混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术研究进展.pdf

1 2 O 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 2年 2月( 上) 第 2 6卷第 2期 混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术研 究进展 李化建， 易忠来， 谢永江 ( 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ； 高速铁路轨道技术国家重点实验室， 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘 要 混凝土结构硅烷 浸渍表 面处理技术 已经被 纳入规 范 ， 并 广泛应用于以海 洋环境为代表 的严 重腐蚀环 境 下 的混凝 土结构 。介 绍 了硅烷浸渍表 面处理技术的历 史沿革 以及硅 烷的分 类 ， 探 讨 了硅烷浸 渍技 术的作 用机 理 ， 总 结了国内外硅烷浸渍处理用硅烷材料的技术要求， 从基本功能、 基于作用环境功能以及辅助功能 3方面提 出了硅烷 浸渍 处理 的技 术要求 ， 阐述 了硅 烷浸渍处理技 术对 混凝 土吸 水性 能 、 抗 氯 离子渗透 性能 、 抗 冻性能 、 抗磨 性 能与抗 酸 雨性能的影响， 提出了混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术存在的问题， 指出了硅炕浸渍处理技术适用的作用环境。 关键词 混凝土结构硅烷浸渍处理防腐蚀 Pr o g r e s s o f S i l a n e I m p r e g na t i n g S u r f a c e Tr e a t me nt Te c h no l o g y o f Co nc r e t e S t r u c t u r e L I Hu a j i a n ，YI Z h o n g l a i ，X I E Yo n g j i a n g ( Ra i l w a y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n a Ac a d e my o f Ra i l wa y S c i e n c e ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ； S t a t e Ke y L a b o r a t o r y f o r T r a c k Te c h n o l o g y o f Hi g h - S p e e d Ra i l wa y ， B e i j i n g 1 0 0 O 8 1 ) Ab s t r a c t Th e s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e h a s b e e n i n c o r p o r a t e d i n t o t h e s t a n d a r d a n d i s wi d e l y u s e d i n t h e c o n c r e t e s t r u c t u r e s i n s e v e r e l y c o r r o s i v e e n v i r o n me n t r e p r e s e n t e d b y ma r i n e e n v i r o n me n t Th e h i s t o r y e v o l u t i o n a n d c l a s s i f i c a t i o n o f s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y a r e i n t r o d u c e d a n d t h e a c t i o n me c h a n i s m o f s i l a n e i mp r e g n a t i n g t e c h n o l o g y i s d i s c u s s e d Th e t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s o f s i l a n e h y d r o p h o b i c i mp r e g a n t u s e d f o r s u r f a c e t r e a t me n t a t h o me a n d a b r o a d a r e s u mma r i z e d Te c h n i c a l r e q u i r e me n t s o f t h e s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y h a s b e e n p u t f o r wa r d b a s e d o n f u n d a me n t a l f u n c t i o n，c o n s i d e r i n g e n v i r o n me n t a l f u n c t i o n a n d a s s i s t a n t f u n c t i o n Th e e f f e c t s o f s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y o n c o n c r e t e p e r f o r ma n c e i n c l u d i n g wa t e r a b s o r p t i o n，c h l o r i d e i o n p e r me a t io n，f r o s t r e s i s t a n t ，we a r - r e s i s t a n t a n d a c i d r a i n r e s i s t a n t a r e d e s c r i b e d Th e e x i s t i n g p r o b l e ms a n d f i t t i n g e n v i r o n me n t o f t h e s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e a r e a l s o p u t f o r wa r d Ke y wo r d s c o n c r e t e s t r u c t u r e ，s i l a n e ，i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t ，c o r r o s i o n p r o t e c t i o n 0 引言 有机硅化合物诞 生于 l 9世纪 中叶， 到 2 0世纪中期 欧、 美等国家将硅烷技术 成功应用于道桥、 码头、 机场等混凝土 结构的防水防腐L 1 。硅烷浸 渍技术是美国公路路桥 防护 中 采用最广泛的防腐方案， 据 1 9 9 4年 美 国高速公路研究设计 计划 ( NCHRP ) ( 第 2 0 9号) 调查资料显示 ， 硅烷 占美 国高速 公路路桥防护材料 3 3 以上l 2 。在欧洲路桥设计手册 中， 所 提出的憎水 型浸渍剂 技术要 求就是 依据硅 烷 的性 能提 出 的_ 3 。除海洋工程外 ， 硅烷在防止除冰盐侵蚀混凝 土方面的 应用 也有 2 5年的历史 。我 国于 2 0 0 0年将硅烷浸渍处理技 术纳入 海港_T程混凝土结构防腐蚀技术规范 4 行业标准 ， 随后 的 混凝土结构耐 久性设计与施_T指南 5 、 公路工程 混凝土结构防腐蚀技术规范 、 铁路混凝土结构耐久性设 计规范 以及 铁路混凝土结构耐久性修补及防护 l 8 等规 范也将硅烷浸渍处理作为防腐蚀强化措施。 1 硅烷浸渍 处理技术的 防护 机理 硅烷浸渍处理技术的防护机理包括化学结合机理 和物 理憎 水机 理 。 1 1 化学结合机理 利用硅烷特殊的小分子结构 ， 穿透t 昆凝土的表层， 渗 透 到混凝土 内部几到十几毫米 ， 分布在混凝土毛细孔 内壁， 甚 至到达最小的毛细孑 L 壁上， 在毛细孔中空气 、 水的作用下 ， 硅 烷水解形成硅醇 ， 新生成的硅醇 与硅酸盐 中羟基反应形成末 端带有一 s i R*基 的硅氧烷链 ， 并相互缩合在基材表面形成一 层坚 固、 刚柔的斥水层网状结构的硅树脂憎水层 。硅烷与混 凝土基体的化学结合原理 。 。 如图 1 所示， 第一步为水解过 *国家“ 9 7 3 ” 计划( 2 0 1 0 C B 7 3 6 1 0 2 ) ； 铁道部科技开发计划( 2 0 0 8 G 0 3 1 一 N； 2 0 1 0 G0 0 4 一 E) ； 中国铁道科学研究院行业服务技术创新项 目( 2 0 0 9 YJ 2 1 ) 李化建 ： 男， 1 9 7 6 年 生 ， 博士， 副研 究员Te l ： 0 1 0 5 1 8 7 4 1 8 3 E - ma i l ： c h i n a s a i l o r 1 6 3 e o m 混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术研 究进展 李化建等 l 2 l 程 ； 第二步为缩合过程 ； 第三步为缩 聚产物与混凝土基体 中 的水发生反应 ， 以氢键键合； 第四步为脱水缩合形成硅树脂 。 硅烷浸渍处理后所形成基材的表面张力远低 于水 的表面张 力， 并产生毛细逆气压现象， 且不堵塞毛细孔， 既能够防水又 能保持混凝土结构“ 呼吸” 的功能。另外 ， 因化学反应形成 的 硅树脂憎水层与混凝土有机结合为一整体 ， 使基材具有一定 的韧性， 能够防止基材开裂且能弥补 0 2 ram 以下的裂缝 。 R S i ( OMe ) o 3Me 0H t R S i ( OH ) ， 2 S i( O Ia )， l 2 H 0 R R R l l I HO S i 一0一S i O S i OH I l l OH 0H OH + OH OH OH J J L s u R R I l f f j H ：二 H H =：H H ：二 = H Bo n d f o r mi hi o n R j 卜 2 H 20 h R R f I 图 l 硅烷与混凝土基体的结合机理 Fi g 1 Th e b o n d i n g me c h a n i s m o f s i l a n e a n d c o n c r e t e ma t r i x 1 2 物理 憎水 作 用 硅烷浸渍处理后的混凝土结构， 空气一 硅烷界面将替代空 气一 混凝土界面， 将固气界面转变为固液界面， 表面张力将 发 生改变 。研究表明 1 ， 当表面浸渍处理材料 的表面能小 于 2 5 mN m、 即与水的接触角大于 9 8 。 时就具有优 良的憎水效 果。由于硅烷的表面张力较小 ， 远小于水的表面张力 7 2 raN m， 当水与此新界面接触时， 其润湿角大于 9 0 。 ， 表现出憎水特 性， 使水无法润湿混凝土。 2 硅烷浸渍处理用材料分类 按硅烷 的主要成分 可将硅烷浸渍材料分为烷基烷氧基 硅烷和烯烃基烷氧基硅烷 。烷基烷氧基的分子式如图 2 ( a ) 、 ( b ) 所示 ， 烯基烷氧基的分子式如图 2 ( c ) 、 ( d ) 所示 。烷基 烷氧基硅烷类应用较多 ， 其主要产 品有异 丁基三 甲氧基硅 烷、 异丁基三乙氧基硅烷 、 异辛基烯三甲氧基硅烷 、 异辛基烯 三乙氧基硅烷 。烯烃基烷氧基材料主要有 乙烯基三 甲氧基 硅烷 、 乙烯基三乙氧基硅烷 、 3 一 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基 硅烷 、 异丁烯三乙氧基硅烷等。关于异丁基与异辛基硅烷的 优劣， 争议仍较大， 有人认 为异丁基三乙氧基硅烷或正丁基 三乙氧基硅烷性能更好 ， 因为它具有优异的憎水性 ， 在碱性 条件下可达到最大渗透深度 ； 相 比之下， 带较长基团( 辛基) 的硅烷的表面凝珠效果虽然 良好 ， 但其在非常致密 的高强混 凝土中的最大渗透深度较小 。事实上异辛基硅烷 的粒径也 仅有 l 1 0 n m， 完全能满足渗透效果 ， 而且 由于异辛基硅烷 具有较长的基团 ， 其稳定性更好 ， 经反应缩合后 的有效成分 含量应高于异丁基硅烷 1 “ j 。 R 0R 一 S i 一 0R 0R ( a ) l R 上 O f L ( b ) I 斗O R R ( d ) 图 2 硅烷的分子结构 F i g 2 T h e m o l e c u l a r s t r u c t u r e o f s i l an e 按照形态的不同， 硅烷浸渍材料可 以分为溶液状、 乳液 状、 膏体、 凝胶和干粉状等多种形态 ， 目前常用的为液体硅烷 和膏体硅烷 。针对液体硅烷在高处作业时乳液易于滴落， 对 垂直表面处理时必须多次涂刷造成浪费和喷涂 时形成气溶 胶等问题 ， 瓦克公司以 C1 一 C 2 0烷基 c 2 一 C 6烷氧基硅烷 、 含 烷氧基的有机聚硅氧烷和适当的乳化剂为材料 ， 采用高速定 子一 转子搅拌器 ， 开发出一种粘稠的水乳剂 ， 即膏体硅烷， 并申 请了中国专利口 。最早使用新型硅烷膏体技术修复混凝土 的工程之一是瑞士 S t G a l l e n的 F t i r s t e n l a n d大桥。该大桥建 造于 2 O 世纪 3 O 年代 ， 采用 钢筋增强 昆 凝土建造， 但 因碳化 和除冰盐破坏而严重受损。膏体浸渍剂 的用量为 2 0 0 g m ， 活性组 分平均 渗透深 度可达 3 ram， 对 水分 的吸收可 减少 8 O 1 6 l 。 3 硅烷浸渍材料的技术要求 参考防护涂层功能要求_ 1 ， 从基本功能、 基于作用环境 功能以及辅助功能 3 方面提出了硅烷浸渍处理作 为混凝土 结构表面防护技术措施的基本功能( 如图 3所示) ， 主要包括 硅烷 自身性能( 有效物质含量、 可施工性、 耐老化性能) 、 浸渍 混凝土的性能 以及硅烷与混凝土界面性能等 。硅烷浸渍材 料的技术要求上升为标准规范源于欧洲路桥设计手册， 不 同 规范对硅 烷浸 渍材料 提 出了不 同的技术 要求 ， 如表 1所 示 ， ， 。 删 。 一 一 C C C c c o u c H g R d n 0 b n e g 0 r d y H H o L j n y H一 一 一 O 上 一 一 L 一 一 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 2年 2月( 上) 第 2 6卷第 2期 表 l 硅烷浸渍处理技术要求 Ta b l e 1 Te c h n i c a l r e q u i r e me n t s o f s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y 序号 项 目 技术指标 液体 膏体 注 ： a主要成分有 的标 准采用异辛基 三乙氧基硅烷_ 8 ， 有 的标 准采用异丁基三 乙氧基硅烷 “ ， 还有的标准规定两种硅烷都 可采用 j ； b有的标准规定氯离子吸收降低率大于 8 O ； C渗 透 深度所采用 的基准 混凝 土强度 不 同， 有 的标准 采用 C 4 O强度 等级的混凝土 。 小 于 C 4 O ， 渗透 深度 4 l O m m， C 4 0混凝 土， 渗 透 深度大干等于 l 4 m m 磊 辅 助 功 能 基 本 功 能 抵抗氯离子 渗透性 抵抗硫酸 盐侵蚀 抵抗磨 蚀性能 抵抗冻融 破 坏( 除冰盐) 弥补混凝土 保护层不足 混凝土结构 浸渍处理 憎水性 抗水渗透性 透气性 与基体粘结性 裂缝的 桥连性 图 3 浸渍处理技术的功能要求 F i g , 3 Fu n c t i o n a l r e q u i r e me n t s o f s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y 4 硅烷 浸渍处理技 术对混凝土性能 的影响 4 1 吸水 率 硅烷浸渍处理能降低混凝土的吸水率是公认的， 但是对 水胶比较大的混凝土效果 好还是对水胶 比较小 的混凝土效 果好尚未得到一致 的结论。Re i n h a r d a r d t和 Ma s s i n o S o s o r o 由吸水试验得出硅烷溶液的吸收量和渗透深度 与时间的平 方根呈现线性关系 ， 将这一关 系称之 为时间开方定律 J 9 ,2 0 。 Ge e d e s 等研究指出水的吸附量在 2 4 h之 内基本符合时间开 方定律 ， 而硅烷的吸附时间超过 8 h时 ， 试验数据与计算值 将 产生偏差， 偏差的程度与防水剂的种类有关 J 。图 4为笔者 研究液体硅烷 ( L - s i l a n e ) 、 膏体硅烷 ( P - s i l a n e ) 和渗透结晶材 料( C C M) 表面处理混凝土和未处理基准混凝土( No ) 的吸水 高度， 对于未进行表面处理和渗透结晶材料在 1 0 h左右吸水 高度与时间的开方呈较好的线性关系， 之后则出现吸水高度 变化较为平缓的趋势。对于采用硅烷浸渍处理的混凝土 ， 其 吸水高度很低 ， 很难体现 m与吸水高度吸水 时间的线性 关 系l 2 。战洪艳等以水灰 比为 0 4 、 0 5和 0 6的混凝土进行 吸水试验， 3种未处理混凝土 的毛细吸收系数分别为 1 9 4 g ( m h 。 。 ) 、 2 5 4 g ( m。h ) 和 2 6 l g ( m。h “ 。 ) ， 经 过 硅 烷 浸渍处理 的混凝 土毛 细吸 收系数 分别 下 降至 l 6 g ( m h “ ) 、 2 1 g ( I n 。 h “ 。 ) 和 1 5 g ( n l h 。 ) ， 经过硅烷浸渍处理 后的混凝土吸水量仅为未处理混凝土的 】 1 0左有。随着水 灰 比从 0 4增加到 0 6 ， 未处理混凝土的吸水系数依 次增大 ， 而防水处理后， 3种混凝土的吸水系数都较小 ， 并 且相差 不 大， 这也说明硅烷憎水处理对水灰 比较 大的混凝土依然具有 良好 的效果 2 。也有研 究者认 为， 如果混凝 土水胶 比过大 ， 内部孔隙过多， 可能有部分孔隙没有被憎水膜覆盖 ， 导致吸 水率增大。有研究者通过空气渗透性试验与表层水吸附试 验( I S AT) 分别研究了有机硅烷 、 透水衬 里模板单独使用时 ， 以及有机硅烷与透水衬里模板共 同使用时对混凝土表面渗 透性的影响， 结果表明有机硅烷能有效降低普通混凝 土表层 的水吸附作用 ， 但对空气渗透性没有 明显影响 ， 透水衬里模 板对普通混凝土表层的空气渗 透性与水吸附作用都有明 显 降低作用口 ， 这也证明硅烷浸渍处理技术能够降低混凝土的 抗水渗性能， 同时能保留混凝土的呼吸功能。 图 4 不同表面渗透处理技术混凝土的吸水高度 F i g 4 W a t e r - a b s o r i n g h e i g h t o f d i f f e r e n t i mp r e g n a t i ng s u r f a c e t r e a t me n t t e c hn o l o g i e s 4 2 抗氯离子渗透性 硅烷浸渍用于海洋工程较多， 其主要原 因是硅烷 浸渍处 理可以使混凝土氯离子吸收量大大降低 ， 这 已被大多数研究 者所证实。不同研究者所采用的评价指标不 同， 采用较多 的 方法为氯离子吸收量降低率和混凝 土电学性能指标( 如电通 量、 氯离子扩散系数、 电阻率或交流阻抗值 ” 等) 。R i c k y采 混凝土结构表 面硅烷浸渍处理技术研 究进展 李化建等 l 2 3 用硅烷一 黏土纳米复合涂层对混凝土结构表层进行处理， 通过 昆 凝土结构表层 5 0 mm 内的氯离子含量来评价其抗氯离子 渗透性 ， 结果表明， 硅烷处理和硅烷一 黏土复合涂层处理均能 在很大程度上降低混凝土中的总氯离子含量 ， 以硅烷浸渍处 理效果最好， 未进行表面处理的混凝土 中氯离子含量 占水 泥 总量的 0 2 3 ， 经过硅烷浸渍 处理的降低 了 9 2 ， 而经过硅 烷一 黏土复合涂层处理的则降低 了 6 9 l l f】 。蒋 正武等 z 研 究 l O d 、 2 8 d 、 9 0 d不同龄期 下浸渍硅烷 的混凝土 的氯离子 吸收量 ， 降低值均达到 9 4 以上， 硅烷 的渗透深度随龄期 的 延长略有增大。 M J Mc c a r t h y等研究了硅烷一 硅氧烷表 面处理 、 透水模 板、 硬脂酸盐防水剂 、 亚硝酸盐类阻锈剂等防腐蚀强化措施 的抗氯离子渗透性 ， 结果表明， 经硅烷 硅氧烷浸渍处理的混 凝土的氯离子扩散系数仅为基准混凝土的 4 5 ， 降低效果最 显著 。笔者曾研究了不 同表面处 理方式混凝土与基准混 凝土的电通量比例， 如图 5所示。3种表面处理方式均 能够 降低混凝土的电通量 ， 且表面处理对 C 3 0 基准混凝土电通量 的降低幅度大于 C 4 5 基准混凝土的电通量 ， 其原因是 C 4 5 混 凝土的致密度高于 C 3 O混凝土 ， 硅烷和渗透结晶材料对 C 3 0 混凝土渗透能力大 ， 表现为经过处理后的混凝土电通量大幅 度降低。渗透结晶材料对混凝土 电通量降低幅度小 于硅烷 浸渍 昆 凝土 。c C Ya n g 用 电通量和氯离子含量来评 价硅烷浸渍处理混凝土的传输特性 ， 结果表明， 当硅烷用量 相同时 ， 水胶比越小 ， 混凝土中氯离子含量越小 ， 混凝土 的电 通量也越小 ， 且水胶 比在 0 3 5 O 5 5之间 ， 混凝土抗氯离子 渗透性效果一致。牛季收等 研究 了硅烷浸渍对带裂缝t 昆 凝土的防护效果 ， 以带有 0 2 ram宽裂缝混凝土试件 为研 究 对象 ， 对 比研究了硅烷溶液、 乳液或者凝胶 浸渍处理 混凝土 的抗氯离子侵蚀行为。通过对试件氯离子二维含量的分析 ， 验证了对带裂缝混凝土进行硅烷浸渍防护处理具有非常好 抗氯离子渗透的效果。熊建波等 研究 了表面使用硅烷浸 渍剂后的混凝土电通量 ， 结果表明 ， 都有不同程度的降低 ， 普 通混凝土使用硅烷浸渍剂后的电通量降低幅度高于高性能 混凝 土 l 0 0 8 O 6 0 4 0 2 0 0 N0 L。 s i l a n e P s i l a n e CCM Di f f e r e n t s u r f a c e t r e a t me n t 图 5 不同表面渗透处理混凝土的电通置 F i g 5 Pa s s e n c h a r g e r a t i o o f d i f f e r e n t i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g i e s 笔者曾采用 P e r mi t 研究了硅烷浸渍混凝土试验墩 的抗 氯离子渗透性 。图 6为采用硅烷浸渍对普通模板浇筑的 试验墩的 P e r i mi t 测试结果的影响 ， 其中图 6 ( a ) 为电导率 时 间曲线 ， 图 6 ( b ) 为电流一 时问曲线 ， 图 6 ( c ) 为电导率 变化率一 时间曲线。由图 6 ( a ) 可知， 对于未采用硅烷浸渍的试验 墩， 其电导率随着时间延长而快速增加 ， 而采用 硅烷浸渍的试验 墩， 其电导率随着时间的延长几乎不变。由图 6 ( b ) 可知 ， 采 用硅烷浸渍的试验墩 ， 在测试过程中的测试 电流几乎为一条 水平线， 在测试过程中几乎没有变化 ， 且数值很低 ， 在 1 0 mA 以内， 而未采用硅烷浸渍的混凝土测试 电流最 高在 1 0 0 mA 以上。由图 6 ( c ) 可知， 未采用硅烷浸渍的混凝土的电导率变 化率也大大高于采用硅烷浸渍混凝 土的电导率变化率。未 采用硅烷浸渍试验墩的氯离子扩散 系数为 1 0 71 0 z mz s ， 采用硅烷浸渍试验墩 的氯离子扩散系数仅为 0 0 8 x 1 0 2 m。 s ， 表明硅烷浸渍可大大降低混凝土表面的抗氯离子渗透 性 。 T i me mi n 图 6 硅烷浸渍对普通钢模板施工试验墩 P e r mi t 试验结果 Fi g 6 P e rm i t t est r e s u l t s o f s t e e l f o rm wo r k c o n c r e t e b l o c k wi t h s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me nt t e c hn ol o g y 4 3 抗冻性 硅烷浸渍处理技术对混凝土抗冻性影响的研究 多是基 于除冰盐环境进行研究。J o h a n s s o n在瑞士 E u g e n i a隧道 内 的现场试验表明， 硅烷浸渍处理对混凝土氯离子侵蚀 降低的 l 2 4 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 2年 2月( 上) 第 2 6卷第 2期 效果较明显 ， 由于被雨水或车辆溅起来 的水 冲刷 ， 混凝土结 构表面的氯离子浓度降低 ， 称为冲刷效应 。久保善司等采用 快冻法研究了硅烷浸渍处理混凝土的弹性模量和质量损失 ， 结果表明， 经过浸渍处 理后混凝土冻弹性模量降低较快 ， 但 其质量损失却表现出相反的趋势 ， 即硅烷浸渍处理能够降低 冻融后混凝土的质量损 失， 但无法确保混凝土 内部损伤 ， 即 弹性模量的降低_ 】 。李 中华等 o 采用 C D F混凝土抗盐冻试 验方法对 比研究 了有机 硅涂料 、 减小水灰 比、 添加引气剂与 矿物掺合料 3种技术途径对除冰盐环境下混凝土的防护性 能 ， 结果表明 ， 涂刷有机 硅涂料后 ， 混凝土经 5 6次盐冻后剥 蚀量均降低了 9 9 ， 相对动弹性模量损失率 降低 4 9 ， 混凝 土表面无明显剥蚀痕迹 ， 涂刷有机硅涂料是提高混凝土抵抗 除冰盐最好的技术途径。赵尚传等 以 C 3 0 混凝土( 坍落度 为 6 0 ram) 为基准研 究了混凝土的抗冻性 ， 结果表明， 硅烷浸 渍处理的混凝土抗冻性大幅度提高 ， 而其混凝土致密性越高 则提高 的幅 度越 大。基 准 混 凝 土 的 抗 冻 等级 为 D 7 5和 D1 0 0 ， 硅烷浸渍混凝土的抗冻等级则为 D3 2 5和 D2 0 0 。笔者 曾对 比研究 了膏体硅烷对混凝土抗冻性 的影响， 硅烷浸渍混 凝土的抗冻性略有提高l_ 2 。解 释硅烷浸渍处理能够提高混 凝土抗冻性 的原 因多为： 硅烷渗入混凝土内部， 在缝 隙内壁 形成憎水层 ， 减少对水分的吸附， 降低混凝土的吸水率 ； 而解 释硅烷浸渍处理未能提高混凝土抗冻性的原因为： 零度以下 未结冰的水与冰之间产生非常高的压力差 ， 冻和融 的过程对 混凝 土产生极大的破坏力 ， 而硅烷渗透到混凝土表层 ， 降低 了混凝土中可供冻融破 坏力释放 的空 间， 因此 ， 并没有从本 质上改善混凝土的抗冻性。 4 4 抗磨蚀性能 经过浸渍处理的混凝土表面在一定程度上能够提高混 凝土表面的光洁度和强度 ， 对于磨蚀作用来说 ， 会起到一定 的作用 ， 但需要验证。加拿大阿尔伯塔州对 6种渗透型混凝 土防护材料进行磨耗性能测试， 其中包括硅烷 、 丙烯酸和环 氧树脂等。测试前混凝土的抗氯离子渗透有效率均为 9 O 左右。当磨掉处理 I mm后 ， 丙烯酸和环 氧树脂等处理 的混 凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降为 3 O 左右 ， 而硅烷处 理的混凝土表面仍为 9 O 左右 ； 当磨 掉 3 4 ram， 丙烯酸 和 环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降 约为 0 V oo ， 而硅烷处理的混凝土表面 ， 低浓度、 浅渗透的表面 下降为 3 0 4 O ， 而高浓度、 深渗透的表面仍保持为 9 O 左右。这一方面说明硅烷渗透深度较深 ， 另一方面也 间接证 明硅烷浸渍能够提高混凝土的抗磨蚀性能， 即便是磨蚀 3 4 ram后 ， 混凝土中的毛细孑 L 依然被硅烷渗透 。另外 ， 笔者 曾对不同表面处理方式混凝土的强度进行试验 ， 硅烷浸渍处 理能够提高 7 】 0 的抗压强度 ， 这也证明硅烷浸渍能够 提高混凝土的抗磨蚀性能_ 2 。 4 5 抗酸雨性能 蒋正武等采用酸雨模拟的试验方法研究了两种硅烷 ( 硅 烷 硅氧烷产 品( 6 6 8 9 ) 和异丁基三 乙氧基硅烷 ( 6 4 0 3 ) ) 对不 同配合 比( 普通混凝 土与矿渣混凝土) 混凝土耐 酸雨性能 的 影响 。 并 以硅烷浸渍混凝土 的外观 、 体积 、 质量 、 强度及 吸水 率与碳化深度等为评价指标 ， 建立 了硅烷浸渍混凝 土的服役 寿命预测模型 。两种硅烷可有效提高混凝土耐酸雨性能 ， 明 显减小酸雨浸渍后 的混凝土强度下降 、 质量损失 ， 大大减小 混凝土的吸水率值和碳化深度。不涂硅烷的 C O基准混凝土 的耐酸雨寿命约为 1 l a ， 不涂硅烷的掺矿渣粉的 C 1 混凝土的 耐酸雨寿命约为 1 2 5 a ， 喷涂 6 6 8 9硅烷 的 C O混凝土耐酸雨 寿命约为 2 1 a ， 可延长混凝土寿命 1 0 a ， 喷涂 6 6 8 9硅烷 的 C 1 混凝土耐酸雨寿命约为 2 1 a ， 可延长混凝土寿命 8 a以上 。 5 结语 硅烷浸渍处理技术通过憎水以及与混凝 土基体化学键 合等多重功效来对混凝土结构进行 防护， 是一种较为有效的 防辐射强化措施。 硅烷浸渍处理技术对于降低混凝土的吸水性 、 提高混凝 土的抗氯离子渗透性具有显著 的作用 ， 在氯盐环境下 ， 硅烷 浸渍处理技术是提高混凝土结构耐久性的重要技术途径 。 对于硅烷浸渍处理能否提 高混凝 土的抗冻性 、 耐磨性 、 耐硫酸盐侵蚀性以及耐盐类结晶破坏的研究还不多 ， 应加强 这方面的研究， 以期使硅烷浸渍处理有更广泛 的应用领域 。 硅烷浸渍处理技术的有效防护年限尚不清楚 。 需要进 行深入 研究 。 参考文献 1 孙高霞 混凝土表面渗透性有机硅 防水涂料的研究 D 南 京 ： 南 京水利科学研究 院 ， 2 0 0 9 2 Ca d y P h i l i p DNa t i o n a l c o o p e r a t i v e h i g h wa y r e s e a r c h p r o g r a m 2 0 9 R 1 9 9 4 3 Th e Hi g h wa y s Ag e n c y o f Br i t i s h Th e i mp r e g n a t i o n o f r e i n f o r c e d a n d p r e s t r e s s e d c o n c r e t e h i g h wa y s t r u c t u r e s u s i n g h y d r o p h o b i c p o r e - l i n g i mp r e g n a n t s S B D 4 3 0 3 ， 2 0 0 3 4 中华人 民共和国交通部 J ， r 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 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 0 0 5 中国土木工程学会 C C E S 0 1 2 O O 4 混凝土结构耐久性设计 及施工指南 S 北京 ： 中国计划 出版 社 ， 2 0 0 4 6 中华人 民共 和 国交 通部 J TG 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 I s 3 北京 ： 人 民交通 出版社， 2 006 7中华人 民共 和国铁道部 T B1 0 0 0 5 2 0 1 0 ( 铁路 混凝 土结构 耐 久性设计规范 s 北京： 中国铁道出版社 ， 2 0 1 0 8 中华人民共和国铁道部 TB T 3 2 2 8 - 2 0 1 0 ( 铁路混凝土结构 耐久性修补及防护 S 北京： 中国铁道出版社 ， 2 0 1 0 9 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 0 Ri c k y S C W o o，Zh u Ho n g g a n g，Mi c h a e l M K Ch o wB a r - r i e r p e r f o r ma n c e o s i l a n e - c l a y n a n o c o mp o s i t e c o a t i n g o n c o n c r e t e s t r u c t u r e J C o mp o s S c i Te c h n ， 2 0 0 8 ， 6 8 ： 2 8 2 8 1 l陈嘉林 ， 刘义兴渗透性有机硅防水防护剂在上海中环路防 撞墙上应用效果 j 中国建筑防水， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 2 1 2 I r a j H P Ma ma g h a n i ，Ch a r l e s Mo r e t t i ，Br u c e A Do c k t e r ， Ap p l i c a t i o n o f s e a l i n g a g e n t s i n c o n c r e l e d u r a b i l i t y o f i n f r a 混凝土结构表 面硅烷浸渍处理技 术研究进展 李化建等 s t r u c t u r e s y s t e ms R 2 0 0 7 1 3陈明波， 王艳梅 ， 蒋正武 硅烷浸渍混凝土防水技术 J 中国 建筑 防水 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 1 4苏海 防 ， 王锐劲 ， 熊建波 ， 等 膏体 硅烷在 高性 能混凝 土的浸 渍保护效果试验研究I- J 华南港工， 2 0 0 7 ( 1 ) ： 7 8 1 5汉斯迈尔， 英格博格 柯尼希 卢默尔， 阿尔伯特 豪斯伯 格 用于建筑材料 疏水化处理 的有机 硅化合 物 的水 乳剂 ： 中 国， C N 9 7 1 1 2 4 8 3 3 P 1 9 9 7 l 6吴平 ， He i n z G e i c h 硅烷膏体浸渍剂在保护混凝土中的实际 应用口 混凝土， 2 0 0 3 ( 1 0 ) ： 6 2 l 7刘玉军 混凝土保护涂层性能和测试方法的研究I- D 北京 ： 中国建筑材料科学研究院， 2 0 0 4 1 8 C E N T C 1 0 4 ， DI N E N 1 5 0 4 2 0 0 5 P r o d u c t s a n d s y s t e ms f o r t h e p r o t e c t i o n a n d r e p a i r o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s S 2 0 0 5 1 9 Re i n h a r d t H W Au f r e c h t M S i mu l t a n e o u s t r a n s p o r t o f a n o r g a n i c l i q u i d a n d g a s i n c o n c r e t e J Ma t e r S t r u c t ， 1 9 9