硅烷浸渍防护混凝土的机理及其研究方法.pdf

材料研 究 硅 烷 浸 i 责防护 涅 凝 土 的机 理 及 其 研 究 方 i 去 陈 丹， 崔 洪， 张敏， 佘安宇， 焦振峰 ， 王玉美 ( 郑州中原应用技术研究开发有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 0 ) 一 摘要： 阐述 了 混凝土耐久性研究的必要性， 指出硅烷浸渍技术可有效提高混凝土的耐久性， 其应用日益广泛。探讨了 硅 烷浸渍技术的作用机理和技术要求， 以自主研发的硅烷防护膏体浸渍高性能混凝土为例， 系统研究了硅烷防护膏体对 混凝土的浸渍深度、 吸水率、 氯化物吸收量降低率和抗碱性等性能的影响。 关键词： 混凝土耐久性； 硅烷浸渍； 渗透型硅烷防护剂； 硅烷防护膏体； 吸水率； 氯化物吸收量； 抗碱性 文章编号 ： 1 0 0 7 4 9 7 X( 2 0 1 5 ) 一 1 7 0 0 1 7 0 5 中图分类号 ： T U 5 0 2 ； T U 5 2 8 3 2 文献标志码 ： A M e c h a n i s m a n d S t u d y M e t h o d o f S i l a n e I mp r e g n a t e d Co n c r e t e C h e n D a n ， C u i Ho n g ， Z h a n g Mi n ， S h e An y u， J i a o Z h e n f e n g， Wa n g Yu me i ( Z h e n g z h o u Z h o n g y u a n A p p l i e d T e c h n o l o g y R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t C o ， L t d ， Z h e n g z h o u ， He n a n 4 5 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h i s a r t i c l e e l a b o r a t e s n e c e s s i t y o f s t u d y o n d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e ，p o i n t s o u t t h a t s i l a n e i mp r e g n a t i o n c a n e ff e c t i v e l y i mp r o v e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e a n d i t s a p p l i c a t i o n i s i n c r e a s i n g l y wi d e ， a n d d i s c u s s e s o n me c h a n i s m a n d t e c h n i c a l req u i r e me n t s o f s i l a n e i mp reg n a t i o n T a k i n g i n d e p e n d e n t r e s e a r c h e d s i l a n e p r o t e c t i v e p a s t e a s e x a mp l e ，t h e a r t i c l e s y s t e m s t u d i e s t h e i n fl u e n c e s o f s i l a n e p rot e c t i v e p a s t e o n i mp r e gna t i o n d e p t h ， wa t e r a b s o r p t i o n ，c h l o r i d e a b s o r p t i o n r e d u c t i o n r a t e ， a n t i a l k ali n e ， e t a 1 Ke y wo r d s ：d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e ；s i l a n e i mp r e g n a t i o n ；p e r me a t i o n s i l a n e p rot e c t i v e a g e n t ；s i l a n e p r o t e c t i v e p a s t e ；wa t e r a b s o rp t i o n r a t e ； c h l o r i d e a b s o rpt i o n ；a n t i alk a l i n e 1 混凝土防护 的必要性和现状 混凝土因其廉价的成本和优越的性能， 已被大量 应用在桥梁 、 港 口、 码头 、 公路及重大建 筑工程 中， 是 现代工业社会应用最为广泛的建筑材料之一。由于 混凝土 自 身的化学组成及本身为多孑 L 结构， 所处环境 又存在着大量的腐蚀介质， 混凝土的腐蚀现象十分普 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 6 0 3 作者简介： 陈丹， 女， 从事建筑密封胶新产品开发工作。联 系地 址： 4 5 0 0 0 0河南省郑州市华山路 2 1 3号郑州中原应用技术研 究开发有限公司， E m a i l ： d a n a _ e d 1 6 3 c o m。 遍， 每年都会造成巨大的经济损失【” 。 根据文献报道2 _ 3 J ，美国每年因钢筋混凝土腐蚀而造成的损失高达 3 0 0 0亿美元 ， 占G D P的4 2 ， 仅每年用于修复桥梁 钢筋混凝土的费用已经达数千亿美元 ；英国每年用 于修复钢筋混凝土结构 的费用达 2 0 0亿英镑。与 国 外相比， 我国混凝土结构的耐久性问题也很突出。我 国地域广阔， 地貌、 地形复杂， 气候、 温度跨度巨大， 大 致分为东北严寒地区 、 西北盐碱干燥地 区、 东部沿海 地区、 西南酸雨地区以及中部湿热碳化地区。这些地 区都广泛存在冻融破坏、 氯离子腐蚀或酸雨腐蚀混凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 材料研究 s OCz r l s + 剜H 刽 oH l 图 3 辛基三 乙氧基硅烷防护原 理 现象， 不堵塞毛细孔隙就能够有效降低混凝土的吸水 率。另外 ， 因化学反应形成的网状硅氧烷分子膜与混 凝土有机地结合成整体， 具有一定的韧性， 能够防止 开裂且能弥补 0 2 mm以下 的裂缝。 渗透型硅烷防护剂通过物理憎水机理和化学结 合机理的共同作用， 既能够有效降低混凝土毛细孔的 吸水率， 减少氯离子侵蚀， 阻止混凝土碳化、 钢筋腐蚀 和霉菌生长， 提高混凝土的耐久性； 又不会堵塞混凝 土毛细孔隙而妨碍混凝土内部水分的挥发， 保证了混 凝土的透气性。 2 2 硅烷防护膏体 2 0 世纪 9 0年代， 德国瓦克公司针对硅烷液体在 高处作业时易滴落、 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， 开发出一种膏 体硅烷， 并申请了专利。 硅烷防护膏体主要是以硅烷或硅氧烷为活性成 分， 配合乳化剂、 水及其他助剂制备而成的膏体状混 凝土硅烷防护剂， 其防水原理与渗透型硅烷防护剂的 防水原理一样， 都是通过防护剂内的有效活性成分与 水反应， 生成致密的保护膜而达到防水 目的。硅烷防 护膏体具有以下优点 ： 1 ) 与硅烷液体不同， 硅烷防护膏体本身已经含有 一 定量的水分 ， 产 品喷涂至混凝 土表面时 ， 在破乳作 用下 ， 硅氧烷与水就能自身交联 ， 不需要混凝土提供 额外的水分 ， 这样在干燥的混凝土表面使用时， 就可 防止硅烷活性组分的挥发损失。 2 ) 硅烷膏体的涂覆量可达到 1 m m， 能长时间停 留在混凝土表面， 利于混凝土对其的吸收。硅烷防护 膏体优异的渗透性决定了其还具有较好的耐磨耗、 抗 一 冻融、 耐温差 、 耐酸碱等性能。 3 ) 硅烷防护膏体具有触变性和较好的防流挂性， 可避免普通硅烷施工时的损失问题， 加之其活性成分 含量较高， 在施工时只需要喷涂一遍就可达到要求的 渗透深度， 所以施工方便、 效率较高。 2 3 硅烷浸渍防护剂的技术要求 根据 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 的规定， 硅烷浸渍防护剂的理化性能指 标如表 1 所示。 表 1 硅烷浸渍防护剂的性能指标 项目 指 标 吸水率 ( m m m i n a ) 0 O 1 一 I 混 凝 土 等 级 4 5 3 - 4 “ “ I 混 凝土 等 级 4 5 2 - 3 氯化物吸收量的降低效果， 9 O 3 硅烷浸渍技术对混凝土性能的影响 已有大量文献报道硅烷浸渍技术对混凝 土在各 种环境下的耐久性有积极 的防护作用 ， 本文以 自主研 发的硅烷防护膏体对强度等级为 C 3 5的海工混凝土 的表面处理为例， 详细研究了硅烷防护膏体的浸渍深 度及其对浸渍后混凝土的吸水率、 氯化物吸收量降低 率、 抗碱性等性能的影响， 为硅烷浸渍技术的应用提 供一定的技术支撑 。 3 1 浸渍深度 依据 J T J 2 7 5 -2 0 0 0的规定， 取 3 个混凝土试件 采用硅烷防护膏体进行涂覆， 每一个面( 1 0 0 m m x l 0 0 i ll n ) 的用量为 3 g ， 养护至少 7 d 后， 钻取直径为 5 0 m m、 深度为( 4 0 + 5 ) m m的芯样， 用密封袋封好。试验 时 ， 芯样在 4 O下烘 2 4 h ， 然 后将 芯样沿直 径方 向 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 材 料 研 究 劈开 ， 在劈开表面上喷涂水基短效染料 ， 不吸收染料 的区域为渗透深度。经过测试 ， 硅烷防护膏体的浸渍 深度达到 5 7 m m，超过指标 中浸渍深度应达到 3 4 m m的要求 。 3 2 吸水率 在用硅烷防护膏体处理过的试件中取芯样， 除原 表面外，其余各面包括原表面上小于5 m m的周边， 均涂以无溶剂环氧涂料 ， 全部芯样在 4 0下烘 4 8 h 后称重。在适当的容器底部，放置多根直径 1 0 0 m m 的玻璃棒， 将芯样原表面朝下放在玻璃棒上， 注入 2 3 的水， 使水面在玻璃棒上 1 2 m m， 以 5 、 1 0 、 3 0 、 6 0 、 1 2 0和 1 4 0 m i n的时问间隔 ， 取 出芯样 ， 称重后立 即 放回去 ， 直到完成所有这些间隔时间的测试 。吸水率 平均值的计算是将每一个时间间隔的吸水增量， 折算 为吸水高度 m m) ， 然后以吸水高度为纵坐标， 以该时 间问隔的平方根为横坐标作图 ， 取该关系直线的斜率 ( m m m i n “ ) 为吸水率值。图4 是混凝土的吸水率经 线性拟合所得 的结果。从 图 4可以看出 ， 硅烷防护膏 体浸渍后混凝土的吸水率数值是 0 0 0 4 m m m in ， 满 足指标中规定的不大于0 0 1 m m m i n 的要求，这表 明硅烷 防护膏体对混凝土的吸水率有较好 的降低效 果 。 吕 惶 * 时 间 “ S mi n 图 4 不同处理 方式混凝土表面吸水率曲线 3 - 3 氯化物吸收量 除原表面外， 对芯样其余面用无溶剂环氧涂料涂 覆密封。将芯样原表面朝下放在合适的容器 中， 注入 温度为 2 3的 5 m o l L的 N a C 1 溶液 ， 液面高出试件 底面 1 0 m m， 2 4 h后取 出芯样 ， 在 4 0下烘 2 h 。切 去试件表面 2 mm，以新面为基准面磨到深度为 l 0 mm处取粉 。按现行行业标准 J T J 2 7 0 - - 1 9 9 8 ( 水运工 程混凝土试验规程 的混凝土酸溶性氯化物含量测定 法分析所得粉样的氯化物含量。 在深度为 1 1 2 0 mm 和 2 l 3 0 mm处 ， 重复上述程序。 经过测试 ， 硅烷浸渍 处理后混凝 土的氯化物吸收量降低率平均值为 9 1 2 ， 可 以表 明经过硅烷 防护膏体涂覆后 ， 混凝土 的氯化物吸收量较空白试样有明显降低。硅烷浸渍 技术能起到 良好的防腐蚀作用 ，可被应用于海港工 程 。 3 4 抗碱性 试件完全浸人 1 0 N a O H溶液 中浸泡 2 8 d后 ， 观察混凝土表面， 可以发现涂覆硅烷 防护膏体 的试件 表面无气泡 、 起皮 、 开裂等不 良现象 ， 而未涂覆 的试件 表面有细小裂纹产生。这主要是由于硅烷防护膏体 可以有效阻止碱液的浸入， 防止混凝土内部 p H大幅 度上升， 从而有效地降低混凝土受碱液侵蚀的几率。 4 结 论 在现代工业社会 中， 混凝土结构正面临着严重 的 被腐蚀的危险， 对其开展耐久性研究、 提高其耐久性 已经刻不容缓。硅烷浸渍技术可以明显改善混凝土 的抗腐蚀能力，是最有效、最经济的防护方法之一。 但是 ， 目前 国内还没有明确 的硅烷浸渍技术或材料 的 相关规范标准 ， 建议尽快制定相应的标准， 以使评价 具有统一基础。 参考文献 ： 1 】 李俊毅 论耐用 1 0 0年以上海工混凝土的基本技术条件f J 1 水运工程 ， 2 0 o 2 ( 5 ) ： 4 7 【 2 L o n g A E I n t r o d u c t i o n t o a s e r i e s o f t e c h n i c a l n o t e s o n i n s i t u n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g t e c h n i q u e s J P r o c e e d i n g s o n S t r u c t u r e s a n d B u i l d i n g s ， 1 9 9 3 ： 6 3 - 6 9 【 3 王智 ， 黄煜镔 ， 王绍 东 当前 国外混凝土耐久性问题及其预 防措施综述I J 1 混凝土 ， 2 0 0 0 ( 1 ) ： 5 2 5 7 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 l 1 1 1 l 0 O 0 0 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m