МИГРИРУЮЩИЙ ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ В БЕТОНЕ
MIGRATORY CORROSION INHIBITOR FOR STEEL REINFORCEMENT IN CONCRETE

Изобретение относится к технике защиты черных металлов от коррозии с помощью ингибиторов и может быть использовано для защиты стальной арматуры железобетонных изделий.
Известно большое количество ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне /Алексеев С.Н., Ратинов В.Б., Розенталь Н.К., Кашурников Н.М. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях. - М.: Стройиздат, 1985/ [1]. Аналогами предлагаемого ингибитора являются нитриты щелочных и щелочноземельных металлов - ингибиторы коррозии и ускорители твердения бетона. Однако их применение в недостаточных количествах создает опасность дополнительной локализации и увеличения скорости коррозии / Розенфельд И.Л. Замедлители коррозии в нейтральных средах. - М.: АН СССР. - 1953/ [2]. Кроме того, они не обладают свойствами мигрирующих ингибиторов, т.е. способностью при нанесении на поверхность железобетонного изделия или при добавлении в используемый при ремонтных работах цементный раствор мигрировать вглубь бетонного камня и защищать от коррозии стальную арматуру уже находящихся в эксплуатации железобетонных конструкций.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому ингибитору является композиция: соль азотистой кислоты - соль бензойной кислоты или замещенной бензойной кислоты, которая добавляется к бетону на стадии его затворения (прототип) /Старовойтова Е.В., Андреев Н.Н. О нитритбензоатных ингибиторах коррозии стальной арматуры в бетоне. Материалы 4-й Всерос. конф. «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах» «ФАГРАН-2008». Воронеж: «Научная книга». 2008. T.1. С.239/ [3]. Мигрирующим ингибитором эта композиция также не является.
Цель настоящего изобретения - разработка эффективного мигрирующего ингибитора коррозии стальной арматуры в бетоне.
Поставленная цель достигается тем, что ингибитор, содержащий соль азотистой кислоты, соль бензойной кислоты или замещенной бензойной кислоты, дополнительно содержит поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов (мас.%):
соль азотистой кислоты
15-75
соль бензойной кислоты или
замещенной бензойной кислоты
15-75
поверхностно-активное вещество
1-15
n
2n±1
3
n
2n+1
3
2
n
2n+1
2
3
В качестве ПАВ используются неионогенные: синтамид-10, ОП-7, ОП-10 или анионактивные: алкилсульфаты из спиртов кашалотового жира CHOSONa, где n=16-18, или окись алкилдиметиламина СН(СН)NО, где n=10-18, или алкилсульфонаты (CH)CHSONa, где n=11-17, или катионактивные: катамин АБ, гексилтриметиламмоний хлорид, дециламмоний хлорид или додециламмоний бромид.
Все указанные ПАВ являются товарными продуктами.
Ниже приводятся примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора и подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность.
Для оценки эффективности исследуемых мигрирующих ингибиторов коррозии готовили железобетонные образцы с различными по составу слоями бетона: содержащим хлорид-ионы прилегающим к металлу внутренним слоем и внешним с добавками исследуемых ингибиторов.
Отрезки арматурной проволоки ст3пс диаметром 5 и длиной 50 мм зачищали наждачной бумагой, обезжиривали спиртом, сушили, взвешивали на аналитических весах и размещали по оси цилиндрической опалубки той же длины и диаметром 20 мм так, чтобы конец проволоки выступал на 7 мм над верхним торцом формы. Опалубку заполняли бетонной массой, изготовленной из портландцемента ПЦ 500 Д0 (Ц), песка (П), просеянного через сито с ячейкой 2 мм, и воды (В) при соотношении Ц:П:В=1:2:0.4. В бетон с водой затворения вводили NaCl (1% от массы цемента в пересчете на хлорид-ионы). Через 10 суток образцы извлекали из опалубки и выдерживали 20 суток на воздухе, периодически смачивая их водой.
Приготовленные таким образом железобетонные цилиндры заливали вторым внешним слоем бетона с тем же соотношением Ц:П:В, но содержащим 3% от массы цемента исследуемого ингибитора. Ингибитор готовился простым смешением компонентов и вводился в бетон с водой затворения.
Полученные образцы - цилиндры диаметром 40 и высотой 60 мм сушили 28 суток, затем торцевой частью, не имеющей выхода арматурной проволоки, помещали в чашки Петри, заполненные на 2-4 мм дистиллированной водой, выдерживали в таких условиях 60 суток. Далее дистиллированную воду в чашках Петри заменяли на 3%-ный раствор NaCl и анодно поляризовали сталь.
Анодную поляризацию образцов осуществляли от аккумуляторной батареи напряжением 1,25 В в течение 60-ти суток в условиях постоянного погружения на 2-4 мм в 3%-ный раствор NaCl /Гедвилло И.А., Жмакина А.С. Коррозия: материалы, защита. 2006. №11. С.20-25/ [4]. Вспомогательным электродом служил цилиндр из нержавеющей стали.
1
2
1
2
После завершения серий экспериментов бетон раскалывали, осматривали поверхность металла, при наличии продуктов коррозии их удаляли, металлические образцы обезжиривали спиртом, сушили и взвешивали. Об эффективности мигрирующих ингибиторов судили по величинам коэффициентов защиты (Z%=(1-K/K)100%, где K - скорость коррозии в присутствии ингибитора; К - скорость коррозии в отсутствие его).
Таблица 1Влияние соотношения компонентов предлагаемого ингибитора на его защитные свойства
Пример
Ингибитор (мас.%)
Z%
нитрит натрия
бензоат натрия
синтамид-10
1.1
45
45
10
100
1.2
15
73
12
100
1.3
75
20
5
100
1.4
13
74
13
22
1.5
77
17
6
30
1.6
73
15
12
100
1.7
20
75
5
100
1.8
74
13
13
15
1.9
17
77
6
14
1.10
49
50
1
100
1.11
45
40
15
100
1.12
49.5
50
0.5
25
1.13
43
40
17
34
Нитрит натрия (аналог)
45
Нитрит натрия+бензоат натрия при соотношении 1:1 (прототип)
50
Данные табл.1 свидетельствуют, что смесь натриевых солей азотистой кислоты, бензойной кислоты и синтамида при соблюдении указанных соотношений компонентов (примеры 1.1-1.3, 1.6, 1.7, 1.10, 1.11) синергетически взаимодействуют и обеспечивают более эффективное подавление коррозии в условиях испытаний, имитирующих действие мигрирующего ингибитора, чем нитрит натрия (аналог) и нитрит-бензоатная композиция (прототип).
Нарушение указанных соотношений компонентов ведет к резкому снижению защитных свойств ингибитора (примеры 1.4, 1.5, 1.8, 1.9, 1.12, 1.13).
Природа обнаруженного синергетического эффекта в настоящее время не ясна. Однако установлено, что применение в составе композиции солей замещенных бензойных кислот не ведет к потере эффективности защиты (табл.2, примеры 2.1-2.12).
Таблица 2Влияние состава предлагаемого ингибитора на его защитные свойства. Соотношение компонентов:соль азотистой кислоты:соль замещенной бензойной кислоты: поверхностно-активное вещество = 45:45:10 (мас.%)
Пример
Ингибитор
Z%
соль азотистой кислоты
соль замещенной бензойной кислоты
поверхностно-активное вещество
2.1
нитрит натрия
мета-нитробензоат аммония
синтамид
100
2.2.
нитрит диметил-амино-этанола
салицилат натрия
окись алкилдиметиламина
100
2.3
нитрит калия
бензоат циклогексиламина
алкил-сульфонаты
100
2.4
нитрит кальция
пара-фторбензоат калия
алкил-сульфаты
100
2.5
нитрит дицикло-гексиламина
фталат моноэтаноламина
синтамид
100
2.6
нитрит натрия
пара-бромбензоат циклогексиламина
синтамид
100
2.7
нитрит калия
мета-нитробензоат натрия
ОП-7
100
2.8
нитрит кальция
пара-диметиламинобензоат калия
ОП-10
100
2.9
нитрит натрия
мета-аминобензоат аммония
катамин АБ
100
2.10
нитрит калия
бензоат калия
гексилтриметиламмоний хлорид
100
2.11
нитрит кальция
мета-оксибензоат натрия
дециламмоний хлорид
100
2.12
нитрит дицикло-гексиламина
пара-толуилат натрия
додециламмоний бромид
100
Нитрит натрия (аналог)
45
Нитрит натрия+бензоат натрия при соотношении 1:1 (прототип)
50
Катионная часть солей азотистой кислоты и бензойной (или замещенной бензойной) кислот не оказывает на степень защиты существенного влияния. Данные табл.2 иллюстрируют возможность использования в качестве солей азотистой кислоты, кроме нитрита натрия, также нитритов калия (пример 2.3, 2.7, 2.10), кальция (пример 2.4, 2.8, 2.11), дициклогексиламина (пример 2.5, 2.12), диметиламиноэтанола (пример 2.2). В качестве солей бензойной и замещенных бензойных кислот, кроме натриевых, можно использовать аммонийные (пример 2.1, 2.9), калиевые (пример 2.4, 2.8, 2.10), циклогексиламмониевые (пример 2.3) и моноэтаноламмониевые (пример 2.5) соли.
В качестве поверхностно-активных веществ, кроме синтамида-10 (примеры 1.1-1.3, 1.6, 1.7, 1.10, 1.11), в составе ингибитора могут быть использованы и некоторые другие ПАВ - окись алкилдиметиламина (пример 2.2), алкилсульфонаты (пример 2.3), алкилсульфаты (пример 2.4), ОП-7 (пример 2.7), ОП-10 (пример 2.8), катамин АБ (пример 2.9), гексилтриметиламмоний хлорид (пример 2.10), дециламмоний хлорид (пример 2.11) и додециламмоний бромид (пример 2.12).
Таким образом, результаты коррозионных испытаний свидетельствуют, что предлагаемый мигрирующий ингибитор превосходит ингибитор-аналог и ингибитор-прототип по своим защитным свойствам.
Использование предлагаемого ингибитора позволит существенно увеличить сроки службы железобетонных конструкций и сооружений и упростит их ремонт.