硅烷涂装防护技术在混凝土中的应用.pdf

00 @ 硅 烷 涂 装 防 护 技 术 在 混 凝 土 巾 的 应 』 l} j 硅烷涂装防护技术在混凝土中的应用 严生贵 ，晁兵 。沈亚郯 ，耿岩 ，叶国展 ( 江苏中矿大正表面工程技术有 限公司 江苏省大型钢结构腐蚀防护工程技术研究中心，江苏 徐州2 2 1 0 0 8 ) [ 摘要] 硅烷涂装各种环境 中的混凝土表 面能显著提 高混凝土结构的使用寿命。总结 了混凝土硅烷涂装防 护技术的应用现状 ， 针对 目前存在的碳- f L h ~ , 深、 裂缝 防护不成熟、 耐老化不理想等 问题进行 了分析 并提 出了改 进意见 ， 指 出今后应进行一步加深硅烷浸渍 +涂料涂层复合涂装的机理及应用研究。 [ 关键词] 硅烷 ；涂装；混凝土；防护技 术 [ 中图分类号]T G 1 7 4 ． 4 6 2 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号 ]1 0 0 1 —1 5 6 0 ( 2 0 1 3 ) 1 1 — 0 0 4 7一o 4 0 前 言 1 硅烷技术对混凝土表面的防护条件及要求 因潮汐 、 海 浪等干湿交替 的影响 ， 海洋工程 中浪 溅 区、 潮差 区的腐蚀最为严重 ， 常规的保 护措施主要 有涂料涂覆 、 阴极保护及外加 电流防护 、 护筒包覆防 护等 ， 但实施时都有一定 的技术难度 ： 有机涂层会 因 溶剂挥发而产生针孔及高分子链结构 的微 间隙， 形成 H O、 O 、 含 c l 一 液体及其他腐蚀介质的扩散通道 ， 导 致涂层出现附着力下降、 起泡 、 脱落等失效 问题 ， 使基 材发生腐蚀 ． 2 ； 潮差区干湿交替环境则极大地影响 了阴极保护 、 外加 电流 防护 等措施 的有效 实施 ； 潮差 区工程尤其是墩 、 台的结构与外形使护筒包覆防护的 技术难度和经济成本增加。将高渗透性 有机硅防水 涂料涂装到混凝土结构表面后 ， 在保持其透气性 的同 时， 还可阻止 H O、 C 1 一 等渗透侵蚀混凝土内的钢筋 ， 从而显著提高建筑的使用寿命。 目前 ， 硅烷涂料 已被 推广用于商业建筑 、 水库堤 坝、 道路桥梁 、 港 口码 头、 海洋工程等的表 面防护 。本工作 总结 了混凝 土硅 烷涂装防护技术的应用现状 ， 针对该技术存在的碳化 加深 、 裂缝 防护不成熟 、 耐老化不理想等问题进行 了 分析并提 出了改进意见 ， 以期为硅烷浸渍技术的深入 研究与应用推广提供参考。 [ 收稿 日期] [ 基金项 目] [ 通信作者] 201 3—0 5一l 8 2 01 2年 江苏 省 产 学研 联 合 创 新 资金 ( B Y 2 0 1 2 0 8 5 ) 资助 晁兵( 1 9 6 7一) ， 高级工程师， 主要从事腐 蚀与防护工作， 电话： 1 3 9 0 5 2 1 8 4 4 7， E — m a i l ： c h a o b i n g 1 9 89@ 1 6 3． c o rn 1 ． 1 硅烷简介 近年来硅烷技术获得 了较快 的发展与应用 。硅 烷典型结构为 R- S i ( O C H ) ， ， 如异 丁基三乙氧基硅 烷 、 异辛基三乙氧基硅烷等 ， 有直接涂装 和稀释后涂 装两大类 ， 还有液体 、 乳液 、 膏体 、 胶体 的区别 和溶剂 型与无溶剂型之分。膏体和凝胶产品改进 了液体硅 烷施工流挂损失 、 立面和头顶部位施工 困难等 问题 ， 膏体中含有 约 8 0 ％活性成分 ， 凝胶是 以硅烷为 主与 其他有机物质组成的触变型产品。 目前 ， 关于异辛基三 乙氧基硅烷 和异 丁基三 乙 氧基硅烷性能的优劣 ， 乳液 、 膏体 与液体产 品的渗透 深度及 隔阻效果 的优劣 尚无统一认识 ， 但一致 的结 论如下 ： 硅烷浓度越高 ， 渗透力越强 ； 混凝土密实度 大 、 水 胶 比小 时应 优 选 聚合 长度 较 小 的硅 烷产 品 等 圳] 。 1 ． 2硅烷配套设计 我 国现行标准 基本采用 硅烷单一 体系设计 ， 如 J T J 2 7 5— 2 0 0 0 “ 海工工程 混凝 土结构防腐蚀技术规 范” 、 J T G ／ T B 0 7—0 1—2 0 0 6 “ 公 路 工程混 凝土 结构 防腐蚀技 术规 范” 、 T B ／ T 3 2 2 8—2 0 1 0 “ 铁路混 凝土 结构耐久性修补与防护 ” 均规定采用异辛 基硅烷或 异丁基硅烷单 一体系进行浸渍施 工。但 是 ， 单 一硅 烷体 系存 在遮盖力差 、 装饰效果不 足等问题 ， 瓦克 、 赢创德 固赛 等公 司开发了多个配套体系 ， 方案见表 1[ 川 ’ 避 厶 ● 婆 -- 港 C) 越 料 偶 S 硅 烷涂 装防 护技术 混 凝土巾 的应 H j 表 1 混凝土工程硅烷浸渍涂装配套方案 配套方案 保护特点 { 烷( 底漆 ) 硅 烷 ( 底 漆 )+硅 树脂乳 液 ( 透叫 面涂 ) 硅 烷 ( 底漆 )+微 着色 硅树 脂涂 料 ( 中涂 )+硅 树脂乳 液 ( 面漆 ) ， 硅烷 ( 底漆 )+硅树脂 彩色涂料 ( 而漆 ) 防水透气 防水透气 、 遮 盖表 面缺陷 ， 外 观 呈哑光 、 半光 、 高光 防 水透 气 、 掩盖表 l曲缺陷 、 赋 亮丽外观 1 ． 3 硅烷涂装质量控制 1 ． 3 ． 1 涂装质量的影响因素 混凝土表面硅烷处理一般可采用刷涂、 滚涂、 喷 涂 、 无气喷涂等方式进行涂装。膏体产品优选无气喷 涂方式。影响涂装施工质量 的主要 因素有混凝土表 面质量 、 混凝土密实度 、 混凝土含水率 、 硅烷消耗量 、 涂装道数及间隔 、 施工气候条件等。 为保证处理质量 ， 应采用合格 的高活性产品( 活 性物质含量 为 1 0 0 ％) ， 且不得以溶剂 或其他溶液进 行稀释。 混凝土表面预处理可按涂料涂装前处理要求进 行 ( 饮用水冲洗后应干燥 7 2 h以上) 。浸渍前混凝土 含水率大小严重影响施工质量 ， 温度 2 0℃时， 相对湿 度从 5 0 ％上升到 1 0 0 ％， 渗透深度相对减少至 2 0 ％， 在 1 0 0 ％相对湿度和 5。 【 = 时几乎观察不到硅烷浸渍深 度 。因此 ， 混凝土表面越干越好。施工环境温度 为 5～ 4 5℃ ， 低于 5℃或有强烈太 阳光直射时不宜施 工， 相对湿度最好不超过 6 5 ％。 J T J 2 7 5— 2 0 0 0规定硅烷浸渍应连续 喷涂并喷涂 2遍 ， 间隔时间至少为 6 h 。T B ／ T 3 2 2 8— 2 0 1 0规定液 体硅烷至少涂装 2道 ， 间隔 时间不应太长 ， 基材吸收 完上一涂层不再光亮时即可涂装第 2道 ， 膏体产 品只 允许涂装 1道。 对硅烷涂装道数与效果 ： 有的认为多次硅烷处理 并不能使其渗透深度显著增加 _ l ； 有的认为多道涂 装时 ， 硅烷防护效果更取决于第一道的涂装质量 ； 还有研究表明 ， 处理道数越多 ， 最后渗透深度越低 J 。 赢创德固赛对其产品的研究表明， 采用 2道 间隔期为 7 d的涂装工艺 ， 能获得较好 的处理效果 ， 渗透深度可 大于 8 m m 。 对于潮差区混凝土来说 ， 其表面可涂装 时间受环 境制约 ， 最短的只有 2 h ， 即使表面处理干燥 了但其 内 部相对湿度仍很高 ， 与试验研究条件及规范要求相差 太远。T B ／ T 3 2 2 8—2 0 1 0规定应在海水 落到最低潮 位且混凝土表面干燥时喷涂施工， 以尽量延长 自然干 燥期。因此 ， 工程施工时的实际涂装道数及硅烷用量 等都需要根据混凝土结构 自身情况 、 涂装环境 、 施工 条件等通过现场试验进行测 试评估后 ， 最终 优选确 定 。 1 ． 3 ． 2 涂装质量的控制 硅烷涂装质量控制指标主要是渗透深度 ， 常用的 评价指标还有 吸水率及 C l 一 吸收率 的降低值。现行 规范对渗透深度 的要求见表 2 。由于现场难 以快速 测定硅烷浸渍深度及其防护效果 ， 目前的涂装工艺一 般要求采用控制单位面积硅烷最少用量 ， 以保证施工 质 量 。 表 2 我国现行标准关于硅烷浸 渍深度的指标 T B ／ r 3 2 2 8—2 ( ) 1 0 Yl、 G ／ 1 I ) 0 7—0l一2 0 0 6 混凝 L h ( 渗透 ) ／ 混凝 十h ( 渗透 ) ／ 强度 mil l 强度 I l l r ll ≥ ( M0 ≥ 1～4 >C 4 5 3～4 0 ． 2 mm裂缝 时， 将加速 C l 一 对钢筋 的侵蚀和结 构的破坏 。浸渍混凝土出现裂缝后 ， 裂缝面只有少 部分是防水的， C l 一 可 以沿着裂缝面进入混凝土 ， 沿裂 缝 C l 一 含量随裂缝宽度增加而增加 ， 在 0 ． 4 m m裂缝宽 度下 ， 即使在深度很大的地方 ， 裂缝两边的 C l 一 含量都 比较高 ； 当裂缝影响深度超过 8 0 m m时， c l 一 会扩散 达到钢筋位置 ， 导致钢筋较早出现锈蚀_ 2 。 混凝土出现 0 ． 2— 0 ． 4 mm裂缝后再进行硅烷浸 渍处理 ， 可在裂缝 表面甚至深 达钢筋表 面形成 憎水 层 ， 有 效 阻止 c l 一 ， H 0 的沿缝 渗透 和对 钢 筋 的侵 蚀 。 ’ 卫 ； 已锈蚀 的开裂混凝土经硅烷处理后 ， 腐蚀 电流可降低 9 0 ％以上 J 。 目前 以环 氧底漆 、 环氧 中 涂和聚氨酯 、 氟树脂 面漆组成的复合涂层厚度 为 1 0 0 m时 ， 涂层的延伸量为 0 ． 8 1 m m， 厚度 为 2 0 0 Ix m时 延伸量 为 1 ． 2 9 m m， 厚度 为 1 0 0 0 I x m 时延伸 量 达 3 ． 4 0 m m， 涂层柔韧性也随厚度增加而改善 。 针对上述碳化及裂缝问题 ， 可采用表 1中的复合 设计体系或硅烷浸渍 +涂料涂层 的复合涂装方案 ， 目 前在建 的浙江嘉绍大桥潮差 区混凝 土表面采用 了硅 烷浸渍 + 涂料涂层方案 ， 前期小区试验表明其具有一 定 的效 果 。 ( 4 ) 耐久性硅烷浸渍处理后混凝土结构能长时 间保持 良好 的防水 、 抗 c l 一 渗透等保护效果 ： 3 a现场 暴露试验表 明， 经过防护处理 的混凝土保持了防护处 理初期的效果_ 2 ； 东京湾海上混凝土涂装 7 a后对离 混凝土表面下 2 0 m m处的 C l 一 浓度进行检测 ， 结果显 示 ， 未涂件约为涂装件 ( 涂层 厚 1 0 0 t x m、 混凝土保 护 层厚 2 5 mm) 的 3 0 0倍 ； 预测某硅烷浸渍处理的集 装箱码头的服务寿命超过 1 0 0 a ⋯J 。 如果浸 渍时硅烷使 用较少 ， 其 防护作 用难 以持 久 ， 只有涂覆较多且渗入深度达到 8～1 0 m m， 甚至 1 2 m m 以上 ， 才能保持长久 的防护效果 _ l 。常规工艺 1次喷涂硅烷渗透深度一般 只能达到 2—3 mm， 而 当 混凝土水胶 比小于 0 ． 4时 ， 传统的浸渍处理 已不能达 到理想的渗透深度 ” ] 。浸渍异丁基三 乙氧基硅 烷的混凝土光热老化后 的吸水率均 明显大于老化前 的， 且 6 0℃紫外光和热双重作用 的吸水率是单一 6 0 ℃热老化 的4倍 ， 另外光热老化作用还使有机硅与砂 浆基体的附着性降低 。 为了保证潮差区混凝 土工程使用寿命达到甚至 超过设计要求 ， 可以考虑在硅烷浸渍 的基础上再进行 涂料涂装 ， 充分整合 2种技术 的优势 ， 以实现对混凝 土结构的长久防护 。 3 结语 硅烷 、 硅氧烷等有机硅浸渍材料具有突 出的憎水 性和化学稳定性 ， 能在混凝土表面及毛细孔 内壁形成 保护膜 ， 有效防止水分的渗透和转移 ， 提高 了混凝土 结构物的耐久性和使用寿命 ， 应用 以来取得 了良好的 应用效果。但仍存在碳化深度增加、 裂缝防护不成熟 及耐久性不理想等关键技 术问题 。今后还需进一步 加强硅烷浸渍 +涂料涂层复合涂装的防护及应用机 理研究 ， 以进一步提升该技术在潮差区混凝土等特殊 腐蚀环境下对混凝土构筑物的保护效果 ， 确保结构的 使用寿命 ， 创造更佳的经济与社会效益。 [ 参考 文 献 ] Ng u y e n T，Hu b b a r d J B．Un i fi e d mo d e l f o r t h e d e g r a d a — t i o n o f o r g a ni c c o a t i n g s o n s t e e l i n a n e u t r a l e l e c t r o l y t e [ J ] ．J o u rna l o f C o a t i n g T e c h n o l o g y ，1 9 9 6 ，6 8( 8 5 5) ： 45～56． 杨丽霞 ， 张 三平 ， 林安 ， 等． 有机涂层渗水 率与金属界 面腐蚀的研究进展[ J ] ． 材料保护 ， 2 0 0 1 ， 3 4 ( 1 0 ) ： 2 8— 3 0． 赵铁军． 渗透型涂料表面处理与混凝土耐久性[ M] ． 北 京 ： 科 学出版社 ， 2 0 0 9 ： 1 1 ． 徐洁．有机硅保护体系在混凝土耐久性保护中的应 用[ R] ．上海： 瓦克化学上海技术中心， 2 0 0 8 。 1 0— 3 0 ． 李化建 ， 易忠来 ， 谢永 江． 高速 铁路混 凝土 结构硅 烷浸 渍防腐蚀措施技术要求 的研究[ J ] ． 混凝土与水泥制 品 ， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 1 ～8 ． 熊建 波 ， 王胜年 ， 吴 平． 硅烷浸 渍剂 对混 凝土保 护作 用的研究[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 4 ( 9 ) ： 6 3～ 6 5 ． 吴平 ， G e i c h H．硅烷 膏体浸渍 剂在保护混凝 土 中的 实际应用[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 3 ( 1 0 ) ： 6 2～ 6 5 ． Ge r d e s A ，W i t t ma n n F H． De c i s i v e f a c t o r s for t h e p e n e — t r a t i o n o f S i l i c o n —o r g a ni c c o mp o un d s i n t o s ur f a c e n e a r z o n e s o f c o n c r e t e[ A] ．P r o c H y d r o p h o b eⅢ 一3 t h I n t C o n f S u r f a c e T e c h n o l o gy w i t h Wa t e r R e p e l l r n t Ag e n t s [ C ] ．Ha n n o v e r ： A e d i fi c a t i o P a b l i s h e r s ， 2 0 0 1 ： 1 1 1 ～1 2 2 ． 战洪 艳． 混 凝 土表 面 有机 硅 处理 与抗 氯 离子 侵 蚀性 [ D] ． 青岛： 青岛建筑工程学院， 2 0 0 4 ： 3 3～ 3 6 ． 0 。 。 ^ 书f - - ^ - 一 ． 1I潴 ：=j硪 辑 馕 妒 ] J] J] j 1 j 1 』 1 2 3 4 5 6 7 8 9 r L r● L r }r j rL 硅 烷 涂 装 防 护 技 术 存 混 凝 土 中 的 应 H J Ho u v e n a g h e l G，C a r me l i e t J ． D y n a mi c c o n t a c t a n g l e s ， w e t t a b i l i t y a n d c a p i l l a r y s u c t i o n o f h y d r o p h o b i c p o r o u s ma - t e r i a l s [ A] ．P r o c H y d r o p h o b e H I一 3 t h I n t C o n f S u rf a c e T e c h n o l o g y w i t h Wa t e r R e p e l l r n t A g e n t s [ C] ．H a n n o v e r ： Ae d i fi c a t i o P a b l i s h e r s ．2 0 0 1： 1 9 1—2 0 0 ． 陈宝 树．P r o t e c t o s i l 硅 烷 产 品 在 建 筑 保 护 中 的应 用 [ R] ． 上海： 赢创德 固赛特种化学( 上海) 有限公 司， 2 0l 0． 0 7— 1 5． Le v i M ，Fe r r o 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