硅烷浸渍机场道面混凝土性能试验研究.pdf

2 0 1 2年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅 助物料 M ATE RI AI ， AND ADM I NI CI E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 7 0 2 2 硅烷浸渍机场道面混凝土性能试验研究 徐桑振 。迟维胜 ，刘庆涛 ，林可心 ( 1 空军工程大学 工程学院 机场建筑工程系，陕西 西安 7 1 0 0 3 8 ； 2 中国人民解放军 9 4 7 5 0 部队， 福建 连城 3 6 6 2 0 0 ) 摘要： 在北方寒冷地区， 机场道面混凝土冻害是道面混凝土过早破坏的最主要原因之一， 严重影响了机场的长期使用和安全运行， 是 机场建设工程中亟待解决的重要问题之一。 通过对普通混凝土和引气混凝土进行吸水率试验、 硅烷浸渍深度试验、 抗氯离子渗透试验、 抗水 渗透试验以及抗冻试验， 探讨了硅烷提高机场道面混凝土性能的机理。 试验结果表明： 涂覆硅烷的机场道面混凝土， 硅烷浸渍深度均大于 3 m m， 混凝土吸水率显著降低； 抗氯离子渗透性能和抗水渗透性能明显提高； 涂覆硅烷后机场道面混凝土的抗冻性能提高了 3 3 。 关键词 ： 硅烷浸渍 ；机场道 面；混凝土 ；耐久性 ；抗 冻性 中图分类号 ： T U5 2 8 3 7 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 6 7 0 4 Exp er i men t al s t udy on pe r f or man c e o f ai r por t pa v emen t c onc r e t e i mpr egn a t e d wi t h s i l a ne XUS a n g - z h e n1 ,2 ， C HI We i S h e n g , L I UQi n g - ta o 1 ， L I NKe - x i n ( 1 D e p a r t me n t o f A i r f i e l da n dB u i l d i n gE n g i n e e r i n g ， Ai r F o r c e E n g i n e e ri n g Un i v e r s i t yE n g i n e e r i n gI n s t it u t e ， Xi a l l 7 1 0 0 3 8 ， C h i n a ； 2 T h eP L A 9 4 7 5 0Un i t ， L i a n c h e n g 3 6 6 2 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n t h e c o l d n o r t h e rn r e g i o n s ， a i r po r t p a v e me n t c o n c r e t e f r o s t d a m a g e i s o n e o f th e mo s t i mp o r t a n t r e a s o n f o r pa v e m e n t c o n c r e t e p r e m a t u r ed e s t r u c t i o n， s e rio u s l ya ffe c t sthea i r p o r t S l o n g - t e r m u s ean d s a f eo p e r a t i o n， an di so neo f thei mp o r t an t i s s u e st obe s o l v e di nt h ea i rp o rt c o n s t r u e t i o n p r o j e c t I n thi s p a p e r ， the wa t e r a b s o rpt i o n t e s t o f o r d i n a r y c o n c r e t e and air - e n t r a i n e d c o n c r e t e ， s i l ane i mp r e g n a t i o n d e p th t e s t ， r e s i s t a n c e t o c h l o rid e i o n pe n e tra t i o n t e s t ， r e s i s t a n c e t o wa t e r p e ne t r a t i o n t e s t a n d the f r os t t e s t o fo r d i n a r y c o n c r e t e an d a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e a r e m a d e ， a nd e x p l o r e s t he me c h a ni s m o f t h e s i l a n e t o i mp r o v e t h e p e rfo r man c e o f a i rp o rt p a v e me n t c o n c r e t e Th e r e s ul t s s h o w tha t ： a i rpo rt p a ve me n t c o n c r e t e c o a t e d wi t h s i l ane ， the i mp r e gn a t i o n d e p th i s mo r e tha n3 mm， the wa t e r a b s o rpt i o nwa s s i gn i fi c ant l y r e d u c e d ， andi mp e r me a b i l i ty r e s i s t an c e t o c h l o ri d e i o n p e n e - t r a t i o n p e rfo rm an c e an d h y d r o s t a t i c p r e s s u r e s i gn i fic a n t l y i n c r e as e d； a i rp o rt p a v e me n t c o n c r e t e c o a t e d wi th s i l an e fro s t r e s i s t a n c e i n c r e a s e d 3 3 K e y w o r d s ： s i l a n e i mp r e gn a t i o n ； air p o rtp a v e me n t ； c o n c r e t e ； d u r a b i l i ty； r e s i s t a n c e o f f r e e z e 0 引 言 随着社会的发展， 我国各类机场建设进入了一个陕速发展的 时期。 但是由于环境的影响， 机场道面混凝土相当一部分板块边部 表层出现混凝土开裂、 酥松、 剥落的破坏， 因此机场道面的耐久性 受到了广泛的关注。 道面混凝土破坏造成的经济损失已逐年增大， 而混凝土结构破坏主要是其服役所在环境中温度、 水和其他有害物 质侵蚀所致【 1 1 。 水是造成混凝土破坏的主因和载体， 可导致直接的 物理变化， 如霜冻及解冻而产生的张力， 也是传递腐蚀性物质如氯 离子、 酸I生 气体等有害物质的载体 。 在混凝土表面进行涂抹防 水保护层是隔绝水与混凝土接触的有效措施。 近几年来， 硅烷等有 机硅产品被认为是有效的混凝土防水涂层材料， 广泛应用于道路、 桥梁、 隧道、 水工、 海工等工程中 。 硅烷浸渍技术在机场工程领域 的研究应用较少， 缺乏相关试验研究。 因此， 笔者对机场道面普通 混凝土、 引气混凝土涂覆硅烷后的吸水率、 浸渍深度、 抗渗、 抗冻等 性能进行了系统研究， M= 3 _ 3 ， 属粗砂 ， 含泥量为 1 0 。 ( 2 ) 粗骨料 ： 石子粒径分大小两个级配 ， 大石表观密度 2 6 1 0 k g m3 ， 小石表观密度 2 7 3 0 k g m3 ， 石子压碎值 7 = 8 。 ( 3 ) 外加剂： 减水剂采用北京科宁 A D D A S高效减水剂。 引 气剂采用三萜皂苷 。 ( 4 ) 硅烷 ： 思康 S P 2 0 5硅烷浸渍剂。 1 2试验 配合 比 本试验采用两种配合比， 分别为普通混凝土( P) 和引气混 凝土( Y) ， 每种试验方法分别配制 6组标准试件 ， 每组 3个 ， 共 9 0 个试件。配合比见表 I 。 表 1 混凝土配合比 编号 水灰比 水泥 水 引气剂 减水剂砂 石砂率 含气量 k g k g o k g 、 k g P 0 4 5 3 2 5 1 4 6 25 一 一 6 1 4 8 1 3 0 6 3 2 一 Y 0 4 2 3 2 0 1 3 4 O 0 1 5 0_ 3 6 2 7 0 l 3 3 3 3 2 3 。 1 3 硅 烷使 用方 法 1 混凝 土试件 的制备 1 1 试验原料参数 ( 1 ) 细骨料 ： 西安灞河砂 ， 密度 p = 2 6 2 g c m3 ， 细度模数为 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 1 1 2 混凝土试件在养护室进行标准养护 2 8 d ， 取出试样放至面 干后， 对需涂覆硅烷浸渍剂的试件表面用砂布打磨刷新， 清除 不利于硅烷浸渍的灰尘、 油污等有害物与污染物 ， 并将打磨面 洗净、 晾干。 在混凝土试件上均匀涂抹硅烷浸渍剂， 每遍使用量 6 7 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 凝土试件电通量最低， 其抗氯离子渗透性效果更好。 试验结果说 明， 硅烷确实能对混凝土起到保护作用， 能有效阻止水分和氯 离子等有害物质进入混凝土内部。 2 4 抗水渗透试验结果与分析 为了有效的说明表面涂抹硅烷对于混凝土防水渗透的有 效性， 采用逐级加压法进行试验来评价硅烷浸渍混凝土的抗渗 性。 试件按照 G B f r 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法标准 进行试验。 抗渗试验的结果如表 6 所示。 表 6 普通混凝土与引气混凝土抗渗试验结果 1 T i m 类别 从表 6可以看出： 在相同试验条件下， 普通混凝土、 引气混 凝土表面涂抹硅烷试件的渗透深度和不涂抹硅烷的试件均有 不同程度的减小 ， 其中P 2 、 Y 2 、 P 1 、 Y1 相对于空白试件P 0 、 Y 0 渗 透深度降低幅度分别为 3 1 9 、 2 9 3 ， 1 6 7 1 1 7 。 说明硅烷 浸渍在本试验条件下， 硅烷浸渍能够提高混凝土的抗渗性能。 2 5 抗 冻试验结果与分析 本试验依据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐 久性能试验方法标准 ， 采用快冻法进行冻融循环试验。 试件尺 寸为 1 0 0 m mx l 0 0 m mx 4 0 0 mm， 标准条件下养护。 2 5 1 普通混凝 土 普通混凝土试验结果如表 7 、 8 所示。 表 7 普通 混凝土冻融循环后试件质量变化情况 表 8 普通 混凝土冻融循环后试 件相对 动弹模量变化 根据表 7 、 8 ， 分别绘制了普通混凝土冻融循环后试件质量 和相对动弹性模量变化的曲线图， 如图 4 、 5 所示。 通过表 7 、 8可 以看 出 ， 经过 混凝土经过 1 5 0次冻融循环 后 ， 试 件 P 1 、 P 2的抗 等级为 F I O 0 ， 对比试件 P 0的抗冻等级为 F 7 5 。 试验结果说明， 使用硅烷浸渍处理混凝土表面可以提高其抗冻性能， 提高幅度 为 3 3 。 由图 4 、 5可以看出， 在进行 7 5次冻融循环后 ， 混凝土 试件质量变化和相对动弹模量开始出现分化， 其原因可能是在 前 7 5次冻融循环过程中， 冻融过程中产生的压力超过了硅烷 憎水层的表面张力， 硅烷浸渍对阻止水分进入混凝土内部所起 到的作用有限。 在 7 5次循环后 ， 对比试件 P O表面裂缝开始扩 展， 加剧了水分进入混凝土的内部， 导致混凝土的剥落。 而使用 硅烷浸渍的混凝土试件， 由于硅烷产生化学反应 ， 生成羟基团。 这些羟基团将与基材及其本身产生交联、 堆积， 结合在毛细孔 的内壁 ， 形成牢固的有机硅网络保护层 ， 在一定程度上限制了混 凝土裂缝的产生， 从而对提高混凝土的抗冻性起到了一定作用。 冻融次数 0 2 5 5 0 7 5 1 0 0 1 2 5 冻融次数 图 5 普通混凝土冻融循环后试件相对动弹模量变化 2 5 2 引气道面混凝 土 引气混凝土试验结果如表 9 、 1 0所示。 表9 引气混凝土冻融循环后质量变化情况 表 1 O 引气混凝土冻融循环后试件相对动弹模量变化情况 根据表 9 、 1 0 ， 绘制了引气混凝土冻融循环后试件质量和相 对动弹性模量变化的曲线图， 如图 6 、 7所示。 通过图 6可以看 出， 经过 2 5 0冻融循环后， 3 种表面涂有不同浓度硅烷混凝土试 件的质量变化都经历了一个先升后降的过程 ， 所以在冻融初始 阶段混凝土试件的质量会略微增加。 这是因为混凝土试件经过 冻融损伤后 ， 产生了细小裂缝 ， 水分由这些裂缝进入混凝土内 部， 导致混凝土质量增加。 由表 8可以看出， 经过硅烷浸渍的混 凝土试件 Y 2 、 Y1 抗冻等级均为 F 2 2 5 ， 比空白试件 Y 0 抗冻等级 增加 2 5次， 说明硅烷浸渍对提高引气混凝土的抗冻性起到了积 极作用。 3结 论 ( 1 ) 涂覆硅烷的机场道面混凝土， 硅烷浸渍深度均大于 3 m m， 混凝土吸水率显著降低， 满足规范要求， 硅烷浸渍能够 有效提高混凝土的防水性能。 ( 2 ) 氯离子渗透试验和静水压力渗透试验均表明 ， 涂覆硅 烷能够提高机场道面混凝土的抗渗性能。 ( 3 ) 涂覆硅烷后机场道面混凝土的抗冻性有明显提高 ， 提 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 冻 融次数 图 6 引气混凝土冻融循环后试件质量变化 1 0 0 9 5 9 0 皿 吲 8 5 需 80 7 5 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 冻融次数 图 7 引气 混凝土动弹模量变化 高了 3 3 以上 。 ( 4 ) 硅烷浸渍能够提高混凝土的抗渗性能和抗冻性能， 当 实际应用在寒冷地区机场道面混凝土时， 要根据现场条件的差 异， 做好室外试验， 合理选择硅烷浸渍材料。 参考文献 【 1 孙学志， 陈海虎， 戴立成 影响 中国 上接第 5 9页 参考文献 ： 1 S HI J i a n g u a n g ， XU Y u e z h o u E s t i m a t i o n a n d f o r e c a s t i n g o f c o n c r e t e d e b ri s a m o u n t i n C h i n a J Re s o u r c e s ， C o n s e r v a t i o n a n d R e c y c l i n g ， 2 0 0 6 ， 4 9 ( 2 ) ： 1 4 7 2 2 王子明， 黄显智， 裴学东 混凝土材料完全循环利用的探讨 建筑材 料学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 2 ) ： 2 0 5 2 1 0 3 】水中和， 玄东兴 ， 曹蓓蓓 热一 机械力分离制备高品质再生骨料的研 究 J 】 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 6 0 6 2 4 】王程 ， 施惠生 废弃混凝土再生利用技术的研究进展f J 1 材料导报 ， 2 0 1 0 ， 2 4 ( 1 ) ： 1 2 0 1 2 4 【 5 h t t p ： ww w a s k c i c o m n e w s 2 0 1 2 0 1 3 1 9 2 3 3 8 _ 0 5 s h t m l O L 6 】万朝均， 等 废弃混凝土代替天然石灰石煅烧水泥熟料试验f J 1 重庆 大学学报， 2 0 0 8 ， 3 1 ( 9 ) ： 1 0 1 2 1 0 1 7 【 7 】万惠文， 钟祥凰， 水中和 利用废弃 外建材科技， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 - 1 1 J 】 国 【 8 C H AN G C h e n g - f e n g Me t h o d f o r r e c y c l i n g c o n c r e t e w a s t e ： U n i t e d S t a t e s ， 7 2 5 8 7 3 7 I P 2 0 0 7 - 0 8 - 2 1 h t t p ： w w w 9 王善拔用回收混凝土组分作波特兰水泥生料组分叨 水泥， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 4 4 1 0 】 孟姗姗， 陶珍东， 吴波， 等废弃混凝土中基质胶凝组分作原料煅烧 水泥熟料的研究【 J J 水泥工程， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 1 - 5 【 l 1 】 单建明， 王培铭 废砂浆配料煅烧水泥熟料的研究【 J 】 建筑材料学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 5 ) ： 5 7 0 5 7 5 【 l 2 】 王晓波 建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究【 D 】 山东 ： 济南大学 ， 7 0 水运 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 2 1 3 2 1 4 【 2 P R E Z Z I M， G E Y S K E NS P H， MO N T E I R O P J M R e l i a b i l i t y a p p r o a c h t o s e r v i c e l i f e p r e d i c t i o n o f c o n c r e t e e x p o s e d t o ma r i n e e n v i ron me n t s 叨 A C I Ma t e r i a l J o u r n al， T e c h n i c al p a p e r ， 1 9 9 6 ， 9 3 ( 6 ) ： 5 4 4 - 5 5 2 【 3 】 朱淮军 硅烷浸渍技术在高性能混凝土中的防腐保护效果 J 】 混凝 土 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 1 2 6 1 2 8 【 4 熊建波， 王胜年 圭 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 5 5 朱岩， 陈雨， 甘万强 有机硅烷浸渍高性能海工混凝土防腐蚀性能的 研究 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 7 7 8 0 6 6 廉慧珍， 陈恩义 原材料和配合比对高强与高性能混凝土性能的影 响 J 】 _混凝土， 2 0 0 1 ( 7 ) ： 2 2 3 0 7 】S H AH S P ， WA NG K Mi c r o s t r u c t u r e ， mi c r o c r a c k i n g ， p e r m e a b i l i t y ， a n d m i x d e s i g n c ri t e ri a o f c o n c r e t e C y P roc 5 t h I n t C o n f o n S t u r c u t r e F a i l u r e ， Du r ab i l i t y a n d Re t r o fi t t i n g， 1 9 9 7： 2 6 0 - 2 7 2 8 】刘志国 混凝土二氯甲烷渗透系数与直流电量相关性研究【 D 】 哈尔 滨： 哈尔滨工业大学， 2 0 0 2 ： 1 - 6 9 】冯乃谦 ， 邢锋 高性能混凝土的氯离子渗透性和导电量 J 1 混凝土 ， 2 0 0 1 ( 1 1 ) ： 3 - 7 【 1 0 T A T 1 ER R S A L L G H， B A NF i l P F G T h e r h e o l o g y o f f r e s h c o n c r e t e lM P i t ma n Bo o k s L t d。 2 0 0 3： 5 6 6 0 作者简介： 徐桑振( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士生， 助理工程师。 联系地址： 西安市空军工程大学工程学院研究生 1 2 队( 7 1 0 0 3 8 ) 联系电话 ： 1 8 6 8 1 8 1 7 9 3 7 2 0l 1 【 1 3 F UMI NO R I T T o w a r d s c o mp l e t e l y r e c y c l abl e c o n c r e t e - D e v e l o p m e n t o f e c o c o n c r e t e J C e m e n t C o n c r e t e 1 9 9 5 ( 5 7 8 ) ： 1 - 8 1 4 A I H o n g - me i ， WEI J i n g ， B A I J u n - y i n g ， e t a1P r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c e me n t p r o d u c e d f r o m w a s t e c o n c r e t e J Ad v a n c e d Ma t e ri a l s R e s e a r c h ， 2 0 1 1 ( 1 9 4 1 9 6 ) ： 1 1 7 0 1 1 7 5 【 1 5 A I H o n g- m e i ， WE I J i n g ， B A I J u n- y i n g ， e t a 1 Ut i l i z a t i o n o f g r o u n d gra n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s e e d - c r y s t a l i n e c o - e e m e n t J A d v a n c e d Ma - t e r i a l s R e s e a r c h ， 2 0 1 1 ( 2 5 0 2 5 3 ) ： 8 7 0 8 7 4 1 6 S N 戈什 ， 著 水泥技术进展【 M 】 杨南如， 等译校 北京： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 8 6 1 7 】 沙建奇 混凝土水泥机械力化学生成研究【 D 大连 ： 大连理工大学， 2 o o8 【 1 8 】 王尉和， 刘开平， 赵鹏 高温煅烧制作石英纳米粉体的研究 J 】 应用化 工 ， 2 0 0 7， 3 6 ( 7 ) ： 6 3 6 6 3 7 1 9 蒋永惠， 袁小林， 胡静， 等 提高砂岩配料生料易烧性的研究 J 】 水泥， 2 0 0 O ( 6 ) ： 1 - 4 【 2 O 】 王海霞， 倪文， 姜涛， 等 房山砂质煤矸石热活化的影响因素分析 化工学报， 2 0 1 1 ， 6 2 ( 6 ) ： 1 7 3 6 1 7 4 1 作者简 介 联 系地址 ： 联 系电话 ： 艾红梅( 1 9 7 4 一 ) ， 女， 博士 ， 讲师， 主要从事新型建筑材料 研究 。 辽宁省大连市甘井子区凌工路 2 号( 1 1 6 0 0 2 4 ) 0 4l 1 8 4 7 0 71 7 1 2 O 矗 m 、 嘟瞧_+ 嘿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m