有机硅改性混凝土防水抗渗性能研究.pdf

材料研究 删性防 和混凝 缩构 囱防 叩 黍 报道 七 有机 硅 改 性 混 凝 土 防水 抗 渗 性 能研 究 刘杰胜， 郑雄 贞， 邹民虎 ， 蔡振刚， 李 刚 ( 武汉工业学院土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 4 3 0 0 2 3 ) 摘要： 采用有机硅改性水泥混凝土制备了有机硅聚合物防水混凝土， 从防水性能、 吸水率、 氯离子渗透性能等角度 ， 系统研究了其防水抗渗性能。研究表明， 有机硅掺入水泥混凝土后， 能形成网状交联结构， 有效改善水泥混凝土的防 水抗渗性 能和抗氯 离子渗透能力。这一结果为有机硅聚合物混凝 土的实际工程应用提供 了技术支持 。 关键词： 有机硅 ； 防水混凝土； 抗渗性； 氯离子渗透 文章编 号： 1 0 0 7 4 9 7 X( 2 0 1 3 ) 一 0 2 0 0 0 8 0 3 中图分类号 ： T U 5 7 9 ； T U 5 0 2 文献标识码 ： A Re s e a r c h o n t he I m p e r m e a b i l i t y o f Or g a n o s i l i c o n M o di fie d Co nc r e t e L i u J i e s h e n g ， Z h e n g Xi o n g z h e n， Z o u Mi n h u ， C a i Z h e n g a n g ， L i Ga n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， Wu h a n U n i v e r s i t y o f P o l y t e c h n i c ， Wu h a n ， H u b e i 4 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r ac t ：Or g an o s i l i c o n po l y me r c o n c r e t e wa s p r e p a r e d by o r g a n o s i l i c o n mo di fie d c e me n t The i mp e r me a bi l i t y o f t he p o l yme r c o nc r e t e wa s s t ud i e d f r o m t he pe r s p e c t i v e o f wa t e r p r o o f pr o p e y，wa t e r a bs o r p t i o n，a nd c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n r e s i s t a n c e T h e r e s e a r c h s h o w e d t h e c r o s s l i n k e d n e t w o r k s t r u c t u r e f o r me d a f t e r mi x i n g t h e o r g a n o s i l i c o n i n t o t h e c o n c r e t e ， whi c h i mpr o v e d t he i mpe r me a b i l i t y a n d c h l o r i de i o n pe n e t r a t i o n r e s i s t a nc e o f t he c o n c r e t e Th e s e r e s u l t s i n t h i s s t u dy l a i d t o un da t i on s t o r t he a p pl i c a t i o n o f o r g a n i c s i l i c o n e po l y me r c o n c r e t e Ke y wor ds ：o r g an i c s i l i c o n e ；wa t e r p r o o f c o nc r e t e ；i mp e r me a bi l i t y； ch l o r i d e i o n p e ne t r a t i o n 随着混凝土的应用越来越广泛， 混凝土的耐久性 问题也 日益为人们所关注 ， 混凝土的耐久性与抗渗性 密切相关l l _ J 。有机硅聚合物是近年发展比较迅速 、 可 用于改善混凝土抗渗防水性能的材料 。 有机硅聚合物 具有无机一 有机结构 ， 不仅能提高混凝土的抗渗性 ， 而 且对混凝 土的耐久性也有改善作用 。 目前 ， 有机硅材 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 9 1 1 基金项目： 湖北省教育厅优秀中青年项目( Q 2 0 1 2 1 8 0 9 ) 作者简介： 刘杰胜， 男， 1 9 8 0年生，主要从事建筑材料的开发 与应用研究 联 系3 E ： 4 3 0 0 2 3武汉市常青花园学府南路 6 8 号武汉工业学院土木工程与建筑学院。 料多用于混凝土 的表面处理 ，即用外涂 浸渍的方式 达到抗渗、 防水的目的， 而内掺有机硅来改性水泥混 凝土的研究相对较少。 本文采用内掺有机硅聚合物对 水泥混凝土进行改性 ，制备了有机硅聚合物混凝土 ， 研究了其防水抗渗性能 ， 为有机硅聚合物混凝土的实 际工程应用提供了技术支持。 1 试验部分 1 1 原材料与配合比 水泥 ： 普通硅酸盐 P 0 3 2 5水泥 ； 砂 ： 标准砂 ； 有 机硅 ： K H5 6 0 ， 湖北环字化工有限公司生产 。 混凝土的配合 比为： m( 水泥 ) ： m( 砂 ) ： m( 石 ) = 3 1 0 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 7 5 ： 1 2 4 6 ； 有机硅用量为水泥用量的 3 。 1 2 测试与表征 1 ) 防水性能直观观察 ： 采用参 比试验 ， 对 比研究 水滴在普通水泥混凝土和有机硅聚合物混凝土表 面 的铺展情况 ， 看是否存在水珠效应。 2 ) 吸水率性能 ： 将试件浸入水 中， 在规定的吸收 时 间取出试件 ， 擦拭掉表面的液态水后称量 ， 得到混 凝土在不同时间内的吸水量 ， 计算得 出吸水率 。 3 )氯离子渗透性试验 ：将试件浸入 3 N a C 1 溶 液 。试验结束后 ， 从接触面开始在试件不同深度进行 研磨取粉 ， 采用离子色谱仪对粉末中的氯离子含量进 行测定 。 4 )电通量试验 ：将混凝土试件置于 2 个 电解池 内 ， 然后施加 6 0 V的直流电压 ， 每隔 5 3 0 m i n测量 1 次通过试件的电流值 。 试验持续 6 h ， 根据记录的电 流一 时问曲线计算累计 电通量。 2结果与讨论 2 1 防水性能直观比较 在作为空 白样 的普通混凝土和有机硅聚合物水 泥混凝土上分别滴上水珠 ， 可 以发现 ： 有机硅聚合物 混凝土的防水性能明显较普通混凝土优异， 聚合物混 凝 土表面呈现 出良好的疏水性 ， 水珠效应 明显 ； 而普 通混凝土因属于亲水性材料 ， 水滴很快在混凝土表面 铺展开来， 并渗入混凝土内部。有机硅聚合物水泥混 凝土表面存在水珠效应 ， 其原 因是有机硅材料 自身具 有表面张力低 、 疏水性 良好 的特点 ， 当有机硅掺入水 泥混凝土 中后 ， 有机硅与混凝土发生化学“ 偶联桥键 ” 作用 ， 形成整体 ， 使混凝土具有疏水作用。 2 2 抗渗性能研究 2 2 1 吸水率试验 在普通混凝土的毛细吸水过程中， 吸水量与吸水 时间的关系符合非反应性溶液的时间开方定律 ， 如 图 1所示 。从 图 1 可 以看 出， 有机硅聚合物混凝土在单 位时间的吸水率明显低于普通混凝土。 其主要原因基 槲 * 材料研究 时间 I l 图 1 吸水率试验结果 于以下几点 ： 1 ) 有机硅表面张力低 ， 自身具有 良好疏 水作用 ， 当水泥砂浆掺加有机硅聚合物后 ， 使聚合物 改性混凝土具有一定的疏水作用 ， 导致混凝土抗渗性 能提高 ； 2 )经有机硅聚合物改性 ， 砂浆 中更多的缝隙 和孔洞被聚合物粒子所填充 ， 使吸水率降低嘲 。 2 2 2 抗氯离子渗透性能试验 图 2所示为抗氯离子渗透 眭能试验结果。 从图中 可以看出， 有机硅聚合物混凝土的氯离子含量与普通 混凝土相比， 大幅度降低， 氯离子的渗透深度也由未 掺时的 1 2 m m降为 4 - 6 m m， 这是因为氯离子的侵入 是 以水作为载体才能实现的。从前面的结果可知 ， 内 掺有机硅能有效降低混凝土的吸水性能， 提高防水抗 渗性 ， 因此 ， 其结果必将导致氯离子向混凝土内部 的 侵入减少， 从而提高抗氯离子渗透眭。 钿 褪 深度 ram 图 2 氯离子渗透性试验结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 材料研究 2 2 - 3 电通量试验 众所周知 ，电流是靠正负离子定 向运动而产生 的。而水作为离子的载体 ， 对离子的定 向移动进而产 生电流具有决定作用。 因此， 本文采用电通量法， 通过 得出有机硅聚合物混凝土和普通混凝土中电流一 时问 的相互关系 ，进一步验证混凝土的防水抗渗性能， 结 果见图 3所示 。从图中可 以看出 ， 掺加有机硅的聚合 物混凝土所产生的电流与普通混凝土相比明显降低 ， 说明其抗渗性能明显改善 ， 印证 了上述抗渗 性能试验 结果。 窨 赠 媛 O 1 0 0 2 0 0 3 0 0 40 0 时间 ra i n 图 3电通量试验结果 2 3 有机硅聚合物混凝土防水抗渗机理研究 本文所采用的有机硅为具有活性烷氧基 团的硅 烷偶联剂 ， 它 呵与水发生水解反应 ， 生成活性硅醇基 团， 一部分硅醇基 团能与水泥混凝土颗粒表面的 O H 基团发生化学偶联作用 ； 另一部分的硅醇基团 自身可 发生缩合反应 ， 形成网状交联结构 ， 如图 4所示。 该 网 状结构本身具有疏水特性 ， 可以起到防水作用。 另外 ， 可 以填充混凝土孔隙 ，进一步改善混凝土的抗渗性 能。此外 ， 因为有机硅与混凝土之间存在牢固的化学 物理键合作用 ， 当发生混凝土干缩作用时 ， 可对收缩 裂缝起到一定的抑制作用。因此 ， 内掺有机硅能较好 地提高混凝土的防水抗渗性能， 保证混凝土构筑物 的 ( ) H i 。 。 夸 H O O S i 每 S 0 0 O H 0 有饥硅 S i S i 0 OH O H 0 0 0 混凝土 图 4 有机硅聚合物混凝土 防水作用机理 服役质量和寿命。 3 结论 本文采用有机硅改性水泥混凝土制备有机硅聚 合物防水混凝土 ， 并从表观防水效果 、 吸水率 、 氯离子 渗透 能等角度 ， 系统研究了其 防水抗渗性能 。研究 结果表明： 当有机硅掺加水泥混凝土 中后 ， 有机硅与 混凝土发生化学 “ 偶联桥键 ” 作用 ， 形成整体 ， 使混凝 土具有疏水作用 ； 有机硅聚合物混凝土的抗氯离子渗 透性能明显 比普通混凝土高 ； 掺加有机硅的聚合物混 凝土所产生的电流与普通? 昆 凝土相 比明显降低 ， 兑明 其抗渗性能明显改善。 综上所述 ， 有机硅掺入水泥 昆 凝土 ， 能形成网状 交联结构 ， 能有效改善水泥混凝土的防水抗渗性能和 抗氯离子渗透能力 。 参考文献 ： 1 胡廷燕， 何延树 ， 李家辉 改性有机硅防水剂对混凝土t耐 久性的影响 J I _ 四川建筑科 学研 究， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 3 ) ： 2 1 4 2 1 5 2 周述光， 刘红叶， 王振 军 改性有机硅防水剂对混凝土性 能影响 J I 新型建筑材料， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 6 3 6 4 3 李漠， 管小军 表面涂层对混凝土抗氯离子渗透性能的影 响 J I 新型建筑材料 ， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 5 2 5 3 4 朱淮军 硅烷浸渍技术在高性能混凝土中的防腐保护效 果l J 1 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 1 2 6 1 2 8 5 1 赵文杰 ， 张会轩 偶联 剂对 P B g P S胶乳改性水泥砂浆性 能的影响l J 1 混凝土与水泥制品， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 6 9 S O 岛 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m