一种复合干凝胶缓释型氯离子固化剂及其制备、应用制造技术

本发明专利技术属于功能性混凝土添加剂技术领域，具体涉及一种复合干凝胶缓释型氯离子固化剂及其制备、应用。采用共凝胶法，以钡源和硅源为前驱体、环氧丙烷为催化剂、乙腈和去离子水混合溶液为溶剂制备含钡复合干凝胶，以复合干凝胶为核材料，硅溶胶/明胶为壳材料制备缓释型氯离子固化剂。该固化剂通过水化后期释放钡离子促使氯离子和水泥水化产物AFm结构化学结合，促进氯离子固化。该固化剂能够显著提高钢筋混凝土结构的耐久性，具有极好的社会效益和经济效益。经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种复合干凝胶缓释型氯离子固化剂及其制备、应用


[0001]本专利技术属于功能性混凝土添加剂
，具体涉及一种复合干凝胶缓释型氯离子固化剂及其制备、应用。

技术介绍

[0002]水泥材料在多个
得到了广泛的使用，但是在海洋环境中或在大量氯离子存在的情况下，自由氯离子可以渗入水泥基材料内部，破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生锈蚀，使得钢筋强度降低，钢筋和混凝土之间的结合力降低，破坏混凝土构件，导致耐久性不良，使用年限缩短，造成巨大经济损失，严重时甚至会带来安全问题。
[0003]对于混凝土高含量内源氯离子引起的钢筋锈蚀风险问题，有很多预防和处理方法，包括使用钢筋阻锈剂、涂层保护、阴极保护技术等。但这些方法都有缺陷，如部分钢筋阻锈剂在氯离子浓度大到一定程度时会产生局部腐蚀和加速腐蚀，还有致癌、引起碱骨料反应、影响坍落度等劣势。随着氯离子固化逐渐引起研究人员的关注，研究人员开始通过在水泥基材料中添加化学外加剂、矿物外加剂等，来提升自由氯离子的固化能力，从而有效预防钢筋发生锈蚀，提升钢筋混凝土结构的服役寿命。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合干凝胶缓释型氯离子固化剂及其制备、应用。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为：一种复合干凝胶缓释型氯离子固化剂，以重量份数计，所用原料为：钡源1
‑
5份、有机硅源2
‑
10份、催化剂4
‑
15份、溶剂15
‑
30份、封装材料2
‑
8份。
[0006]进一步优选，所用原料为：钡源3
‑
5份、有机硅源5
‑
10份、催化剂7
‑
15份、溶剂20
‑
30份、封装材料4
‑
8份。
[0007]所述溶剂为乙腈与去离子水的混合溶液。乙腈与去离子水的质量比为1:1。
[0008]所述有机硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯中的一种或两种；所述钡源为乙酸钡或硝酸钡中的一种或两种。
[0009]所述催化剂为环氧丙烷；所述封装材料为二氧化硅溶胶或明胶中的一种或两种。
[0010]制备复合干凝胶缓释型氯离子固化剂的方法，包括以下步骤：1）按比例取各原料；2）将有机硅源溶于溶剂中，加入催化剂（总量的30
‑
40%），形成溶液A；3）将钡源溶于溶剂中，搅拌形成溶液B；4）将溶液A加入溶液B中，搅拌，加入剩余的催化剂，形成溶液C；5）将溶液C进行干燥，静置后取出，放入无水乙醇中浸泡后捞出，先低温干燥后高温干燥，得到复合干凝胶；6）将复合干凝胶破碎，得到复合干凝胶颗粒；
7）在复合干凝胶颗粒表面涂刷或喷涂封装材料，烘干后得到复合干凝胶缓释型氯离子固化剂。
[0011]所述步骤3）中的搅拌速度不低于500rpm。
[0012]所述步骤4）中加入催化剂速度不大于1ml/min。
[0013]所述步骤5）中溶液C的干燥温度为30
‑
50℃，浸泡时间为2
‑
3d，低温干燥时的温度为30
‑
50℃，高温干燥时的温度为100
‑
120℃。
[0014]所述步骤5）中无水乙醇中浸泡时无水乙醇至少更换4次。
[0015]所述步骤6）中复合干凝胶颗粒的粒径为0.16
‑
0.30mm。
[0016]所述步骤7）烘干时的温度为40
‑
50℃，时间为8
‑
10h。
[0017]所述复合干凝胶缓释型氯离子固化剂作为氯离子固化剂在水泥基材料中的应用。
[0018]所述复合干凝胶缓释型氯离子固化剂以占胶凝材料总量的1
‑
5%添加到水泥基材料中。
[0019]技术人员在对氯离子固化剂的研究中，发现环境中的氯离子与水泥水化反应生成的AFm结构以化学键结合，被固化生成水化氯铝酸盐，包括Friedel盐和Kuzel盐，这样就避免了环境中氯离子对钢筋的锈蚀。但是环境中存在的SO42‑
也可以与AFm结构进行相似的结合反应，因此SO42‑
与Cl
‑
形成竞争关系，对氯离子固化造成不利影响。技术人员开始考虑添加钡源先对SO42‑
进行化学结合生成稳固的BaSO4沉淀，从而减少了SO42‑
对Cl
‑
竞争关系。技术人员想到了将钡源做成微球添加到混凝土材料的研究中，发现钡的释放确实能够先与SO42‑
进行化学结合，暂时消除了SO42‑
的影响，但是环境中SO42‑
与Cl
‑
并不能完全消失，再经过一定的时间后，环境中的SO42‑
与Cl
‑
的浓度仍会升高，这时，SO42‑
又形成了对Cl
‑
的竞争。技术人员考虑需要进一步研究如何保持钡离子能较长时间的释放，能够较长时间地消除SO42‑
对Cl
‑
的影响。
[0020]本专利技术中，做成了一种缓释型的固化剂，能够实现钡离子的长时间释放。这样就可以较长时间地消除SO42‑
对Cl
‑
的竞争影响。具体，本专利技术采用了钡源和有机硅源为前驱体，在催化剂的作用下，形成以硅凝胶颗粒为主体、以钡凝胶颗粒为起连接作用的局部中心的互支撑凝胶骨架，凝胶骨架提供空间位阻，使剩余的钡凝胶颗粒均匀分散在网格空隙中。当该固化剂加入到混凝土中时，通过溶胀作用，孔隙液经过一段时间后穿过封装材料的孔隙进入固化剂，分散在网格空隙中的钡凝胶颗粒会先与孔隙液中的SO42‑
生成稳固的BaSO4沉淀，经过一段时间后，孔隙液中的氢氧化钙会与钡硅凝胶骨架中的硅凝胶反应，导致凝胶骨架和网格被破坏，从而释放出充当局部中心的钡，而氢氧化钙与硅凝胶反应相对缓慢，所以钡释放的也相当缓慢，经过钡源分两个阶段的释放，最终使得本专利技术的固化剂具有了缓释钡离子的功能。
[0021]在这种凝胶骨架形式下，要使钡离子释放到混凝土孔隙溶液中，必须先使硅凝胶在混凝土孔隙溶液中反应将钡离子释放出来。
[0022]本专利技术的硅源在选择时有特殊的要求，必须选择有机硅源，这是因为无机硅源形成凝胶后收缩严重，会造成结构破裂，难以较长时间来维持凝胶骨架的稳定。
[0023]本专利技术的固化剂在制作时需要添加催化剂，通过催化剂来利用环氧丙烷的开环加成反应促进加快有机硅源水解，平衡硅源和钡源的水解速度，促使硅源和钡源达到共凝胶的效果。
[0024]在溶剂的选择上，利用乙腈的高极性特性加速和平衡了钡源、硅源的水解速度，钡离子参与凝胶，达到钡离子含量高、分散均匀的效果。
[0025]本专利技术的复合干凝胶缓释型氯离子固化剂所用原料成本低、原料易得、生产工艺简单快速，具有很好的社会效益和经济效益。
附图说明
[0026]图1为制得的氯离子固化剂的外观示意图；图2为制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合干凝胶缓释型氯离子固化剂，其特征在于，以重量份数计，所用原料为：钡源1
‑
5份、有机硅源2
‑
10份、催化剂4
‑
15份、溶剂15
‑
30份、封装材料2
‑
8份。2.根据权利要求1所述的氯离子固化剂，其特征在于：所用原料为：钡源3
‑
5份、有机硅源5
‑
10份、催化剂7
‑
15份、溶剂20
‑
30份、封装材料4
‑
8份。3.根据权利要求1所述的氯离子固化剂，其特征在于：所述溶剂为乙腈与去离子水的混合溶液。4.根据权利要求1所述的氯离子固化剂，其特征在于：所述有机硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯中的一种或两种；所述钡源为乙酸钡或硝酸钡中的一种或两种。5.根据权利要求1所述的氯离子固化剂，其特征在于：所述催化剂为环氧丙烷；所述封装材料为二氧化硅溶胶或明胶中的一种或两种。6.制备权利要求1所述复合干凝胶缓释型氯离子固化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例取各原料；将有机硅源溶于溶剂中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓海，潘涵，张美香，罗忠涛，殷昆鹏，弥杰，郭金洋，郅天一，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：