[发明专利]一种耐氯盐腐蚀碳纳米管改性钢筋混凝土及其制备方法

说明书

本发明属于钢筋混凝土领域，公开了一种耐氯盐腐蚀碳纳米管改性钢筋混凝土及其制备方法。本发明采用化学作用力和物理方法结合使得碳纳米管分散于聚乙烯醇溶液中，获得均匀分布、良好结合的碳纳米管/聚乙烯醇预聚液后，再将预聚液作为复合改性剂加入到水泥基体中，以此获得均匀分散的碳纳米管‑聚乙烯醇‑水泥基复合材料。该方法将羟基碳纳米管和聚乙烯醇的增强效果充分结合到复合改性水泥基材料之中，不仅在力学性能方面拥有其独特的优势，并且能够减少孔隙率，且通过改变内部微观介电常数，捕获移动电荷，防止腐蚀电池的形成，显著降低钢筋混凝土中的腐蚀电流，延长钢筋混凝土耐腐蚀时间。

技术领域

本发明属于钢筋混凝土领域，特别涉及一种耐氯盐腐蚀碳纳米管改性钢筋混凝土及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土结构是世界上应用最普遍、范围最广的结构形式之一，在其生命周期的全过程中，其安全性和可靠性至关重要，一旦失事，将会产生严重的后果，造成重大的人员伤亡和经济损失。钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构破坏的主要原因，钢筋腐蚀造成的经济损失巨大。2002年，美国国会指出每年因钢筋腐蚀导致的直接经济损失达37.9亿美元，而由此造成的间接经济损失至少是直接经济损失的10倍以上。2009年美国基建工程调查报告指出未来5年建筑结构的维修加固将需要22000亿美元。根据2003年柯伟调查报告，我国每年因腐蚀造成的损失约为5000亿元，占我国GDP的6％，钢筋腐蚀占全部腐蚀的45％。2010年交通运输部对全国大量海港码头进行调查和统计，发现因为严重的腐蚀破坏，钢筋混凝土结构的平均使用寿命只有25年，远达不到50年/100年的设计使用寿命(重大基础设施设计使用寿命为100年)，其直接经济损失近5000亿元/年。

钢筋混凝土是多相非均质材料，钢筋表面电化学不均匀，存在着阳极区和阴极区。由于混凝土的多孔性，水和空气会沿着混凝土中的孔隙到达钢筋表面，空气中的氧气接受钢筋发生腐蚀产生的自由电子。这些电子通过钢筋向阴极区传送，溶液中的负离子通过孔隙溶液向阳极区传输，构成腐蚀电池，钢筋发生电化学腐蚀。腐蚀产物的体积可达未锈蚀钢筋的2～10倍，使钢筋外的混凝土产生环向拉应力。当环向应力超过混凝土的抗拉强度时，钢筋/混凝土界面出现径向裂缝，导致内部混凝土开裂和表层混凝土的剥落。表层混凝土剥落不但显著减少结构的承载能力，还会加剧钢筋腐蚀破坏。而且钢筋锈蚀还减少了钢筋/混凝土的接触面积，使表面腐蚀向破坏性更大的孔蚀转变，加剧钢筋锈蚀破坏。

混凝土对钢筋具有较好的保护作用，其一方面可以部分抵挡侵蚀性介质与钢筋的直接接触，延缓钢筋的去钝化和锈蚀过程，延长结构的服役寿命。另一方面，混凝土的高碱性特征可使钢筋表面的钝化。而氯化物的侵入，会发生“去钝化”现象，引起钢筋加速腐蚀。这主要是由于氯离子迁移至混凝土内部与混凝土中的氢氧化钙反应，显著降低混凝土的pH值，破坏钢筋表面的钝化膜。另一方面氯离子的活性大，半径小，极易通过钝化膜缺陷直接与钢筋表面发生反应，形成大阴极小阳极的腐蚀电池，促进了小孔腐蚀和局部腐蚀，钢筋表面出现坑蚀，并迅速发展。另外，氯离子还会增加混凝土的导电性，促进腐蚀电池离子通路的形成，降低混凝土微观和宏观电池的腐蚀电阻，提高了离子传输效率，进而加速钢筋腐蚀的电化学进程。

降低混凝土的孔隙率是提高钢筋混凝土耐氯离子腐蚀性能的有效方式之一，这是由于降低孔隙率能减少离子渗透通路，防止腐蚀介质达到钢筋表面。而提高混凝土的介电常数防止腐蚀电池形成，能进一步提高钢筋混凝土耐腐蚀性能。

本发明基于上述原理，通过原位聚合形成羟基碳纳米管/PVA纳米纤维，一方面改善界面性能、填充孔洞、控制裂缝，减少腐蚀介质渗透通路。另一方面，利用其高介电常数，在混凝土中形成巨量微细电容器(原理如图1所示)，达到捕获移动电荷，截断腐蚀电池的形成，达到保护钢筋的目的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种耐氯盐腐蚀碳纳米管改性钢筋混凝土。

本发明另一目的在于提供上述耐氯盐腐蚀碳纳米管改性钢筋混凝土的制备方法。