ИНГИБИРОВАНИЕ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ, ПРИСУТСТВУЮЩЕЙ В ЗАТВЕРДЕВШЕЙ БЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ, ИМЕЮЩЕЙ ОДНУ ИЛИ НЕСКОЛЬКО ПОВЕРХНОСТЕЙ, КОТОРЫЕ ОТКРЫТЫ ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ ХЛОРИДА Российский патент 2023 года по МПК C04B41/65 

Область техники настоящего изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к ингибированию коррозии металлической арматуры, которую содержат затвердевшие, также называемые термином «застывшие», бетонные конструкции, такие как здания, мосты, дороги и другие конструкции (далее в настоящем документе называемые термином «армированные бетонные конструкции»), имеющие одну или несколько поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида, индуцирующего коррозию металлической арматуры. Ингибиторы коррозии определяются как «вещества или смеси, которые в низкой концентрации замедляют, предотвращают или сокращают до минимума коррозию в агрессивной среде».

Уровень техники настоящего изобретения

[0002] Бетонные конструкции, предназначенные для строительства объектов, таких как здания, мосты, дороги и другие объекты, изготовлены из затвердевшего бетона, и обычно внутри них присутствует в качестве сердцевины металлическая арматура в целях повышения прочности затвердевшего бетона и сохранения формы затвердевшего бетона при сжатии. Бетон обладает высокой прочностью при сжатии, но имеет низкую прочность при растяжении. Наиболее распространенные формы указанной металлической арматуры представляют собой стальные арматурные стержни и проволочные сетки. Другие типы металлической арматуры представляют собой решетки, балки, швеллеры и аналогичные изделия. Металл может присутствовать в форме железа и стали. Стальные арматурные стержни значительно увеличивают прочность при растяжении бетонной конструкции.

[0003] Хлоридное воздействие представляет собой значительную угрозу для армированных бетонных конструкций, в частности, для конструкций, находящихся в морской среде, или конструкций, для которых является вероятным воздействие солей в высоких концентрациях. Чистый результат хлоридного воздействия представляет собой коррозию металлической арматуры, приводящую к растрескиванию и выкрашиванию бетонных конструкций и в некоторых случаях к катастрофическому повреждению конструкций вследствие ухудшения способности бетона выдерживать нагрузку.

[0004] Режим воздействия определяют соли и другие вызывающие коррозию вещества, которые переносятся посредством влаги и абсорбируются в бетоне, поступая в его поры и микропоры вследствие капиллярного эффекта. После абсорбции указанные вещества своим действием уменьшают значение рН бетона, и в результате этого растворяется его пассивный оксидный слой, который в иных условиях обеспечивал бы защиту стальной арматуры. Коррозия происходит, когда хлоридные ионы вступают в контакт со сталью и окружающим пассивным материалом, вызывая химический процесс, в котором образуется хлористоводородная кислота. Хлористоводородная кислота растворяет стальную арматуру.

[0005] В зимнее время на бетонные поверхности мостов, шоссе, автомобильных стоянок, тротуаров и аналогичных конструкций воздействуют соли, такие как хлорид кальция и хлорид натрия, которые используются для противодействия нежелательному накоплению снега и льда. Хотя указанные хлоридные соли являются благоприятными в отношении удаления льда с бетонных поверхностей таких армированных бетонных конструкций, они наиболее часто приводят к тому, что образующиеся хлоридные растворы мигрируют на соответствующие открытые поверхности. Эти открытые поверхности могут быть горизонтальными, а также вертикальными (такие как стены и колонны). Кроме того, соленая морская вода, которая вступает в контакт с армированными бетонными конструкциями, может внедряться в поры бетона.

[0006] Известный способ ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей внутри бетонных конструкций, представляет собой применение нитрита кальция.

[0007] Например, в документе US 6,810,634 описан способ с применением нитрита кальция для ингибирования коррозии гидравлических цементов, в которых присутствуют металлические детали или конструкции. Этот способ включает введение в свежий бетон, содержащий металлические элементы, по меньшей мере одного соединения, способного связывать хлоридные ионы.

[0008] В документе US 4,605,572 описан способ ингибирования коррозии существующих стальных материалов, встроенных в неорганический материал, такой как бетон. Этот способ включает стадию нанесения водного раствора неорганической соли, такой как нитрит кальция, на поверхность неорганического материала.

[0009] Однако недостаток нитрита кальция заключается в том, что он является токсичным для окружающей среды, поскольку он может вымываться в окружающую среду под действием атмосферных осадков или в результате внедрения воды. Кроме того, нитрит кальция является токсичным для обращающихся с ним работников и, следовательно, приводит к рискам для здоровья. Заключительный недостаток состоит в том, что нитрит кальция является дорогостоящим для применения.

[0010] Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы ингибировать коррозию бетона, содержащего арматуру, посредством пропитывания одной или нескольких поверхностей армированной бетонной конструкции, которые открыты для внедрения хлорида, вызывающего коррозию металлической арматуры, жидкостью, которая является безвредной для окружающей среды, а также для здоровья работников, обращающихся с этой жидкостью, и которая является менее дорогостоящей для применения.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[0011] Согласно первому аспекту настоящего изобретения описан способ ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, причем данный способ включает стадию нанесения водного раствора нитрата щелочного металла, водного раствора нитрата щелочноземельного металла, водного раствора нитрата цинка, водного раствора нитрата аммония, водного раствора нитрата алюминия или их смеси на одну или несколько поверхностей армированной бетонной конструкции, которые открыты для внедрения хлорида. В этом водном растворе отсутствует нитрит кальция (Ca(NO₂)₂).

[0012] Неожиданно было обнаружено, что водный раствор нитрата щелочного металла или раствор нитрата щелочноземельного металла, который является менее дорогостоящим, чем водный раствор нитрита кальция, находивший применение на предшествующем уровне техники, и который, кроме того, является нетоксичным и ингибирует коррозию стальной арматуры, внедренной в затвердевшую бетонную конструкцию.

[0013] Кроме того, было обнаружено, что водный раствор нитрата щелочного металла или раствор нитрата щелочноземельного металла проникает с поверхности затвердевшей бетонной конструкции на достаточную глубину внутрь бетонной конструкции, достигает стальной арматуры и производит эффект ингибирования коррозии. Таким образом, требуется лишь нанесение ингибитора на площадь поверхности, которая расположена над стальной арматурой, и в результате этого требуется применение раствора в меньшем количестве, чем в том случае, когда его вводят в бетонную смесь, прежде чем она затвердевает.

[0014] Кроме того, было обнаружено, что этот способ согласно настоящему изобретению обеспечивает долгосрочные результаты.

[0015] Следует отметить, что дополнительный эффект применения растворов, как упомянуто выше, заключается в том, что может происходить восстановление уже подвергшейся коррозии металлической арматуры, внедренной в затвердевшие армированные бетонные конструкции.

[0016] В возможном способе согласно настоящему изобретению на одну или несколько поверхностей наносят водный раствор нитрата кальция, содержащий от 10 мас. % до 20 мас. %, более конкретно, от 15 мас. % до 20 мас. % и, наиболее конкретно, приблизительно 15 мас. % нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде.

[0017] В необязательном способе согласно настоящему изобретению водный раствор дополнительно содержит от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 0,5 мас. % до 3,0 мас. % улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

- этоксилированные линейные спирты, более конкретно, этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и, более конкретно, этоксилаты тридецилового спирта,

- этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

- этоксилаты вторичных спиртов,

- этоксилированные тиолы, в частности, трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

- сложные моно- и диэфиры глицерина,

- ацетиленовые спирты и диолы и алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

- N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно, N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

- N-алкилированные пирролидоны, более конкретно, 1-(С8-С12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно, 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

- сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно, сложные диэфиры С14-С18-сульфоянтарной кислоты,

- N-ацилсаркозинаты, более конкретно, N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или соответствующие натриевые соли.

[0018] Такие поверхностно-активные вещества обеспечивают улучшенную способность смачивания и проникновения посредством изменения поверхностного натяжения композиции в процессе ее нанесения в форме последовательных покрытий на поверхность затвердевшей бетонной конструкции, содержащей металлическую арматуру, которая подвергалась коррозии или является чувствительной к ней.

[0019] В необязательном способе согласно настоящему изобретению водный раствор дополнительно содержит от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 1,0 мас. % до 2,0 мас. % органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно, простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

[0020] Простые эфиры гликолей обеспечивают хорошую долгосрочную устойчивость и продолжительный срок хранения водного раствора, который описан в настоящем документе, а также улучшают смачивающие свойства раствора на водной основе, который описан в настоящем документе.

[0021] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложено применение водного раствора нитрата щелочного металла, водного раствора нитрата щелочноземельного металла, водного раствора нитрата цинка, водного раствора нитрата алюминия, водного раствора нитрата аммония или их смеси в качестве ингибитора коррозии посредством нанесения на одну или несколько поверхностей затвердевшей бетонной конструкции, содержащей металлическую арматуру, которые открыты для внедрения хлорида.

[0022] В возможном применении согласно настоящему изобретению водный раствор нитрата кальция наносят на поверхность затвердевшей армированной бетонной конструкции. Этот водный раствор нитрата кальция содержит, в частности, от 10 мас. % до 20 мас. %, более конкретно, от 15 мас. % до 20 мас. % и, наиболее конкретно, приблизительно 15 мас. % нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде.

[0023] В конкретном применении согласно настоящему изобретению водный раствор содержит от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 0,5 мас. % до 3,0 мас. % улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

- этоксилированные линейные спирты, более конкретно, этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и, более конкретно, этоксилаты тридецилового спирта,

- этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

- этоксилаты вторичных спиртов,

- этоксилированные тиолы, в частности, трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

- сложные моно- и диэфиры глицерина,

- ацетиленовые спирты и диолы и алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

- N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно, N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

- N-алкилированные пирролидоны, более конкретно, 1-(С8-С12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно, 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

- сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно, сложные диэфиры С14-С18-сульфоянтарной кислоты,

- N-ацилсаркозинаты, более конкретно, N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или соответствующие натриевые соли.

[0024] В возможном применении согласно настоящему изобретению водный раствор дополнительно содержит от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 1,0 мас. % до 2,0 мас. % органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля. Более конкретно, используется простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

[0025] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения для ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, имеющей одну или несколько поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида, предложена ингибирующая коррозию композиция, содержащая:

- от 10 мас. % до 20 мас. %, более конкретно, от 15 мас. % до 20 мас. % и, наиболее конкретно, 15 мас. % нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде;

- от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 0,5 мас. % до 3,0 мас. % улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

• этоксилированные линейные спирты, более конкретно, этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и, более конкретно, этоксилаты тридецилового спирта,

• этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

• этоксилаты вторичных спиртов,

• этоксилированные тиолы, в частности, трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

• сложные моно- и диэфиры глицерина,

• ацетиленовые спирты и диолы,

• алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

• N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно, N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

• N-алкилированные пирролидоны, более конкретно, 1-(С8-С12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно, 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

• сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно, сложные диэфиры С14-С18-сульфоянтарной кислоты,

• N-ацилсаркозинаты, более конкретно, N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или соответствующие натриевые соли, и

- от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 1,0 мас. % до 2,0 мас. % органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно, простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

Краткое описание фигур

[0026] На фиг. 1 представлен график, иллюстрирующий средние значения потенциалов полуэлемента (мкВ) в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания образцов бетона с соотношением воды и цемента, составляющим 0,5 (при содержании в смеси 5 кг/м³ NaCl), для обработки которых были использованы ингибирующая коррозию композиция 1, ингибирующая коррозию композиция 2, сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace Postrite и Sika® FerroGard®-903+, а также был исследован эталонный образец без поверхностной обработки.

[0027] На фиг. 2 представлен график, иллюстрирующий средние значения потенциалов полуэлемента (мкВ) в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания образцов бетона с соотношением воды и цемента, составляющим 0,65 (при содержании в смеси 5 кг/м³ NaCl), для обработки которых были использованы композиция 1, композиция 2, сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace Postrite и Sika® FerroGard®-903+, а также был исследован эталонный образец без поверхностной обработки.

[0028] На фиг. 3 представлен график, иллюстрирующий средние значения поляризационного сопротивления (Ом) в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания образцов бетона с соотношением воды и цемента, составляющим 0,5 (при содержании в смеси 5 кг/м³ NaCl), для обработки которых были использованы композиция 1, композиция 2, сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace Postrite и Sika® FerroGard®-903+, а также был исследован эталонный образец без поверхностной обработки.

[0029] На фиг. 4 представлен график, иллюстрирующий средние значения поляризационного сопротивления (Ом) в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания образцов бетона с соотношением воды и цемента, составляющим 0,65 (при содержании в смеси 5 кг/м³ NaCl), для обработки которых были использованы композиция 1, композиция 2, сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace Postrite и Sika® FerroGard®-903+, а также был исследован эталонный образец без поверхностной обработки.

[0030] На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий средние значения полного интегрированного тока, т.е. полной коррозии (кулон) в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания согласно стандарту ASTM G-109, причем были использованы композиция 1, композиция 2, сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace Postrite, Sika® FerroGard®-903+ и Grace DCI-S, а также был исследован эталонный образец без поверхностной обработки.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

[0031] Настоящее изобретение относится к способу ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции имеющий одну или несколько (наружных) поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида. Ингибирование коррозии представляет собой сокращение до минимума или предотвращение коррозии, для которого используется химическое вещество (ингибитор коррозии) при добавлении в небольших концентрациях в окружающую среду. Однако также может присутствовать дополнительный эффект восстановления металлической арматуры, уже подвергшейся коррозии.

[0032] В этом способе водный раствор нитрата щелочного металла, водный раствор нитрата щелочноземельного металла, водный раствор нитрата цинка, водный раствор нитрата алюминия, водный раствор нитрата аммония или смесь двух или более указанных растворов наносят на одну или несколько поверхностей затвердевшей бетонной конструкции, которая является открытой для внедрения хлорида.

[0033] Более конкретно, водный раствор нитрата кальция наносят на одну или несколько указанных поверхностей. Водный раствор нитрата кальция содержит, в частности, от 10 мас. % до 20 мас. % нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде. Более конкретно, от 15 мас. % до 20 мас. % и, наиболее конкретно, приблизительно 15 мас. % нитрата кальция растворено в деионизированной воде.

[0034] Кроме того, водный раствор может содержать одно или несколько улучшающих проникновение веществ, также называемых терминами «поверхностно-активные вещества» и/или «вспомогательные растворители», выбранных из группы, которую составляют:

- этоксилированные линейные спирты, более конкретно, этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и, более конкретно, этоксилаты тридецилового спирта,

- этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

- этоксилаты вторичных спиртов,

- этоксилированные тиолы, в частности, трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

- сложные моно- и диэфиры глицерина,

- ацетиленовые спирты и диолы и алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

- N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно, N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

- N-алкилированные пирролидоны, более конкретно, 1-(С8-С12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно, 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

- сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно, сложные диэфиры С14-С18-сульфоянтарной кислоты,

- N-ацилсаркозинаты, более конкретно, N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или соответствующие натриевые соли.

[0035] Примеры таких поверхностно-активных веществ представляют собой 1,4-диметил-1,4-бис(2-метилпропил)-2-бутин-1,4-диоловый простой эфир, полимеризованный с оксираном и содержащий метальную концевую группу (Surfynol® 2502 от компании Evonik), 2,4,7,9-тетраметил-1,5-децин-4,7-диол (Surfynol® 104 от компании Evonik), поли(окси-1,2-этандиил), альфа-[3,5-диметил-1-(2-метилпропил)гексил]-ω-гидрокси (Tergitol TMN-6 от компании Croda), N-олеилсаркозинат натрия (Crodasinic OS35 от компании Croda).

[0036] Указанные поверхностно-активные вещества присутствуют в количестве, составляющем, в частности, от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 0,5 мас. % до 3,0 мас. %.

[0037] Кроме того, водный раствор может содержать органический растворитель, выбранный из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно, простой бутиловый моноэфир этиленгликоля. Среди них является предпочтительным простой бутиловый моноэфир этиленгликоля. Соответствующий пример представляет собой содержащий бутилцеллозольв растворитель от компании Dow Chemical.

[0038] Органический растворитель присутствует в количестве, составляющем, в частности, от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 1,0 мас. % до 2,0 мас. %.

[0039] Кроме того, настоящее изобретение относится к применению водного раствора нитрата щелочного металла, водного раствора нитрата щелочноземельного металла, водного раствора нитрата цинка, водного раствора нитрата алюминия, водного раствора нитрата аммония или смеси двух или более указанных растворов в качестве ингибитора коррозии посредством нанесения на одну или несколько поверхностей затвердевшей бетонной конструкции, содержащей металлическую арматуру, которые открыты для внедрения хлорида.

[0040] Таким образом, раствор может быть использован в качестве ингибитора коррозии, но он также может служить в качестве восстановителя после коррозии.

[0041] В частности, используется водный раствор нитрата кальция. Этот водный раствор нитрата кальция содержит от 10 мас. % до 20 мас. %, более конкретно, от 15 мас. % до 20 мас. % и, наиболее конкретно, приблизительно 15 мас. % нитрата кальция, который растворен в деионизированной воде.

[0042] Водный раствор может содержать от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 0,5 мас. % до 3,0 мас. % улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

- этоксилированные линейные спирты, более конкретно, этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и, более конкретно, этоксилаты тридецилового спирта,

- этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

- этоксилаты вторичных спиртов,

- этоксилированные тиолы, в частности, трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

- сложные моно- и диэфиры глицерина,

- ацетиленовые спирты и диолы и алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

- N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно, N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

- N-алкилированные пирролидоны, более конкретно, 1-(С8-С12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно, 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

- сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно, сложные диэфиры С14-С18-сульфоянтарной кислоты,

- N-ацилсаркозинаты, более конкретно, N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или соответствующие натриевые соли.

[0043] Кроме того, водный раствор может содержать от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 1,0 мас. % до 2,0 мас. % органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно, простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

[0044] Настоящее изобретение также относится к ингибирующей коррозию композиции для ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, имеющей одну или несколько поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида. Эта ингибирующая коррозию композиция, в частности, содержит:

- от 10 мас. % до 20 мас. %, более конкретно, от 15 мас. % до 20 мас. % и, наиболее конкретно, 15 мас. % нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде;

- от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 0,5 мас. % до 3,0 мас. % улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

• этоксилированные линейные спирты, более конкретно, этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и, более конкретно, этоксилаты тридецилового спирта,

• этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

• этоксилаты вторичных спиртов,

• этоксилированные тиолы, в частности, трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

• сложные моно- и диэфиры глицерина,

• ацетиленовые спирты и диолы,

• алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

• N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно, N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

• N-алкилированные пирролидоны, более конкретно, 1-(С8-С12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно, 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

• сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно, сложные диэфиры С14-С18-сульфоянтарной кислоты,

• N-ацилсаркозинаты, более конкретно, N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или соответствующие натриевые соли, и

- от 0,1 мас. % до 5,0 мас. %, более конкретно, от 1,0 мас. % до 2,0 мас. % органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно, простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

[0045] Композиция служит в качестве ингибирующей коррозию композиции, но она также может служить в качестве композиции для восстановления после коррозии.

Экспериментальная часть

[0046] По три образца затвердевшего армированного сталью бетона, состав которого представлен в таблице 1, были получены для каждого соотношения воды и цемента (0,5 и 0,65) и для каждого из различных исследованных ингибиторов коррозии, что означает по шесть образцов для каждой композиции. Соотношение цемента и песка было одинаковым для всех образцов и составляло 1/3. Были исследованы два различных соотношения воды и цемента, составляющие 0,50 и 0,65. Для усиления коррозионной активности в воду для бетонной смеси добавляли 5 кг/м³ NaCl. Бетонную смесь затем разливали в кубические формы, имеющие размеры 100 мм × 100 мм × 100 мм. По четыре арматурных стержня помещали в каждую форму на равных расстояниях от центра образца. Образцы были полностью отвержденными после того, как их подвергали отверждению в течение 3 суток в стандартных условиях при температуре 22°С и относительной влажности 50%, а затем образцы извлекали из форм и подвергали отверждению в течение последующих 25 суток в воде при температуре 22°С и относительной влажности 100%. Образцы армированного бетона надлежащим образом подготавливали для электрохимических измерений, и арматурные стержни изолировали, используя эпоксидный герметизирующий материал.

Образцы обрабатывали три раза посредством нанесения 0,3 л/м² двух различных ингибирующих коррозию композиций (композиция 1 и композиция 2), как представлено ниже в таблицах 2 и 3, на одну из поверхностей образцов.

[0047] В первом исследовании была изучена способность композиции диффундировать в бетонную матрицу (или, другими словами, глубина проникновения) осле обработки ее поверхности композицией 1 и композицией 2. Каждый полностью отвержденный образец (который описан выше) обрабатывали три раза через каждые 6 часов, используя 0,3 л/м² соответствующей композиции. После этого обработанные бетонные образцы выдерживали в течение одной недели в стандартных условиях при температуре 22°С и относительной влажности 50%. В таблице 4 представлены результаты измерения глубины проникновения нитратов в обработанные бетонные образцы. Указанные измерения основаны на обнаружении нитратов в образцах пыли, отобранных из бетонных образцов на различных глубинах. Обнаружение основано на цветных реакциях извлеченных образцов с сульфаниловой кислотой и α-нафтиламином. Конечный раствор проявляет интенсивное поглощение при λ=520 нм, и NaNO₂ определяли методом спектрофотометрии. Был использован спектофотометр Spectroquant NOVA 60. Результаты представлены ниже в таблице 4.

На основании результатов измерений, которые представлены в таблице 4, могут быть сделаны следующие выводы:

- как композиция 1, так и композиция 2 проникает в затвердевший армированный сталью бетон в достаточной степени для достижения стальной арматуры, т.е. глубины, составляющей 1-3 см и 3-4 см, таким образом, чтобы существовала способность защиты стальной арматуры от коррозии, вызываемой внедрением хлорида;

- композиция 2 проявляет более глубокое проникновение, чем композиция 1, в частности, в тех областях, где присутствует стальная арматура.

[0048] Во втором исследовании потенциалы полуэлемента были определены для бетонных образцов, обработанных такой же композицией 1 и композицией 2, с применением электрохимических измерений согласно стандарту ASTM С876-09 (стандартный метод исследования потенциала коррозии непокрытой стальной арматуры в бетоне). Этот метод исследования позволяет измерить потенциал электрохимической коррозии непокрытой стальной арматуры в бетоне в промышленных и лабораторных условиях для цели определения коррозионной активности стальной арматуры. На фиг. 1 представлены средние значения потенциала полуэлемента (мкВ), и на фиг. 3 представлены средние значения поляризационного сопротивления (Ом) в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания бетонных образцов с соотношением воды и цемента, составляющим 0,5 (смесь содержит 5 кг/м³ NaCl), для обработки которых были использованы композиция 1, композиция 2, сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace Postrite® и Sika® FerroGard®-903+, а также представлен эталон без поверхностной обработки. Postrite® представляет собой жидкость, содержащая 15 мас. % нитрита кальция, которую поставляет компания W. R. Grace Construction Products (Кембридж, штат Массачусетс, США). Эту жидкость применяют в качестве добавки в свежий бетон. Sika® FerroGard®-903+ представляет собой наносимый на поверхность смешанный ингибитор коррозии, предназначенный для применения в целях пропитывания армированного сталью бетона. Основу FerroGard®-903+ составляют органические соединения, которые представляют собой аминоспирты и соли аминоспиртов. На основании фиг. 1 может быть сделан вывод, что композиция 2 проявляет аналогичные эксплуатационные характеристики по сравнению с продуктом Sika® FerroGard®-903+. На фиг. 3 подтверждены выводы, сделанные на основании фиг. 1, и представлено, что композиция 2 и продукт Grace Postrite® проявляют аналогичные эксплуатационные характеристики. Как представлено на фиг. 3, композиция 1 активно защищает стальную арматуру, в частности, в течение первых 12 месяцев исследования. На фиг. 2 представлены средние значения потенциала полуэлемента (мкВ), и на фиг. 4 представлены средние значения поляризационного сопротивления (Ом) в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания бетонных образцов с соотношением воды и цемента, составляющим 0,65 (смесь содержит 5 кг/м³ NaCl), для обработки которых были использованы композиция 1, композиция 2, сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace Postrite® и Sika® FerroGard®-903+, а также представлен эталон без поверхностной обработки. На фиг. 2 представлено, что все используемые ингибиторы коррозии проявляют аналогичные эксплуатационные характеристики. Композиция 2 проявляет аналогичные эксплуатационные характеристики по сравнению с продуктами Sika® FerroGard®-903+ и Grace Postrite®. На фиг. 4 подтверждены выводы, сделанные на основании фиг. 2.

[0049] В третьем исследовании группу армированных бетонных образцов получали методом согласно стандарту ASTM G109-07 (стандартный метод исследования для определения воздействия химических добавок на коррозию внедренной стальной арматуры в бетон, открытый для хлоридной среды). В этом методе исследования предусмотрена процедура определения воздействия химических добавок на коррозию металлов в бетоне. Этот метод исследования может быть использован для оценки материалов, предназначенных для ингибирования индуцированной хлоридом коррозии стали в бетоне. Образцы были получены надлежащим образом согласно составам смесей, которые представлены в таблице 1, при соотношении воды и цемента, составляющем 0,5. Для повышения коррозионной активности добавляли 5 кг NaCl на кубический метр бетонной смеси.

В приведенных ниже таблицах 5а и 5b представлены результаты исследования коррозии согласно стандарту ASTM G109-07 для стандартного образца без поверхностной обработки и для образцов, для обработки которых были использованы композиция 1, композиция 2 и сравнительные ингибирующие коррозию продукты Grace DCI®S, Grace Postrite® и Sika® FerroGard®-903+.

На фиг. 5 представлены средние значения полного интегрированного тока, т.е. полной коррозии (кулон), полученные методом согласно стандарту ASTM G109-07, в зависимости от продолжительности (суток) выдерживания для композиции 1, композиции 2, сравнительных ингибирующих коррозию продуктов Grace DCI®S, Grace Postrite® и Sika® FerroGard®-903+ и стандартного образца. Grace DCI®S представляет собой жидкий ингибитор коррозии, который добавляют в бетон в течение процесса замеса. Он содержит по меньшей мере 30% нитрита кальция. Исследование согласно стандарту ASTM G109-07 осуществляется по принципу «чем меньше полный интегрированный ток, тем меньше коррозия». На основании фиг. 5 может быть сделан вывод, что композиция 2 проявляет несколько улучшенные эксплуатационные характеристики по сравнению с продуктами Grace Postrite® и Grace DCI®S. Кроме того, может быть сделан вывод, что нанесенная на поверхность ингибирующая коррозию композиция 2 задерживает начало коррозии стальной арматуры, внедренной в армированные бетонные конструкции более эффективно, чем ингибирующие коррозию композиции, которые применяют в качестве добавок, вводимых в бетонную смесь в течение процесса замеса, например, Grace DCI®S.

Группа изобретений относится к способу ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, применению водного раствора нитрата щелочного металла, водного раствора нитрата щелочноземельного металла, водного раствора нитрата цинка, водного раствора нитрата алюминия, водного раствора нитрата аммония или их смеси в качестве ингибитора коррозии, ингибированию коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, имеющей одну или несколько поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида. Технический результат заключается в ингибировании коррозии бетона, содержащего металлическую арматуру. Способ ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, имеющей одну или несколько поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида, включает стадию нанесения водного раствора нитрата щелочного металла, водного раствора нитрата щелочноземельного металла, водного раствора нитрата цинка, водного раствора нитрата алюминия, водного раствора нитрата аммония или их смеси на одну или несколько указанных поверхностей, и при этом указанный водный раствор нитратов дополнительно содержит органический растворитель, выбранный из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно простой бутиловый моноэфир этиленгликоля. 3 н. и 6 з.п. ф-лы., 5 ил., 6 табл.

1. Способ ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, имеющей одну или несколько поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида, причем способ включает стадию нанесения водного раствора нитрата щелочного металла, водного раствора нитрата щелочноземельного металла, водного раствора нитрата цинка, водного раствора нитрата алюминия, водного раствора нитрата аммония или их смеси на одну или несколько указанных поверхностей, и при этом указанный водный раствор нитратов дополнительно содержит органический растворитель, выбранный из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

2. Способ по п. 1, в котором на одну или несколько поверхностей наносят водный раствор нитрата кальция, содержащий от 10 мас.% до 20 мас.%, более конкретно от 15 мас.% до 20 мас.% и наиболее конкретно 15 мас.% нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором водный раствор дополнительно содержит от 0,1 мас.% до 5,0 мас.%, более конкретно от 0,5 мас.% до 3,0 мас.% улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

- этоксилированные линейные спирты, более конкретно этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и более конкретно этоксилаты тридецилового спирта,

- этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

- этоксилаты вторичных спиртов,

- этоксилированные тиолы, в частности, трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

- сложные моно- и диэфиры глицерина,

- ацетиленовые спирты и диолы и алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

- N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

- N-алкилированные пирролидоны, более конкретно 1-(C8-C12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

- сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно сложные диэфиры C14-C18-сульфоянтарной кислоты,

- N-ацилсаркозинаты, более конкретно N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или их натриевые соли.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором водный раствор содержит от 0,1 мас.% до 5,0 мас.%, более конкретно от 1,0 мас.% до 2,0 мас.% органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

5. Применение водного раствора нитрата щелочного металла, водного раствора нитрата щелочноземельного металла, водного раствора нитрата цинка, водного раствора нитрата алюминия, водного раствора нитрата аммония или их смеси в качестве ингибитора коррозии посредством нанесения на одну или несколько поверхностей затвердевшей бетонной конструкции, содержащей металлическую арматуру, которые открыты для внедрения хлорида, причем указанный водный раствор нитратов дополнительно содержит органический растворитель, выбранный из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

6. Применение по п. 5, в котором наносят водный раствор нитрата кальция, содержащий от 10 мас.% до 20 мас.%, более конкретно от 15 мас.% до 20 мас.% и наиболее конкретно 15 мас.% нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде.

7. Применение по п. 5 или 6, в котором водный раствор содержит от 0,1 мас.% до 5,0 мас.%, более конкретно от 0,5 мас.% до 3,0 мас.% улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

- этоксилированные линейные спирты, более конкретно этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и более конкретно этоксилаты тридецилового спирта,

- этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

- этоксилаты вторичных спиртов,

- этоксилированные тиолы, в частности трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

- сложные моно- и диэфиры глицерина,

- ацетиленовые спирты и диолы и алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

- N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

- N-алкилированные пирролидоны, более конкретно 1-(C8-C12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

- сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно сложные диэфиры C14-C18-сульфоянтарной кислоты,

- N-ацилсаркозинаты, более конкретно N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или их натриевые соли.

8. Применение по любому из пп. 5-7, в котором водный раствор дополнительно содержит от 0,1 мас.% до 5,0 мас.%, более конкретно от 1,0 мас.% до 2,0 мас.% органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.

9. Ингибирующая коррозию композиция для ингибирования коррозии металлической арматуры, присутствующей в затвердевшей бетонной конструкции, имеющей одну или несколько поверхностей, которые открыты для внедрения хлорида, содержащая:

- от 10 мас.% до 20 мас.%, более конкретно от 15 мас.% до 20 мас.% и наиболее конкретно 15 мас.% нитрата кальция, растворенного в деионизированной воде;

- от 0,1 мас.% до 5,0 мас.%, более конкретно от 0,5 мас.% до 3,0 мас.% улучшающего проникновение вещества, выбранного из группы, которую составляют:

• этоксилированные линейные спирты, более конкретно этоксилированные жирные спирты со степенью этоксилирования, составляющей более чем 10, и более конкретно этоксилаты тридецилового спирта,

• этоксилированные октил-, нонил- и додецилфенолы со степенью этоксилирования, составляющей от 12 до 20,

• этоксилаты вторичных спиртов,

• этоксилированные тиолы, в частности трет-додецилмеркаптан со степенью этоксилирования, составляющей от 8 до 10,

• сложные моно- и диэфиры глицерина,

• ацетиленовые спирты и диолы,

• алкоксилированные ацетиленовые спирты и диолы,

• N-(алкилоксикарбонил)аланин, более конкретно N-октилаланин, N-додецилаланин, N-гексадецилаланин и/или N-октадецилаланин,

• N-алкилированные пирролидоны, более конкретно 1-(C8-C12-алкил)-2-пирролидон, более конкретно 1-октил-2-пирролидон, 1-додецил-2-пирролидон,

• сложные алкилэфиры сульфоянтарной кислоты, более конкретно сложные диэфиры C14-C18-сульфоянтарной кислоты,

• N-ацилсаркозинаты, более конкретно N-олеилсаркозин, N-лауроилсаркозин, N-миристоилсаркозин и/или N-кокоилсаркозин, и/или их натриевые соли, и

от 0,1 мас.% до 5,0 мас.%, более конкретно от 1,0 мас.% до 2,0 мас.% органического растворителя, выбранного из группы, которую составляют простые эфиры гликолей, в том числе простые этил-, метил-, пропил- и бутилзамещенные моноэфиры этиленгликоля, более конкретно простой бутиловый моноэфир этиленгликоля.