Мигрирующий ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне

Изобретение относится к области защиты черных металлов от коррозии с помощью ингибиторов. Ингибитор содержит соль бензойной кислоты или замещенной бензойной кислоты 15-75 мас.%, поверхностно-активное вещество 1-15 мас.% и соль дикарбоновой кислоты 15-75 мас.%. Технический результат: повышение эффективности защиты от коррозии стальной арматуры в бетоне с высоким содержанием хлоридов. 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/. Аналогом предлагаемого ингибитора является композиция: соль азотистой кислоты - соль бензойной кислоты или замещенной бензойной кислоты, которая добавляется к бетону на стадии его затворения /Старовойтова Е.В., Гедвилло И.А., Жмакина А.С., Андреев Н.Н. Нитрит - бензоатные ингибиторы для защиты от коррозии стальной арматуры в бетоне // Коррозия: материалы, защита. - 2009. - №6. - С.30-33/. Однако такие композиции 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 - поверхностно-активное вещество (прототип). /Андреев Н.Н., Гедвилло И.А., Жмакина А.С., Кузнецов Ю.И., Розенталь Н.К., Старовойтова Е.В., Степанова В.Ф. Мигрирующий ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне. Патент на изобретение №2413038/. Однако прототип не обеспечивает эффективной защиты стальной арматуры при высоком содержании хлоридов в бетоне.

Задачей настоящего изобретения - разработка эффективного мигрирующего ингибитора коррозии стальной арматуры в бетоне с высоким содержанием хлоридов.

Поставленная задача достигается тем, что ингибитор, содержащий соль бензойной кислоты или замещенной бензойной кислоты и поверхностно-активное вещество, дополнительно содержит соль дикарбоновой кислоты, при следующем соотношении компонентов (мас.%.):

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

В качестве солей дикарбоновых кислот водорастворимые соли предельных дикарбоновых: (СН₂)n(СООН)₂, где n=1-8 или ароматических кислот: орто-, мета-, пара- С₆Н₄(СООН)₂.

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, содержащие хлорид - ионы.

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 40 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 (3% от массы цемента в пересчете на хлорид - ионы). Через 5 суток образцы извлекали из опалубки и выдерживали 25 суток на воздухе, периодически смачивая их водой.

После выдерживания образцов на воздухе, на их поверхность с помощью кисти, в два слоя наносили 30%-ный водный раствор ингибитора из расчета 0.5 л на 1 м² поверхности. Интервал между нанесением слоев ингибитора составлял 30 минут. Обработанные раствором ингибитора, образцы выдерживались в комнатных условиях в течение 7-ми суток.

Далее образцы - торцевой частью, не имеющей выхода арматурной проволоки, помещали в чашки Петри, заполненные на 2-4 мм 3%-ным раствором NaCl и анодно поляризовали сталь от аккумуляторной батареи напряжением 1,25В в течение 60-ти суток. Вспомогательным электродом служил цилиндр из нержавеющей стали /Гедвилло И.А., Жмакина А.С. Коррозия: материалы, защита. 2006. №11. С.20-25/.

После завершения поляризации 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).

Данные табл.1 свидетельствуют, что смесь калиевой соли изофталевой кислоты, натриевой соли 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, чем нитрит - бензоатная композиция (аналог) и нитрит - бензоатная композиция с добавками ПАВ (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).

Данные табл. 2 показывают, что отклонение от формулы (CH₂)n(COOH)₂, где n=1-8, также приводит к снижению защитных свойств ингибитора. Так, при n=11 (пример 2.13), n=13 (пример 2.14) и n=0 (пример 2.15) Z=30-45%.

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).

Катионная часть солей бензойной (или замещенной бензойной) и дикарбоновых кислот не оказывает на степень защиты существенного влияния.

Данные табл.2 иллюстрируют возможность использования в качестве солей бензойной и замещенных бензойных кислот, кроме натриевых (пример 2.5, 2.6, 2.7, 2.11), аммонийные (пример 2.4, 2.9), калиевые (пример 2.1, 2.2, 2.10), циклогексиламмониевые (пример 2.3, 2.8) и моноэтаноламмониевые (пример 2.12) соли.

В качестве солей дикарбоновых кислот кроме натриевых (пример 2.4, 2.7, 2.11) можно использовать аммонийные (пример 2.3, 2.9), калиевые (пример 2.1, 2.8, 2.10), кальциевые (пример 2.6, 2.12), циклогексиламмониевые (пример 2.5) и моноэтаноламмониевые (пример 2.2) 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 водорастворимые ПАВ - алкилсульфонаты (пример 2.3), алкилсульфаты (пример 2.11), ОП-7 (пример 2.6), ОП-10 (пример 2.1, 2.9), катамин АБ (пример 2.2), гексилтриметиламмоний хлорид (пример 2.10), дециламмоний хлорид (пример 2.4) и додециламмоний бромид (пример 2.7).

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.

Мигрирующий ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне

Табл.1.
Влияние соотношения компонентов предлагаемого ингибитора на его защитные свойства
Пример	Ингибитор (мас.%)	Z, %
изофталат 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	30
1.5	77	17	6	20
1.6	73	15	12	100
1.7	20	75	5	100
1.8	75	13	12	35
1.9	15	77	8	20
1.10	49	50	1	100
1.11	45	40	15	100
1.12	49.5	50	0.5	25
1.13	42	42	16	40
Нитрит натрия + бензоат натрия при соотношении 1:1 (аналог)	30
нитрит калия + мета - нитробензоат натрия + ОП-7 при соотношении 45:45:10 (мас.%) (прототип)	70

Мигрирующий ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне

Табл.2.
Влияние состава предлагаемого ингибитора на его защитные свойства. Соотношение компонентов: соль дикарбоновой кислоты: соль замещенной бензойной кислоты: поверхностно-активное вещество=50:45:5 (мас.%).
Пример	Ингибитор	Z, %
соль дикарбоновой кислоты	соль замещенной бензойной кислоты	поверхностно-активное вещество
2.1	малоат калия (n=1)	пара-фторбензоат калия	ОП-10	100
2.2.	фталат моноэтаноламина	пара-диметиламинобензоат калия	катамин АБ	100
2.3	адипинат аммония (n=4)	бензоат циклогексиламина	алкил-сульфонаты	100
2.4	изофталат натрия	мета-нитробензоат аммония	дециламмоний хлорид	100
2.5	терефталат циклогексиламина	салицилат натрия	синтамид-10	100
2.6	глутарат кальция (n=3)	пара-толуилат натрия	ОП-7	100
2.7	Фталат натрия	мета-нитробензоат натрия	додециламмоний бромид	100
2.8	изофталат калия	пара-бромбензоат циклогексиламина	синтамид-10	100
2.9	терефталат аммония	мета-аминобензоат аммония	ОП-10	100
2.10	малоат калия (n=1)	бензоат калия	гексилтриметилам моний хлорид	100
2.11	адипинат натрия (n=4)	мета-оксибензоат натрия	алкил-сульфаты	100
2.12	себацинат кальция (n=8)	бензоат моноэтаноламина	синтамид-10	100
2.13	брассилат калия (n=11)	мета-нитробензоат натрия	дециламмоний хлорид	40
2.14	пентадекандиоат натрия (n=13)	бензоат циклогексиламина	алкил-сульфонаты	45
2.15	оксалат циклогексиламина (n=0)	бензоат калия	ОП-7	35
Нитрит натрия + бензоат натрия при соотношении 1:1 (аналог)	30
нитрит калия + мета - нитробензоат натрия + ОП-7 при соотношении 45:45:10 (мас.%) (прототип)	50

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

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

2. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли дикарбоновой кислоты используют соли предельных дикарбоновых - (СН₂)_n(СООН)₂, где n=1-8, или ароматических кислот - фталевой, изофталевой или терефталевой.