【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料外加剂，具体来讲，涉及一种水泥基材料碳化抑制剂、以及该碳化抑制剂的制备方法、及其在水泥基材料中的应用。
技术介绍
1、水泥基材料是世界范围内应用最广泛的建筑材料，也是国民经济增长的重要贡献部分。在我国交通强国战略的背景下，包括地铁、隧道等在内的大量地下结构的规划和建设，由于地下结构的维修加固困难，必须在建设阶段提升水泥基材料的耐久性。地下结构内部长期受到酸性气体的侵蚀会导致钢筋锈蚀，主要作用机理是水泥水化之后，硬化的水泥浆体内部处于碱性环境，在这种碱性环境下，混凝土内部的钢筋表面可以形成一层致密的氧化膜，防止钢筋锈蚀的发生。然而，当空气中的二氧化碳进入混凝土后，会发生碳化反应，导致混凝土内部ph值下降，钢筋表面的钝化膜被破坏，钢筋进入加速锈蚀阶段。
2、目前有诸多改善上述问题的研究，主要是通过混凝土表面或钢筋涂刷防护层、添加矿物掺合料等手段来提升水泥基材料的抗碳化能力，如采用微胶囊来制备混凝土、以阻隔和吸收二氧化碳在混凝土中渗透的报道，又如在钢筋表面涂刷憎水强浸层增加钢筋的耐锈蚀性、以增强混凝土抗碳化内里的报道，再如在混凝土表层涂刷充满饱和石灰水的椭球型囊体、以阻隔并吸收侵入的二氧化碳的报道，等。但这些通过涂层来抗碳化的方法，增加了施工工艺和成本，不利于在工程中广泛推广。另外，改变混凝土的配合比也可提升混凝土的抗碳化性能，但对其他更为重要的性能的影响未知。
3、因此，还需要对水泥基材料抗碳化技术进行更多的研究，以期探索获得性能更优的水泥基材料抗碳化技术。
1、本专利技术的专利技术人在对水泥基材料的长期研究中发现，目前使用的混凝土孔结构疏松、抗碳化能力弱，而导致耐久性下降的缺陷的原因在于，水泥在水化过程中生成不同种类的水化产物，不同水化产物的相互搭接会导致孔隙的产生，孔结构演变过程决定了后期气体和离子的传输路径。基于此，本专利技术的专利技术人提出利用外加剂来调控水泥基材料内部孔结构，增大水泥基材料内孔曲折度，密实孔结构，从而有效解决水泥基材料抗碳化能力差的问题，提升水泥基材料的服役寿命。
2、为此，提供了下述一种水泥基材料碳化抑制剂。
3、该水泥基材料碳化抑制剂，具有如下式1所示的结构通式：
4、
5、在式1中，a基团的来源单体具有如下式2所示的结构通式：
6、h2n-x-nh2 式2
7、在上述式2中，x基团选自亚乙基、亚丙基、芳香环中的任意一种；
8、在上述式1和式2中，n为1～6之间的自然数；m1的取值范围为1～y之间的自然数，y表示a基团中与n原子相连的总h原子个数；m2为1～4之间的自然数。
9、上述a基团的来源单体优选为乙二胺。
10、上述碳化抑制剂，由以多胺类单体形成的碱性基团、和羧酸根形式的酸性基团组成，作为二者来源的单组分的多胺类物质和羧酸类物质均具有一定的表面活性作用，会引入空气对水泥基材料的孔隙率产生不利影响；本专利技术即通过二者酸碱反应合成产物的方式，即降低了上述由于表面活性作用带来的不利影响。同时，将其应用至水泥基材料中后，该外加剂在水泥基材料的碱性溶液中水解，水解产物还影响水泥的水化过程，且细化了水泥基材料的孔径并增大其内孔曲折度，进而提升水泥基材料的抗碳化性能。
11、上述碳化抑制剂采用下述方法进行制备：
12、将具有上述式2结构通式的多胺类单体，在无氧气氛下，与下述具有式3结构通式的羧酸类单体混合，并于140℃～180℃下反应3h～3.5h，获得该碳化抑制剂。
13、
14、上述碳化抑制剂为琥珀色粘稠液体，可溶于水。
15、上述碳化抑制剂，按照水泥基材料中胶凝材料重量的0.1％～5％的添加量，将其掺入水泥基材料中，用以改善该水泥基材料的孔隙率。
16、在上述水泥基材料中，其余组分可参照本领域常规选择，包括300kg/m3～550kg/m3水泥或复合水泥、1.6kg/m3～1.9kg/m3砂子和石子等骨料、以及150kg/m3～350kg/m3纯水或自来水。其中，水泥可以是硅酸盐水泥；复合水泥则包含矿物掺合料，一般地，在复合水泥中，矿物掺合料是粉煤灰、矿渣、石粉等通过单一取代或复合取代其中水泥的方式添加的，取代量在1％～40％的范围内。
17、具体地，该碳化抑制剂能够降低总孔隙率10％～20％，并提高400μm以下范围孔的孔隙率8％～30％；并且，提高50μm～400μm范围孔体积5％～30％，提高50μm～100μm范围孔体积5％～40％。
18、由此，该碳化抑制剂降低硬化水泥浆体孔隙率并细化孔径，起到增大内孔曲折度的效果。孔结构的改善和曲折度的优化降低了二氧化碳侵入水泥基材料基体内部的速率，提升抗碳酸钙类产物的生成的能力，降低了水泥体系中的碳化程度和混凝土中钢筋锈蚀速率，从而延长混凝土材料与结构的服役寿命。该碳化抑制剂优化了水泥基材料的抗碳化性能，大幅度提升了钢筋混凝土的耐久性能。
19、本专利技术的技术方案具有下述有益效果：
20、1)该碳化抑制剂是一种用于增大水泥基材料内孔曲折度、密实孔结构的液体型外加剂，通过水泥水化放热水解并作用于水泥水化产物，即可起到细化水泥基材料孔径的效果，增大混凝土内孔曲折度，提升水泥基材料的抗碳化性能，实施方式简单；且通过上述酸碱反应获得的产物，还可最大程度降低直接应用其对应的单体来源，而对水泥基材料的孔隙率所产生的不利影响。
21、2)该碳化抑制剂按照水泥基材料中胶凝材料的重量定量掺加，可以有效减少施工过程中通过材料或施工工艺增加抗碳化性能的措施，具有降低成本的优势。
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1.一种水泥基材料碳化抑制剂，其特征在于，具有如下式1所示的结构通式：
2.根据权利要求1所述的水泥基材料碳化抑制剂，其特征在于，在所述式1中，A基团的来源单体为乙二胺。
3.如权利要求1或2所述的水泥基材料碳化抑制剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：将所述式2所示的多胺类单体，在无氧气氛下，与下述具有式3结构通式的羧酸类单体混合，并于140℃～180℃下反应3h～3.5h，获得所述碳化抑制剂，
4.如权利要求1或2所述的水泥基材料碳化抑制剂的应用，其特征在于，将所述碳化抑制剂按照0.1％～5％的添加量掺入水泥基材料中；以所述水泥基材料中胶凝材料的质量为准计。
【技术特征摘要】
1.一种水泥基材料碳化抑制剂，其特征在于，具有如下式1所示的结构通式：
2.根据权利要求1所述的水泥基材料碳化抑制剂，其特征在于，在所述式1中，a基团的来源单体为乙二胺。
3.如权利要求1或2所述的水泥基材料碳化抑制剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：将所述式2所示的多胺类单体...
【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，蔡景顺，穆松，刘建忠，洪锦祥，马麒，郭政，刘光严，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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