[发明专利]钢筋腐蚀电化学控制的导电聚合物凝胶的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及化学学科，具体说就是一种钢筋腐蚀电化学控制的导电聚合物凝胶的制备方法。

(二)背景技术

钢筋腐蚀是降低钢混结构耐久性并造成重大损失的最主要原因，钢混结构是现今及以后相当长的时间内仍将采用的主要结构型式之一，钢筋腐蚀是引起钢混结构耐久性降低的最主要原因。钢筋腐蚀的危害之大出乎意料，随着全球气候与环境的恶化，这一问题势必呈现出日益加剧的态势，钢混结构钢筋腐蚀问题正引起全世界广泛关注。

在混凝土环境下，由于混凝土的多孔性，水分与氧气可以沿着孔隙和裂纹迁移，这恰好是低碳钢和高强度合金钢等钢材腐蚀的必要条件。在大多数情形下没有发生腐蚀的原因是这些孔隙中由于水泥的水化过程形成了高浓度的钙、钠和钾的氢氧化物，从而保持了PH值在12-13之间，这一高碱度环境是钢材钝化，形成致密的γ型氧化铁防止了钢材的快速腐蚀。然而当Cl^-(来自除冰盐或者海水)经过混凝土表面在钢筋表面进行聚集或者由于CO₂(来自大气，也是造成全球气候变暖的重要因素之一)的作用使孔溶液PH值降低的情况下，钝化膜遭到破坏，混凝土对钢筋的保护作用失效，在O₂以及H₂O充足的情况下钢筋截面积减小或者出现蚀点。

为了保护混凝土中钢筋不受侵蚀，延长钢筋混凝土结构的寿命，除了提高混凝土对钢筋的防护功能外，人们建立和发展了多种防护方法和技术，如在钢筋表面涂覆环氧涂层、施加金属覆盖层、在钢筋表面组装保护膜、对钢筋施加阴极保护、在混凝土中添加缓蚀剂、采用不锈钢钢筋等.这些方法是保护混凝土中钢筋的补充措施，但都有一定的局限性。如传统的、最直接的修补方法是将表面受污染混凝土直接清除，对钢筋作除锈、阻锈处理，再使用抗渗性较高的混凝土或砂浆做保护层进行修补，这种方法存在施工工艺复杂，不能清除已侵入混凝土内层的有害组分，不能使受腐蚀钢筋表面重新钝化，而且存在新旧混凝土界面粘结性不良等缺点。同时这是一种破损的修补方法，当修补层再次受到氯盐污染危及钢筋腐蚀时，需要对受污染混凝土层进行二次清除并替换为新混凝土或砂浆层。

土木工程中绝大多数(除了部分高温氧化反应外)钢材的腐蚀过程都是电化学过程，所以电化学方法成为监测结构中钢材腐蚀的最本质的方法。近些年来国内外的科研工作者采用电化学方法对腐蚀科学问题进行了大量的研究。通常较为有效的电化学技术包括电化学除氯(Electrochemical Chloride Removal，ECR)与电化学再碱化(Electrochemical Realkalisation，ERA)，采用电化学方法可以在无需破坏原混凝土结构保护层的条件下，既可使侵入混凝土保护层的氯盐排出，又能使已经活化开始腐蚀的钢筋表面重新钝化，还可以实现钢筋周围混凝土的再碱化，从而可以对因氯盐及CO₂污染导致钢筋腐蚀破坏的混凝土结构进行无损、低成本、快速修复。

对于服役中的重大钢混结构腐蚀控制而言，腐蚀电化学控制装置中的端子与所需进行ECR或ERA区域的混凝土表面接触，构成闭合回路，通过外置的电源对钢筋与端子之间施加电场，从而将侵蚀性离子提取至端子表面，或将OH^-离子输送至钢筋所在区域。大量的研究表明，端子与混凝土表面接触的密实性及接触面的导电性能严重影响ECR与ERA的有效性。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好韧性与导电性、为基于电化学技术钢混腐蚀控制提供关键元件的钢筋腐蚀电化学控制的导电聚合物凝胶的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：应用丙烯酰胺共聚丙烯酸或烯酰胺共聚三甲基丙烯酰胺丙烯磺酸作为基体材料制备钢筋腐蚀电化学控制的导电聚合物凝胶，采用的凝胶化剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，矿物酸为HBF₄，氧化剂为H₂O₂；

应用丙烯酰胺共聚丙烯酸作为基体材料制备钢筋腐蚀电化学控制的导电聚合物凝胶的步骤如下：

步骤一：在含有250ml水的有塞玻璃容器中加入丙烯酰胺和丙烯酸，溶解成溶液；

步骤二：将MBA及HBF₄加入到溶液中，溶液在室温中进行溶解，采用磁力搅拌加速溶解得到混合物；

步骤三：将步骤二得到的混合物加入H₂O₂，搅拌22.5分钟成为浓缩反应混合物；

步骤四：将浓缩反应混合物放在炉子上烘烤30分钟成为导电聚合物凝胶；