂的添加量为水泥基复合材料的0.1wt％～1wt％；所述减水剂的添加量为水泥基复合材料的0.1wt％～1wt％。
[0023]可选地，所述制备方法包括：
[0024]步骤一，将碳基组合物分散至水中，得到胶体溶液；所述分散采用常规的常温下玻璃棒搅拌即可。
[0025]步骤二，将所述胶体溶液与含有硅酸盐水泥的物料混合II；制得所述的水泥基复合材料。
[0026]可选地，所述硅酸盐水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳基组合物，其特征在于，所述碳基组合物包括水溶性碳点和层状双金属氢氧化物。2.根据权利要求1所述的碳基组合物，其特征在于，所述碳基组合物中，水溶性碳点与层状双金属氢氧化物的质量比为(0.01～1)：1；优选地，所述水溶性碳点的粒径为2～10nm；优选地，所述水溶性碳点由含有柠檬酸和尿素的原料与水混合，经水热法制备；所述柠檬酸与尿素的质量比为2～5:1；所述柠檬酸与水的比例为1：(20
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200)；所述水热反应的温度为160～220℃；时间为1h～3h；优选地，所述层状双金属氢氧化物为镁铝碳酸根型层状双金属氢氧化物；优选地，所述组合物中还含有溶剂，所述溶剂与水溶性碳点的质量比为20～500:1；优选地，所述溶剂为水。3.权利要求1或2所述的碳基组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：分别获得水溶性碳点和层状双金属氢氧化物；将所述溶剂与含有所述水溶性碳点和所述层状双金属氢氧化物的原料混合I，获得所述的碳基组合物。4.根据权利要求3所述的碳基组合物的制备方法，其特征在于，所述混合I采用搅拌的方式，所述搅拌的时间为0.5h～2h；温度为20～30℃；优选地，所述方法在混合I前还包括将层状双金属氢氧化物进行煅烧预处理的步骤；所述煅烧的温度为450～550℃；时间为2～5h；气氛为空气或氮气。5.权利要求1或2所述的任一碳基组合物、或根据权利要求3或4任一项所述的制备方法获得的碳基组合物的应用，其特征在于，用于金属的防腐和/或防锈。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙武剑，余阳，何闯，徐鹏，解静，李雪琪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：