硅烷对混凝土表面防水处理效果的研究.pdf

官旭黎等 ： 硅烷对混凝土表 面防水处理效果 的研究 9 DOI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 0 3 0 0 4 硅烷对 混凝土表面 防水 处理效果 的研究 宫旭黎 ， 朱亚光 【 1 黑龙江工程学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 5 0； 2 青岛理工大学 。 青岛2 6 6 0 0 0) 【 摘要】 通过试验研究如何使用硅烷进行混凝土结构表面防护处理 ， 才能够达到最优的防护效果 ， 从而提 高高寒地区桥梁的耐久性。试验分别采用硅烷的表面防水处理和整体防水处理方法。其中整体防水处理方法在 搅拌混凝土时直接加入。表面防水处理分别采用不同的硅烷防水剂用量， 通过相同混凝土配合 比条件下不同用 量比较其防护效果。为了研究在不同 W C条件下， 硅烷表面防护对混凝土毛细吸水性能的影响， 本实验采用两种 水灰比。通过试验 ， 得出了对混凝土试块进行硅烷表面防水处理， 能更好的提高其耐久性的结论。 【 关键词】 硅烷 ； 表面防护 ； 吸水率； 耐久性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) o 3 0 0 0 9 0 3 在 自然环境与荷载的长期作用下， 桥梁结构物的耐久 性与病害状况十分严重， 在役的混凝土桥梁钢筋锈蚀、 混凝 土开裂的现象十分普遍 ， 黑龙江省由于地理环境影响， 桥梁 结构耐久性现状 比较严重。硅烷类产品与无机硅酸盐材料 如混凝土、 砖 、 瓦等) 有很好的亲和力， 从而使它牢固地和 基材连接起来， 并在表面形成憎水层 ， 改变这些硅酸盐材料 的表面特性， 对水稳定又能起疏水作用， 能显著降低混凝土 的吸水性 ； 由于没有封闭基材的毛细管通道， 混凝土中的水 分可以化为水蒸气 自由蒸发出去 ， 使基材具有较好的透气 性 ， 使混凝土内部保持干燥； 其相对分子质量较小， 渗透性 强 ， 可在基层内21 0 mm的毛细孔内壁形成一层均匀致密 且明显的立体憎水结构网络， 使材料表面形成永久的保护 层 ， 降低有害离子的渗透速度 ， 防止钢筋锈蚀； 其耐紫外线 老化能力和耐候性突出， 可以实现对结构的长期保护。 为了防止桥梁结构混凝土因雨雪侵蚀和撒布除冰盐而 造成腐蚀破坏， 黑龙江省现 已开展采用硅烷表面防护处理 技术 的设 计 与 施 工 工 作， 例 如 吉 黑 高 速 北 安 至 黑 河 2 4 2 6 3 0 k m路段上 的 1 3 3座桥梁 的桥 墩全 部采 用硅 烷 表面 防护处理技术。但是 目前对硅烷的表面防护研究还不够深 入， 尤其是如何使用硅烷进行混凝土结构表面防护处理能 够达到最优的防护效果， 从而提高高寒地区桥梁的耐久性。 1 试验材料及 配合比 ( I ) 粗骨料： 天然粗骨料； 细骨料 ： 天然砂。 ( 2 ) 水泥 ： 6 2 5硅酸盐水泥， 青岛山水水泥厂生产的 4 2 5级普通硅酸盐水泥， 见表 1 。 表 1 山水水泥厂 4 2 5级 普硅水泥物理 力学性质 型 子 2 皴 k g m一 。 7 f ? _ ， P 04 2 5 1 3 5l 0 8 9 8 1 2 6 0 1 7 7 3 0 ， 1 7 6 6 3 3 8 9 2 2 3 l ( 3 ) 有 机硅 ： T E G O S I V I N H E 3 2 8 ， T E G O S I V I N H P 8 0 0 ， 德国P r o t e c t o s i l MH 5 0有机硅防水剂， 佳程 J C一 9 8 0 1 【 基金项目 黑龙江省交通厅项目 硅烷混凝土抗水剂( 北黑高速取样) 。 表 2 W C= 0 5对比试验配合比 注： 为水泥重量的百分数 表 3 W C= 0 5整体防水处理试样配合比 注： 为水泥重量的百分数 表 4 W C= 0 3对 比试验 配合比 本实验分别采用硅烷的表面防水处理和整体防水处理 方法。其中整体防水处理方法使用 H E 3 2 8硅烷乳液， 根据 前期研 究成 果和相关 文献 ， 硅 烷用量 采用水泥 重量 的 0 5 ， 2 和 4 ， 在搅拌混凝土时直接加入。表面防水处 1 0 低温建筑技术 2 0 1 5年第 3期( 总第 2 0 1期 ) 理分别采用硅烷防水剂 l o o g m 和2 0 0 g m 两种用量， 通过 相同混凝土配合比条件下不同用量 比较其防护效果。为了 研究在不同 W C条件下 ， 硅烷表面防护对混凝土毛细吸水 性能的影响 ， 本 实验分别采用 了两种水 灰 比， 分别是 I V C= 0 5 ， W C= 0 3 ， 具体实验配合比见表 2表4 。 2实验结果与分析 ( 1 ) 混凝土表面毛细吸水。相关研究分析已经表明， 在高寒地区影响混凝土耐久性的各种破坏过程几乎都与水 有密切的关系， 提高混凝土结构耐久性的关键是增加混凝 土抗渗透能力 ， 降低混凝土表面的毛细吸水量。只要混凝 土表面的毛细吸水量低， 就可以很好地抵抗水和溶解在水 中的侵蚀性介质浸入 ， 就可以改善或提高水泥混凝土的耐 久性 。 当混凝土表面与水接触时， 水将通过混凝土的毛细吸 附作用侵入其内部。在不考虑重力影响的情况下 ， 当吸水 为一维方 向进行 时 ， 混凝 土 的吸水 量可 以采 用 与时 间平 方 根相关的线性方程来表示， 即符合 “ 时间开方定律” ， 如式 所示 。 al rg ： A 式中， AW为混凝土的单位面积吸水量 ， g m ； A为吸水 系数 ， g ( i n 2 h ) ； 为吸水时间 ， h 。 为研究混凝土表面的毛细吸水性能， 参照 I S O 1 5 1 4 8对 其进行吸水试验。在混凝土试样养护 2 8 d后 ， 将试件置于 1 0 5 C烘箱 内烘干 2 4 h至试件质 量基本恒 定 ； 随后对 除 与水 接触面外的其余 4个侧面全部用树脂密封， 以确保吸水沿一 维方向进行 ； 将试件放入平底的盛水容器中， 底部用垫块支 撑 ， 向容器中倒入水， 直到液面高出试件底面( 52 ) m m； 在 规定的吸收时间( 0 5 、 1 、 2 、 4、 8 、 2 4 、 4 8 、 7 2 h ) 取出试件， 擦拭 表面的液态水后称量 ， 得 到混凝 土在不 同时间的吸水量。 不同防水处理方式的混凝 土随 吸水时 间变 化 的吸水量 曲线如图 1所示， 将相应吸水量曲线进行线性拟合， 得到不 同防水处理方法的吸水系数 ， 拟合结果见表 5 。 7 6 耋54 豳I 3 蓄 0 吸水 时间 h o g 宝 捌 根据实验数据可知， 采用硅烷进行防水处理能够大幅 降低混凝土表面的毛细吸水性能， W C= 0 5的配合比混凝 土表面防水处理的下降幅度在 8 0 左右， 表面防水处理的 效果要优于整体防水处理效果。另外 ， 硅烷用量 1 0 0 -g m 。 和2 0 0 m 的毛细吸水系数相差不大， 考虑经济因素， 1 0 0 g m 的硅烷用 量完 全可以满足要 求。但是 由于该组配合 比水 灰比过大 ， 孔隙多， 导致整体防水效果并不理想 ， 吸水率值 并没有达到 国家规 范要求 。 表 5 I V C= 0 5的配合 比混凝土毛细 吸水 系数 表 6 I V C= 0 3的配合比混凝土毛细吸水系数 根据 以上实验数据可知 ， IV C= 0 3配合 比混 凝土 的毛 细吸水系数小于 I V C= 0 5配合比混凝土毛的细吸水系数， 这是由于水灰比越小， 混凝土的用水量越少， 当达到相同的 工作性能时， 用水量少的混凝土更加密实， 毛细孔隙少， 其 毛细吸水量也减少， 这与其他学者的前期研究成果是一致 的。在相同的配合比条件下 ， I V C均为0 3时， 胶凝材料用 量增大时， 其毛细吸水量减少。在 W C= 0 3使用佳程 J c 一 9 8 0 1硅烷进行表面 防护处理 ， 在 用量为 1 0 0 g m 时 ， 毛细 吸水分别下降9 3 3 和9 4 6 ， 见图2 。说明该硅烷防水效 果 良好。 吸水 时间， h 。 5 N A c O N A c I N A c s 1 N A c s 2 图1 W C= n 5 混凝土表面毛细吸水实验结果 图2 W C= 0 3混凝土表面毛细吸水实验结果 图 3 电通量试验结果 ( 2 ) 混凝土氯离子扩散性能。混凝土的抗氯离子渗 透能力是评价混凝土耐久 性的重 要指标 。将 硅烷表 面 防护 处理和硅烷整体 防水处 理后的混凝土 样品， 按 照 A S T M C 1 2 0 2的规定进行快速氯离子扩散试验， 依据在 6 h试验中 通过的电量的多少来评价混凝土抵抗氯离子渗入的能力。 混凝土试样采用直径 1 0 0 m m， 厚度 5 0 m m的混凝土薄 片。试样的侧面采用树脂覆盖。首先试样放人负压 9 0 0 m b 蠡 锵 衽 的真空容器中 2 4 h ， 然后将试样一端浸入 3 0 N a C 1 溶液 ， 一 端浸入 0 3 mL N a O H溶液， 两端保持 6 0 V的电压， 测试 6 h ， 每隔 3 0 m i n记录一次读数。为了观察氯离子的浸渍深 度， 测试后的样品被劈开， 并喷硝酸银溶液。无色的硝酸银 与氯化钠反应生成氯化银， 它在光线下很快会变黑。通过 测试 6个点并取平均值可知氯离子的浸渍深度。 不同防水处理方式的混凝土的电通量和氯离子扩散系 柏 如 加：2 m 5 o 6 5 4 3 2 1 0 世E 0 【 、 哪嚼 张涛等 ： 防护热板法测量 中绝热层厚度分析 DO I ： 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i d w j z 2 0 1 5 0 3 0 0 5 防护热板法测量 中绝热层厚度分析 张涛 ， 朱春玲 ， 蔡玉飞 ， 张桃 ( 南京航空航天大学 。 江苏南京2 1 0 0 1 6 ) 【 摘要】 防护热板法稳定性好精度高， 经常用于绝热材料的导热系数测试， 在测试中， 维持一维稳态热流 是关键， 最常见的手段是在防护热板的四周包裹绝热材料以减少横向热流损失。通过建模和数值计算表明， 测量 中防护区需要的热流密度随着绝热层厚度的减小而增大， 但对测试材料在计量区的温度梯度影响不大 ， 在低温条 件下， 用约 I c m厚度的绝热层， 能有效减少横向热流损失， 同时也可以合理控制保护热板法测试设备体积。 【 关键词】 防护热板法； 绝热材料 ； 导热系数 ； 测试 【 中图分类号】 T U 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 1 1 0 3 保温绝热材料种类繁多 ， 在建筑， 运输， 航空航天等领 域有着广泛应用。因为不同的应用领域有不同的要求， 因 此随着技术发展诞生出各类新型的绝热材料。在新型绝热 材料的研究、 开发、 生产及应用过程中， 材料性能的检测非 常重要， 而导热系数能准确反映绝热材料的性能， 例如在热 力管路中绝热材料的导热系数的大小直接影响到供热系统 的长距离输送能力及经济性， 因此， 研究如何准确测量绝热 材料的导热系数非常必要。绝热材料导热系数测试多使用 稳态法 ， 其原理清晰， 可准确直接地获得热导系数绝对值， 并适于较宽温区的测量， 适用于低导热系数试件在中低温 条件下 的测量 J 。稳态法有 防护热板 法 、 热流法 等 ， 由于 防 护热板法测量精度较高且原理简单， 目前大部分导热系数 测试 仪都是采用这种方法 进行 测量 的 。文中将按 照 G B T 1 0 2 9 42 0 0 8 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 一防 护热板法 设计防护热板法测试方案并讨论边缘绝热层厚 度对测试的影响。 1 国 内外 防护热板 法研 究现状 国内外的研究机构对防护热板法开展过大量研究， 有 数如图 3所示 。 通过以上结果， 表面防水处理的电通量与氯离子扩散 系数性能均优于整体 防水处理 ， 同时， 2 0 0 g m2 用量的效果 优于 1 0 0 g m 的硅烷用量。 3结语 ( 1 ) W C= 0 5的混凝土试块的毛细吸水大于 W C= 0 3的混凝土试块， 相同配合 比的混凝土试块 ， 胶凝材料用 量少的毛细吸水大于胶凝材料用量多的， 当采用硅烷表面 防护处理后， 毛细吸水均大幅下降， 其中 W C=0 3的混凝 土试块下降幅度更大。 ( 2 ) 硅烷表面防护处理中随着硅烷用量增加， 防护效 果也随之增强， 但当硅烷用量分别为 1 0 0 g m 和2 0 0 g m 对 于硅烷的防护效果区别不大， 考虑经济因素， 建议表面防护 处理硅烷用量为 l O G g m 。 些已经研发出用于不同温区的保护热板装置， 有些着重于 提高测量准确度方面的研究。2 0 0 5年， R R Z a r r 等人开发 和研制了一套温度测量范围为 9 0 9 0 0 K防护热板装置， 环 境箱 内压力可 在 0 O 11 0 5 k P a范 围 内调节 ， 可用 于测试 试 件直径为 5 0 0 m m， 厚度范围为 1 3 1 0 0 m m的平板试件， 他们 讨论了装置的参数测量的方法和传感器的定位， 并给出了 该装置的误差分析。2 0 0 7年， 中国计量科学研究院李春辉 和张金涛采用数值模拟方法， 对冷 、 热板上开设测温孔前后 两种情况的温度分布进行了三维模拟计算 ， 对其截面上的 温度梯度 进行 了对 比分 析 ， 结果 显示 开设 测 温孔前 后计 算 得到的温度梯度的相对偏差仅为 0 1 6 ， 表明测温孔的开 设对材料导热系数的测量影响很小。2 0 0 9年， 合肥通用机 械研 究院郑 荣波 ， 邓建 兵采用 防护热 板法在室 温至 8 0 温 度范围内对标准参考物质进行了导热系数 的测量， 并对加 热板的温度场采用有限元的方法进行 了数值模拟， 证明了 其实验装置的可靠性和准确性。2 0 1 2年上海交通大学的李 满峰等人设计和建造了一套用于液氮温区防护热板装置， 可测量平板状或松散状绝热材料的导热系数， 测试温度范 参考文献 1 蒋正武 硅烷浸渍混凝土防水效果的现场评价方法 J 中国 港湾建设 ， 2 0 0 6， 1 0： 2 72 9 2 吴平 硅烷浸溃剂在混凝土保护中的应用研究 c 第四届 混凝土结构耐久 性科技论坛论文集 3 混凝土结构耐久性设计与评估方法 z 2 0 0 6 ， 7 ： 1 1 9 1 2 5 4 蒋正武， 王莉洁 钢筋混凝土的环境侵蚀与表面防护技术 J 腐蚀科学与 防护技术 ， 2 0 0 4 ， 1 0 ( 5) ： 3 0 93 1 2 5 z r V S I B 9 0 ， 混凝土表面防护技术规范 s 6 J T J 2 7 5 2 0 0 0， 海港工程混凝土结构防腐蚀 技术规 范 s 7 J T G T B 0 7 0 1 - 2 0 0 6 ， 公路工程混凝土结构防腐技术规范 s 收稿 日期 2 0 1 41 11 0 作者简介 宫旭黎( 1 9 7 3一) ， 女 ， 山东 即墨人 ， 副教授 ， 从 事 土木工程 方向的教学和研究 。