Мигрирующий ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне

Изобретение относится к способам защиты черных металлов от коррозии с помощью ингибиторов и может быть использовано для защиты стальной арматуры железобетонных изделий. Ингибитор содержит соль азотистой кислоты в количестве 15-75 мас.%, соль бензойной кислоты или замещенной бензойной кислоты в количестве 15-75 мас.%, дополнительно содержит поверхностно-активное вещество в количестве 1-15 мас.% от применяемой концентрации ингибитора. Предлагаемый состав при нанесении на поверхность железобетонного изделия или при добавлении его в используемый при ремонтных работах цементный раствор способен мигрировать вглубь бетонного камня и защищать от коррозии стальную арматуру уже находящихся в эксплуатации железобетонных конструкций. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

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

В качестве ПАВ используются неионогенные: синтамид-10, ОП-7, ОП-10 или анионактивные: алкилсульфаты из спиртов кашалотового жира C_nH_2n±1OSO₃Na, где n=16-18, или окись алкилдиметиламина С_nН_2n+1(СН₃)₂NО, где n=10-18, или алкилсульфонаты (C_nH_2n+1)₂CHSO₃Na, 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.

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-K₁/K₂)100%, где K₁ - скорость коррозии в присутствии ингибитора; К₂ - скорость коррозии в отсутствие его).

Таблица 1 Влияние 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 2 Влияние 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.

1. Мигрирующий ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне, содержащий соль азотистой кислоты и соль бензойной кислоты или замещенной бензойной кислоты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, вес.%:

соль азотистой кислоты	15-75
соль бензойной кислоты или
замещенной бензойной кислоты	15-75
поверхностно-активное вещество	1-10

2. Ингибитор коррозии по п.1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества он содержит синтамид-10 или алкилсульфаты из спиртов кашалотового жира C_nH_2n±1OSO₃Na, где n=16-18, или окись алкилдиметиламина C_nH_2n+1(CH₃)₂NO, где n=10-18, или алкилсульфонаты (C_nH_2n+1)₂CHSO₃Na, где n=11-17.