ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ АРМАТУРЫ
INHIBITOR OF ARMATURE CORROSION

Изобретение относится к составу добавки для бетонов и может найти применение в производстве железобетонных изделий и конструкций для предотвращения их коррозии.
Повышение долговечности железобетонных конструкций в разнообразных агрессивных средах, в условиях которых эксплуатируются промышленные и сельскохозяйственные здания и сооружения, является актуальной задачей. Поэтому целесообразно изготавливать железобетонные конструкции таким образом, чтобы эксплуатация их была возможна в течение проектного срока без использования дополнительных мер защиты. В ряде случаев этого можно достигнуть, применяя бетоны с повышенным защитным действием по отношению к стальной арматуре. В значительной мере увеличить защитную способность бетона можно с помощью добавок-ингибиторов.
Коррозия стали усиливается в присутствии хлоридов. Основным фактором, обеспечивающим защиту стали от действия хлоридов в бетоне, является низкая проницаемость бетона. Однако в некоторых случаях даже бетон с низкой проницаемостью не обеспечивает достаточной защиты, например, когда конструкция требует малой глубины покрытия или используется ячеистый бетон. В таких случаях требуется дополнительная защита стали либо путем обработки арматуры, либо путем усиления защиты, обеспечиваемой бетоном. Последнее может быть достигнуто при использовании добавок, замедляющих коррозию. Такие добавки представляют собой химические соединения, вводимые в малых концентрациях в бетон или раствор и замедляющие или предотвращающие взаимодействие металла с окружающей средой [Добавки в бетон: Справочное пособие / B.C.Рамачандран, Р.Ф.Фельдман, М. Коллепарди и др. Под редакцией B.C.Рамачандрана. Пер. с англ. Т.Н.Розенберг и С.А.Болдырева. М.: Стройиздат, 1988 г. - 575 с.].
Добавки, замедляющие коррозию, делятся на анодные, катодные и смешанные в зависимости от того, по какому механизму они преимущественно воздействуют на реакцию коррозии.
2
3
4
Из анодных ингибиторов наиболее широко применяют нитриты кальция или натрия, бензоат натрия и хромат натрия. Кроме того, считаются перспективными натриевые соли силикатов и фосфатов, двухлористое олово и гидразингидрат. В качестве катодных ингибиторов обычно применяют основания (NaOH, NaCO или NHOH), которые увеличивают значение pH среды и таким образом уменьшают растворимость соединений железа.
Используются также смешанные добавки и содержащие два или более соединений (многокомпонентные), в которых каждый компонент играет особую роль или усиливает антикоррозионные свойства другого. В качестве таких добавок используют смесь нитрита и нитрата кальция вместе с формиатом кальция.
Недостатками рассмотренных выше ингибиторов является высокая дозировка для обеспечения длительного эффекта ингибирования и, во многих случаях, плохая совместимость с пластифицирующими добавками, в т.ч. с лигносульфонатами (ЛСТ).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому ингибитору коррозии является ингибитор коррозии элементов стальной арматуры на основе монофторфосфата калия, который хорошо растворим в воде, что облегчает проникновение ингибитора в бетон. [Патент US №2002166996 POTASSIUM MONOFLUOROPHOSPHATE AS A CORROSION INHIBITOR].
Недостатком рассмотренного прототипа является его необходимая высокая концентрация для достижения антикоррозионного эффекта и отсутствие эффекта уплотнения структуры бетона.
Технической задачей настоящего изобретения является создание ингибитора коррозии арматуры, обеспечивающего стабильное пассивное состояние арматуры в бетоне за счет комплексного воздействия снижения проницаемости цементного камня и электрохимического эффекта при сниженной рабочей дозировке.
В изобретении поставленная техническая задача решена тем, что в ингибитор коррозии арматуры на основе водного раствора фторосодержащей соли дополнительно введены производные лигносульфоновых кислот.
При этом ингибитор коррозии арматуры содержит указанные компоненты при следующем соотношении (мас.%):
фторосодержащая соль
0,3-1;
производные лигносульфоновых кислот
30-33;
вода
остальное
В ингибиторе коррозии арматуры в качестве фторосодержащей соли используют натриевые, калиевые, аминовые или этаноламиновые соли плавиковой кислоты, а в качестве компонента, повышающего непроницаемость бетона и усиливающего ингибирующее действие фторосодержащей соли - производные лигносульфоновых кислот, содержащие технические или модифицированные лигносульфонаты.
При этом ингибитор коррозии арматуры может дополнительно содержать вспомогательные компоненты воздухововлекающего, стабилизирующего, гидрофобизирующего действия, регуляторы кинетики структурообразования, пеногасители или добавки воздухоудаляющего действия или смеси указанных соединений.
Применение ингибитора коррозии арматуры, содержащего водный раствор фторосодержащей соли и лигносульфонатов, несущих функциональные группы, позволяющие совместно с фторидами проявлять ингибирующее действие, за счет комплексного воздействия (снижения проницаемости цементного камня и электрохимического эффекта) обеспечивает более стабильное пассивное состояние арматуры в бетоне.
Введение предлагаемого ингибитора коррозии арматуры в бетоны и строительные растворы обеспечивает высокий антикоррозионный эффект при значительно меньшей дозировке по сравнению с прототипом.
Заявляемый диапазон соотношений компонентов ингибитора коррозии арматуры установлен экспериментально и является оптимальным.
При содержании производных лигносульфоновых кислот в добавке более 33% возникает опасность снижения прочностных характеристик бетона, особенно, при использовании тепло-влажностной обработки, при использовании нижнего предела рекомендованного диапазона (30%) дозировок не обеспечивается требуемое повышение непроницаемости бетона.
При содержании фторосодержащей соли менее 0,3% не наблюдается выраженного антикоррозионного эффекта от применения предлагаемой добавки. Увеличение содержания этого компонента более 1% не дает заметного улучшения технической эффективности комплексной добавки. Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.
Оценку эффективности ингибиторов электрохимическими методами проводили путем снятия поляризационных кривых. Согласно ГОСТ 31383-2008 из бетонных смесей класса по подвижности П5 изготавливали образцы-балочки размером 40×40×160 мм (9 близнецов). По оси образцов располагали электроды из арматурной стали диаметром 5 мм. Образцы далее насыщали водой, помещали в электрохимическую ячейку и определяли начальные значения электрохимических характеристик (стационарного потенциала и плотности тока при потенциале +300 мВ). Далее испытания проводились через 3 и 6 месяцев в условиях периодического увлажнения и высушивания по установленному режиму. Проверку влияния ингибиторов на свойства бетона проводили по аналогии с ГОСТ 30459 на равноподвижных бетонных смесях с расходом (кг/м): цемент - 350, песок - 850, щебень - 990.
В качестве ингибитора-прототипа применяли монофторфосфат калия в дозировке 20% по товарному веществу, а в качестве ингибитора по изобретению - 1% калиевую соль плавиковой кислоты и 30% ЛСТ и 69% воды.
В таблице 1 представлены результаты сопоставительных испытаний контрольного образца, ингибитора коррозии по настоящему изобретению и прототипа. Анализируя представленные данные, можно сделать следующие выводы: применение ингибитора коррозии арматуры по изобретению по показателям стационарного потенциала и плотности тока при потенциале +300 мВ обеспечивает более пассивное состояние стали в бетоне по сравнению как с контрольным образцом, так и с прототипом. При этом в исходном состоянии оба ингибитора (прототип и по изобретению) проявляют заметный эффект, однако затем прототип снижает эффективность за счет вымывания водой, а ингибитор по изобретению повышает уровень пассивности арматуры за счет более плотной структуры цементного камня.
3
Результаты сопоставительных испытаний контрольного образца, добавки прототипа и ингибитора по предлагаемому изобретению по влиянию на непроницаемость и прочностные характеристики бетона приведены в табл.2. Испытания проводились на составе бетона с расходом цемента 350 кг/м в равноподвижных смесях. Прочность бетона на сжатие определяли по ГОСТ 10180.
При применении ингибитора коррозии по изобретению и прототипа и снижении дозировки добавки с 20% у прототипа до 0,8% по изобретению В|Ц-отношение уменьшается на 12%, а водонепроницаемость повышается с марки W4 до марки W8. Прочность на сжатие увеличивается на 11%.
Таким образом, предлагаемый ингибитор коррозии арматуры позволяет за счет комплексного воздействия (снижения проницаемости цементного камня и электрохимического эффекта) обеспечить более стабильное пассивное состояние арматуры в бетоне при сниженной рабочей дозировке.
Таблица 1
Сопоставление эффективности добавки прототипа и по изобретению
Наименование показателей коррозионного состояния арматурной стали
Характеристики коррозионного состояния арматурной стали в пассивном состоянии
Результаты испытаний
В исходном состоянии
После 3-х месяцев испытаний
После 6 месяцев испытаний
Контрольный
Прототип
По изобретению
Контрольный
Прототип
По изобретению
Контрольный
Прототип
По изобретению
Стационарный потенциал, mV
Не ниже - 550
-330
-260
-250
-250
-180
-150
-180
-180
-80
Плотность тока пассивации при потенциале +300 mV, мкА/см<sup>2</sup>
От 0 до 10
4,0
2,8
1,8
2,8
2,5
1,5
1,5
1,4
0,8
Таблица 2
Сопоставление эффективности добавки прототипа и по изобретению
№№
Состав добавки, масс.%
Дозировка, % по товарному
В/Ц
Водонепроницаемость
ОК, см
Прочность на сжатие, МПа, в 28 сут
1
без добавок (контрольный состав)
-
0,55
W4
13
34,0
2
Прототип (калия монофторфосфат)
20
0,53
W4
13
35
3
По изобретению (1% калиевой соли плавиковой кислоты, 30% ЛСТ и 69% воды)
0,8
0,47
W8
13
39