本發明涉及鋼筋混凝土阻銹技術領域，具體涉及一種鋼筋混凝土阻銹劑及其制備方法。
背景技術：
鋼筋混凝土的發明出現標志著人類建筑史上一個嶄新紀元的開始，鋼筋混凝土結構以其易于就地取材、抗壓及抗折強度高、體積穩定性好、易于施工、耐久性較好等諸多優點，成為建筑工程應用最為普遍、使用范圍最為廣泛的結構形式。然而，鋼筋混凝土內鋼筋發生銹蝕導致鋼筋混凝土結構過早破壞，已成為影響鋼筋混凝土結構耐久性的重要因素。在實際使用過程中，鋼筋腐蝕、混凝土碳化、堿骨料反應等環境作用會導致鋼筋混凝土出現結構損傷和裂縫，造成鋼筋混凝土承載能力和變形能力下降，使鋼筋混凝土結構的服役年限大大縮短。與此同時，維護和修補結構所用的費用又大大超過人們的預期。
近幾十年來，鋼筋混凝土阻銹劑的研究得到了十分迅速的發展，摻用阻銹劑成為推遲鋼筋銹蝕時間及減緩銹蝕速度的通用方法，而且是最經濟實用且效果好的技術措施。例如在申請號為cn201010185725.4的中國專利申請中，即介紹了一種復合型鋼筋混凝土阻銹劑，其主要組分為亞硝酸鈣、苯甲酸鈉、六偏磷酸鈉、氧化鋅和火山灰等，該阻銹劑能有效減緩鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕，能夠阻止或延緩氯離子對鋼筋鈍化膜的破壞，然而，亞硝酸鹽及磷酸鹽大多對混凝土的凝結時間、早期強度和后期強度等性能都有不同程度的負面影響，并且亞硝酸鈣污染環境，對人體健康有害；又如在申請號為cn201010517142.7中國專利申請中，介紹了一種混凝土鋼筋阻銹劑及其制備方法，由二元羧酸和有機胺反應制備氣相緩蝕劑，并在此基礎上加入單氟磷酸鈉、葡萄糖酸鈣等制得混凝土鋼筋阻銹劑，該發明的阻銹劑具有緩蝕阻銹性能優異、環保性好等優點，但是胺基醇類緩蝕劑雖然能夠一定程度地阻止有害離子進入鍘筋表面，對鋼筋本身保護還是不夠的。由混凝土收縮或在外力作用下混凝土產生開裂時，鋼筋與有害物質直接接觸時，仍然存在銹蝕的可能性。
因此，有必要提出一種鋼筋混凝土阻銹劑及其制備方法，制備出具有緩蝕阻銹性能優異、耐水性好并且環保的鋼筋混凝土阻銹劑應用于實際生產中。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種鋼筋混凝土阻銹劑及其制備方法。
本發明采用以下技術方案：一種鋼筋混凝土阻銹劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟s1：將單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽溶于第一有機溶劑配制成質量分數為5-20％的溶液，在1000-2000r/min條件下攪拌加熱升溫至70-85℃后穩定5-10min后加入引發劑形成混合溶液；
步驟s2：向步驟s1所得的混合溶液中滴加二乙烯基苯，反應6-24h后停止得到反應液；
步驟s3：將步驟s2所得反應液冷卻至25℃室溫后真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于50-80℃條件下干燥6-24h，將干燥后的濾餅粉碎得到阻銹劑。
作為本發明的進一步改進，所述步驟s1至s3均在n2氣氛下進行。
作為本發明的進一步改進，所述二乙烯基苯與單體離子液體的質量比為1-3：1。
作為本發明的進一步改進，所述引發劑為過硫酸銨和/或過硫酸鉀，其加入量占二乙烯基苯和單體離子液體總質量的0.8-1.5％。
作為本發明的進一步改進，所述第一有機溶劑為乙醇、甲醇以及乙腈中的一種或多種。
作為本發明的進一步改進，所述單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽由以下步驟制備而成：
步驟d1：中間體的制備：將n-乙烯基-2-甲基咪唑溶于第二有機溶劑配制成質量分數為5-10％的溶液后加入與n-乙烯基-2-甲基咪唑等摩爾的2-溴乙胺氫溴酸鹽，在500-1000r/min條件下攪拌加熱升溫至60-80℃后反應12-36h，反應結束后冷卻至25℃室溫，真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于50-80℃條件下干燥6-24h，得到中間體；
步驟d2：將步驟d1所得中間體溶于二氯甲烷配制成質量分數為40-60％的溶液后加入與中間體等摩爾的氫氧化鈉，在1500-2000r/min、25℃室溫條件下攪拌反應6-24h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于50-80℃條件下干燥6-24h；
步驟d3：將步驟d2所得產物溶于第三有機溶劑中配制成質量分數為35-50％的溶液后加入與步驟d2所得產物等摩爾的氨基酸，在500-1000r/min條件下室溫攪拌6-18h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于50-80℃條件下干燥6-24h可得單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽。
作為本發明的進一步改進，所述步驟d1至d3均在n2氣氛下進行。
作為本發明的進一步改進，所述第二有機溶劑、第三有機溶劑為乙醇、甲醇以及乙腈中的一種或多種。
一種鋼筋混凝土阻銹劑，由上述的一種鋼筋混凝土阻銹劑的制備方法制備而成。
一種鋼筋混凝土阻銹劑及其制備方法，相比于現有技術，制備過程簡便、原料易得，所制備得到的阻銹劑屬于高分子材料，性質穩定、綠色環保、緩蝕阻銹性能優異，同時還具有優良的耐鹽水性，可廣泛應用于近海、海港碼頭、沿海工業和民用鋼筋混凝土建筑。
具體實施方式
為了使本技術領域人員更好地理解本發明的技術方案，并使本發明的上述特征、目的以及優點更加清晰易懂，下面結合實施例對本發明做進一步的說明。實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
實施例1
首先需要按照以下步驟制備單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽：
步驟d1：中間體的制備：將n-乙烯基-2-甲基咪唑溶于第二有機溶劑配制成質量分數為5％的溶液后加入與n-乙烯基-2-甲基咪唑等摩爾的2-溴乙胺氫溴酸鹽，在500r/min條件下攪拌加熱升溫至60℃后反應36h，反應結束后冷卻至25℃室溫，真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于50℃條件下干燥24h，得到中間體；
步驟d2：將步驟d1所得中間體溶于二氯甲烷配制成質量分數為40％的溶液后加入與中間體等摩爾的氫氧化鈉，在1500r/min、25℃室溫條件下攪拌反應24h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于50℃條件下干燥24h；
步驟d3：將步驟d2所得產物溶于第三有機溶劑中配制成質量分數為35％的溶液后加入與步驟d2所得產物等摩爾的氨基酸，在500r/min、25℃室溫條件下攪拌18h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于50℃條件下干燥24h可得單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽。
以上步驟d1至d3均在n2氣氛下進行，上述第二有機溶劑、第三有機溶劑為乙醇、甲醇以及乙腈中的一種或多種。
然后，由單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽與交聯劑二乙烯基苯通過共聚反應制備阻銹劑，步驟如下：
步驟s1：將單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽溶于第一有機溶劑配制成質量分數為5％的溶液，在1000r/min條件下攪拌加熱升溫至70℃后穩定5min后加入占二乙烯基苯和單體離子液體總質量0.8％的過硫酸鉀作為引發劑形成混合溶液；
步驟s2：向步驟s1所得的混合溶液中滴加二乙烯基苯，其中二乙烯基苯與單體離子液體的質量比為1：1，反應6h后停止得到反應液；
步驟s3：將步驟s2所得反應液冷卻至25℃室溫后真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于50℃條件下干燥24h，將干燥后的濾餅粉碎即可得到阻銹劑。
上述步驟s1至s3均在n2氣氛下進行。引發劑過硫酸鉀可用等質量的過硫酸銨或者過硫酸銨和過硫酸鉀混合物代替。
本實施例所制備得到的鋼筋混凝土阻銹劑在使用時，按阻銹劑的添加量直接加到水中溶解混合即可，同時按組成中水的比例扣減相應混凝土澆注時的用水量，阻銹劑的添加量以每立方米混凝土構建物所需要水泥重量的1％計算。
實施例2
首先需要按照以下步驟制備單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽：
步驟d1：中間體的制備：將n-乙烯基-2-甲基咪唑溶于第二有機溶劑配制成質量分數為10％的溶液后加入與n-乙烯基-2-甲基咪唑等摩爾的2-溴乙胺氫溴酸鹽，在1000r/min條件下攪拌加熱升溫至80℃后反應12h，反應結束后冷卻至25℃室溫，真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于80℃條件下干燥6h，得到中間體；
步驟d2：將步驟d1所得中間體溶于二氯甲烷配制成質量分數為50％的溶液后加入與中間體等摩爾的氫氧化鈉，在2000r/min、25℃室溫條件下攪拌反應12h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于80℃條件下干燥6h；
步驟d3：將步驟d2所得產物溶于第三有機溶劑中配制成質量分數為40％的溶液后加入與步驟d2所得產物等摩爾的氨基酸，在1000r/min、25℃室溫條件下攪拌6h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于80℃條件下干燥6h可得單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽。
以上步驟d1至d3均在n2氣氛下進行，上述第二有機溶劑、第三有機溶劑為乙醇、甲醇以及乙腈中的一種或多種。
然后，由單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽與交聯劑二乙烯基苯通過共聚反應制備阻銹劑，步驟如下：
步驟s1：將單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽溶于第一有機溶劑配制成質量分數為10％的溶液，在2000r/min條件下攪拌加熱升溫至85℃后穩定5min后加入占二乙烯基苯和單體離子液體總質量1％的過硫酸鉀作為引發劑形成混合溶液；
步驟s2：向步驟s1所得的混合溶液中滴加二乙烯基苯，其中二乙烯基苯與單體離子液體的質量比為3：1，反應12h后停止得到反應液；
步驟s3：將步驟s2所得反應液冷卻至25℃室溫后真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于80℃條件下干燥6h，將干燥后的濾餅粉碎即可得到阻銹劑。
上述步驟s1至s3均在n2氣氛下進行，上述第一有機溶劑為乙醇、甲醇以及乙腈中的一種或多種。引發劑過硫酸鉀可用等質量的過硫酸銨或者過硫酸銨和過硫酸鉀混合物代替。
本實施例所制備得到的鋼筋混凝土阻銹劑在使用時，按阻銹劑的添加量直接加到水中溶解混合即可，同時按組成中水的比例扣減相應混凝土澆注時的用水量，阻銹劑的添加量以每立方米混凝土構建物所需要水泥重量的3％計算。
實施例3
首先需要按照以下步驟制備單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽：
步驟d1：中間體的制備：將n-乙烯基-2-甲基咪唑溶于第二有機溶劑配制成質量分數為8％的溶液后加入與n-乙烯基-2-甲基咪唑等摩爾的2-溴乙胺氫溴酸鹽，在800r/min條件下攪拌加熱升溫至70℃后反應24h，反應結束后冷卻至25℃室溫，真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于65℃條件下干燥12h，得到中間體；
步驟d2：將步驟d1所得中間體溶于二氯甲烷配制成質量分數為50％的溶液后加入與中間體等摩爾的氫氧化鈉，在1800r/min、25℃室溫條件下攪拌反應12h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于65℃條件下干燥12h；
步驟d3：將步驟d2所得產物溶于第三有機溶劑中配制成質量分數為40％的溶液后加入與步驟d2所得產物等摩爾的氨基酸，在800r/min、25℃室溫條件下攪拌12h，反應結束后冷卻至25℃室溫，將產物置于干燥箱中于65℃條件下干燥12h可得單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽。
以上步驟d1至d3均在n2氣氛下進行，上述步驟d1中的第二有機溶劑為乙醇、甲醇以及乙腈中的一種或多種。
然后，由單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽與交聯劑二乙烯基苯通過共聚反應制備阻銹劑，步驟如下：
步驟s1：將單體離子液體1-乙烯基-2-甲基-3-乙胺-咪唑陽離子氨基酸陰離子鹽溶于第一有機溶劑配制成質量分數為20％的溶液，在1500r/min條件下攪拌加熱升溫至75℃后穩定8min后加入占二乙烯基苯和單體離子液體總質量1.5％的過硫酸鉀作為引發劑形成混合溶液；
步驟s2：向步驟s1所得的混合溶液中滴加二乙烯基苯，其中二乙烯基苯與單體離子液體的質量比為2：1，反應12h后停止得到反應液；
步驟s3：將步驟s2所得反應液冷卻至25℃室溫后真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于65℃條件下干燥12h，將干燥后的濾餅粉碎即可得到阻銹劑。
上述步驟s1至s3均在n2氣氛下進行，上述步驟s1中的第一有機溶劑為乙醇、甲醇以及乙腈中的一種或多種。引發劑過硫酸鉀可用等質量的過硫酸銨或者過硫酸銨和過硫酸鉀混合物代替。
本實施例所制備得到的鋼筋混凝土阻銹劑在使用時，按阻銹劑的添加量直接加到水中溶解混合即可，同時按組成中水的比例扣減相應混凝土澆注時的用水量，阻銹劑的添加量以每立方米混凝土構建物所需要水泥重量的5％計算。
對阻銹劑的性能測試一般按照以下方法進行：以失重法通過測量金屬在腐蝕介質中浸泡一定時間后所損失的重量，計算出其腐蝕速率，從而計算阻銹劑的緩蝕率；以動電位掃描極化法測試各腐蝕液中不同浸泡腐蝕齡期密封鋼筋電極的腐蝕電流密度。
將上述三個實施例所制備得到的阻銹劑與空白試樣、3％亞硝酸鈉、3％商用阻銹劑作為對比例進行上述性能測試，所得緩蝕率和腐蝕電流密度結果如下表。
表1各實施例以及對比例的性能測試結果
根據上表可以看出，本發明所制備得到的鋼筋混凝土阻銹劑具有非常優良的阻銹性能，其原因在于：一方面，該阻銹劑的分子中既含有硬堿基團(-nh2)，又含有軟堿基團(-ch3)，是一種兩性堿，由于鋼筋表面的鈍化層由鐵的氧化物組成，屬于硬酸，鈍化層破壞后暴露出的本體金屬則屬于軟酸，根據軟硬酸堿理論，硬堿與硬酸配位、軟堿與軟酸配位所得的配位化合物是穩定的，因而，該阻銹劑既能夠牢固地吸附于鋼筋表面的鈍化膜上形成保護膜，又能夠在鈍化膜破壞后吸附到本體金屬表面，起到修補鈍化膜的作用，同時，該阻銹劑為二乙烯基苯與單體離子液體的共聚物，其骨架為互穿網絡型，其粗糙的微納米表面、獨特的介孔結構和單一的有機骨架使其具有超疏水的特性，使其更好地保護了鋼筋表面；另一方面，阻銹劑的陽離子通過物理吸附于鋼筋表面，然后分子中咪唑上n原子的孤對電子和芳環上的π電子與鋼筋的鐵原子的d軌道以及鐵原子的d電子與阻銹劑的反鍵軌道相互作用形成化學吸附，從而更好地抑制了鋼筋的腐蝕。
一種鋼筋混凝土阻銹劑及其制備方法，相比于現有技術，制備過程簡便、原料易得，所制備得到的阻銹劑屬于高分子材料，性質穩定、綠色環保、緩蝕阻銹性能優異，同時還具有優良的耐鹽水性，可廣泛應用于近海、海港碼頭、沿海工業和民用鋼筋混凝土建筑。
上述實施方式僅供說明本發明之用，而并非是對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明精神和范圍的情況下，還可以作出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也應屬于本發明的范疇。