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21 4 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6卷第3期 2 0 1 0年 6月 改性有机硅防水剂对混凝土耐久性的影响 胡延燕， 何廷树， 李家辉 ( 西安建筑科技大学， 陕西 西安7 1 0 0 5 5 ) 摘要： 制备了改性有机硅防水剂。将其涂于混凝土的表面， 对混凝土耐久性的影响进行研究。结果显示： 在混凝土表面均 匀施涂后的混凝土疏水性优异 ， 而且混凝土的质量得到提高； 使混凝土氯离子的渗透系数降低 61 0倍 ， 延长了钢筋混凝土的 寿命 ； 碳化深度大幅度降低。 关键词： 有机硅； 耐久性； 防水剂 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 6 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 8 1 9 3 3 ( 2 0 1 0 0 3 2 1 4 0 3 I n flu e n c e o f d u r a b i l i t y t o mo d i fie d o r g a n o s i l i c o n wa t e r p r o o fin g a g e n t o n c onc r e t e HU Ya n y a n， HE T i n g s h u， L I J i a h u i ( X i a n U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y ， X i a n 7 1 0 0 5 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Mo d i fi e d o r g a n o s i li c o n wa t e r p r o o fi n g a g e n t w a s ma d e I t i s p a i n t e d o n c o n c r e t e s u r f a c e a n d t h e n s t u d i e d t h e i n f l u e n c e o f d u r a b i l i t y o n c o n c r e t e I t i n d i c a t e s i f p a i n t e d o n t h e s u r f a c e o f c o n c r e t e ， i t h a s e x c e l l e n t h y d mp h o b i c i t y a n d C an g r e a tl y i mp r o v e t h e q u a l i ty o f c o n c r e t e ， d e c r e a s e t h e p e n e t r a b i l i t y c o e fl q c i e n t o f c h l o r i d e 61 0 t i me s l o we r t h an t h e o n e w i t h o u t c o a ti n g t o p r o t e c t c o n c r e t e a n d s t e b b a r s ， gre a tl y d e c r e a s e the d e p t h o f c a r b o n i z a t i o n Ke y wo r d s o r g a n o s i l i c o n； d u r a b i l i ty； wa t e r p r o o fi n g 0 前言 随着 国民经济的不断发展 ， 混凝土的应用越来 越广泛， 混凝土的耐久陛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。烷基烷 氧 基硅烷有机硅防水剂是近年发展 比较迅速的新型有 机硅防水剂 J ， 这种 防水剂具有两极构造 的结构特 性， 不仅能够提高表面混凝土的抗渗性， 而且对混凝 土的耐久性也有所提高 。 本文通过对有机硅改性合成一种改性有机硅防 水剂 ， 通过对混凝土表面进行喷涂处理 ， 在混凝土表 面形成斥水膜层 ， 不仅提高了混凝土的抗渗性 ， 而且 提高了混凝土的抗碳化性能 ， 降低了氯离子在混凝 土中的渗透性等耐久性 ， 可以提高混凝土的耐久性。 1 改性有机硅防水剂 1 1 改性有机硅防水剂的作用 利用改性有机硅防水剂 ， 对混凝 土表面进行喷 收稿 日期 ： 2 0 0 8 1 2 - 2 9 作者简介： 胡延燕( 1 9 8 0一 ) ， 女， 山东阳信人， 助教， 研究生， 研究方 向 ： 高性能混凝土。 基金项 目： 西安建筑科技大学青年科技基金 ( Q N 0 7 3 7 ) Ema i l ： h u l h b 1 2 6 c o n 涂处理。这类有机硅化合物由于带有反应活性基的 硅氧烷 ， 不但能通过活性基团的相互作用形成均匀 致密的硅氧烷憎水膜 ( 图 1 ) ， 还能与硅酸盐基材中 的羟基反应形成末端带有一s i R 基 的硅氧烷链 ， 这是一种非极性基 ， 有着很强的斥水性。这种斥水 性硅氧烷膜具有很低 的表面张力 ， 能均匀地分布在 多孔的硅酸盐基材微孔孔壁上 ， 而不是封 闭其毛细 管通道 ， 使基材表面的水成为小水珠， 无法渗入到基 材内部 。这样 ， 经有机硅防水剂处理过 的基材就具 有 良好的斥水效应 ， 有效地阻止水分 的侵入 。又由 于它没有封闭基材毛细管通道 ， 不妨碍水气 由里向 外扩散 ， 使得基材具有 良好的透气性 。 O IH o H O H O H o I 6 6 O H s i R + 7 ， ， ， 17 7 杠 7 7 6 H 一 r 0 i o i 一 一 s iq i 。o i 一 图 1 有机硅防水剂在混凝土基材表面的保护结构 F i g 1 Th e pr o t e c t i n g t e x t u r e o f mo d i fie d o r g a n o s i l i c o n wa t e r p r o o fi n g a g e n t o n t h e s u r f a c e o f c o n c r e t e 1 2试验用原材料及配合 比 1 2 1 原材料 水泥 ： 陕西秦岭牌 P 0 3 2 5 R； 卵石 ： 粒径为 52 0 m m( 西安灞河 ) ； 胡延燕 ， 等： 改性有机硅防水剂对混凝土耐久性的影响 2 1 5 砂 ： 中砂 ， 细度模数为 2 6 2 9 ( 西安灞河) ； 改性有机硅防水剂(自制 ) ； 水 ： 饮用 自来水 。 1 2 2配合 比 试验参考标准为 J C 4 7 41 9 9 9 。 混凝土 的配合 比： 水 泥 ： 3 1 0 k g m ； 砂 子 ： 6 7 5 k g m 。 ； 石子： 1 2 4 6 k g m ； 水灰比： 0 5 2 。 2 试验结果与分析 2 1 改性有机硅防水剂对混凝土表面渗透性及疏 水性的影响 混凝土属于亲水性材料 ， 水滴滴在混凝土表面 会很快铺展开来 ， 即润湿边角小于 9 O 。 。将 1 ： 4 的改 性有机硅涂料在混凝土表 面施 涂两道 ， 用量 约 2 0 0 g m ， 用染色法测定其渗透深度( 施涂后 2 4 h后测 定) 为3 4 m m， 用 T L X Y I I 型涂料耐洗刷测定仪对 混凝土表面洗刷 2 0 0 0次后， 在其表面所滴水珠呈 “ 似球状 ” ， 保持 7 d无变化 ( 即润湿边角始终 9 O 。 ) ， 如图 2所示。 圈圆圈 图2 施涂改性有机硅涂料混凝土试件洗刷 2 0 0 0次 前后的水珠效应 F i g 2 T he g l o b u l e e ffe c t o f t h e c o n c r e t e s p e c i m e n s wh i c h we r e c o a t e d mo d i fi ed o r g a no s i l i c o n co a t i ng a nd was he d 20 0 0 time s 以上说 明， 所研制的改性有机硅涂料在混凝土 表面的渗透性 、 粘附性、 疏水性优异 ， 可以长久、 有效 阻断水及有害介质对混凝土的侵蚀， 提高耐久性。 2 2 改性有机硅防水剂对混凝土抗氯离子渗透能 力的影响 氯盐腐蚀是沿海 昆 凝土建筑物和公路腐蚀破坏 最主要 的因素之一 。氯盐既有可能来 自外部水 、 海 风 、 海雾 、 化冰盐 ， 也有可能来 自于建筑过程中使用 的海砂 、 早强剂、 防冻剂等。氯离子进入到混凝土内 部 ， 会与其中的氢氧化钙、 水化铝酸钙等起反应 ， 生 成易溶的氯化钙和带有大量结晶水、 比反应物体积 大几倍的固相化合物， 造成混凝土的膨胀破坏。 水和土体等环境介质中的氯离子侵入混凝土 中， 通过保护层到达钢筋表面并逐步富集到一定浓 度， 将破坏钢筋表面的钝化膜而产生电化学锈蚀。 本文采用 N E L P D R型混凝土渗透性电测仪， 测 定 了涂与不涂改性有机硅涂料试件的氯离子的渗透 系数 ， 氯离子渗透系数见表 1 。 表 1 混凝土试件氯离子的渗透系数【 5 6 d ) T a b l e 1 Th e p e n e t r a b i l i t y c o e ff o f c h l o r i d e o n c o n c r e t e ( 5 6 d ) 表 1 数据说 明， 在混凝 土表面均匀施涂两道改 性有机硅防水涂料 ， 可 以使混凝土氯离子的渗透系 数降低 6 1 0倍， 从而大大延长钢筋表面钝化膜因 氯离子的侵入而破坏的时间， 显著提高钢筋混凝土 结构 的耐久性 。 2 3 改性有机硅防水剂对混凝土抗碳化能力的影 响 混凝土的碳化是指混凝土中水泥的空气中的二 氧化碳与水化产物氢氧化钙、 水化铝 酸钙发生化学 反应生成碳酸钙的过程。这将导致混凝土中碱度降 低和混凝土本身的粉化。混凝土的碳化受多种因素 影响 ： 混凝 土的材料、 配 比、 环境条件如温度、 湿度、 二氧化碳浓度等 。 将研制的改性有机硅涂料均匀施涂于制作的混 凝土试块表面 ， 在 s J - 2型标准碳化箱 内进行碳化试 验 ， 碳化 的试验结果如 图 3所示。图中“ J ” 为未施 涂涂料混凝土试件的碳化深度， 其碳化 2 8 d已达 1 c m以上 ； “ T ” 为施涂有机硅涂料混凝土试件 的碳化 深度， 其碳化深度随涂料与稀释水的比例增加而增 大 ， 碳化 2 8 d时仅为 2 7 3 8 m i i 1 。 图 3 碳化深度与时间的关系 Fi g 3 Th e r e l a t i o n s h i p o f c a r b o n i z a ti o n d e p t h an d a g e 图 3说 明， 在混凝 土表面均匀施涂一层疏水型 改性有机硅涂料 ， 可 以大幅度降低碳化深度 ， 即延缓 混凝土中钢筋锈蚀的时间， 提高结构 的耐久性。 3 结语 ( 1 ) 改性有机硅防水剂疏水性优异， 渗透性 良 好。 ( 2 ) 施涂改性有机硅 防水剂的混凝土的抗氯离 子渗透系数比未施涂的降低 6 1 0 倍。 2 l 6 四川建筑科学研究 第 3 6卷 ( 3 ) 施涂改性有机硅防水剂的混凝土的 2 8 d标 准碳化深度 比未施涂的减少 89 n l n 。 及应用 ， 1 9 9 9， 1 3 ( 4 ) ： 2 3 - 2 4 4 E r n s t K， T e a n F M e t h o d a n d s i l ane s a n d o r s il o x ane f o r w a t e r - 综上所述 ， 在混凝土表 面均匀施涂两道改性有 机硅防水剂 ， 不仅可改善混凝土表面质量 ， 同时也能 5 2 大幅度提高 昆 凝土耐久性， 延长混凝土及钢筋混凝 土结构的寿命 。 参 考 文 献 ： 1 2 3 S o m m e r H 冯乃谦， 等译 高性能混凝土的耐久性 M 北京： 科学出版社 ， 1 9 9 8 ： 2 - 4 刘 晓娟 ， 等 有 机硅 防水处理技术及其在混 凝土结构 中的应 用 J 综述与论坛， 2 0 0 4 ， ( 1 0 ) ： 4 1 O 肖 燕平， 聂昌颉 有机硅防水剂的制备及应用 J 有机硅材料 6 7 p r o o fin g mi n e r a l ma t e r i als tr u c tur e s ， e s p e c i a ll y e o n e r e t e s t rn e t u ms ， a n d ri s e o f t h e m e t h o d PC T I n t A p p l ： W 0 9 5 2 5 7 0 6 6 1 9 9 5 W e i s s e n b a c h K， S t a n d k e B A n t i g r a f fi t i a n d e a s y t o c l e a n p r o p e r - t i e s o n p o r o u s mi n e r a l s s u rfa c e s a r e a c h i e v e d b y u s i n g wa t e r b o rn e l l u o ma l k y l s i l a n e s y s t e ms 3 r d I n t e rna t i o n a l Co n f e r e n c e o n S u rf a c e T e c h n o l o g y wi t h W a t e r Re p e l l e n t Ag e n t s ， Ae d i fi c a t i o P u b H s h e ， 2 0 0 1 ， ( 2 )： 5 7 -2 6 4 Ta e s o o n P a r k Ap p l i e a t i o n o f c o n s t r u c tio n a n d b u i l d i n g d e b ris a s b a s e a n d s u b b a s e m a t e ri a l s i n ri g i d p a v e m e n t J J o u rn al o f T r a n s po r t a fi o n En g i n e e rin g S e p Oe t 2 0 0 3 Vo 1 1 2 9，P g 5 5 8 黄洁， 李周波， 张松 混凝土结构的耐久性措施 J 腐蚀 与防护 ， 2 0 0 5 ， 3 ( 3 )： 2 1 2 9 - 2 1 3 2 ( 上接 第 2 1 3页) 根据以上计算分析结果可以发现， A C I 规范公 式和C S A规范公式最为稳健， 而舒传谦公式略偏于 不安全； S i a o公式计算结果与试验结果较为吻合。 从设计的角度来讲， A C I 规范公式和 C S A规范公式 安全 陛较高 ， 而 S i a o公式 比较适用于该类构件 的数 值分析。但是需要注意， 由于公式中各强度项均为 圆柱体抗压强度， 用于我国的分析设计时， 尚需转化 为立方体抗压强度 。 3 结论 本文对国外高强混凝土柱与普通混凝土板角节 点核心混凝土表现强度计算公式进行了综述与对比 分析， 初步了解了这些公式的安全水准， 可供设计该 类结构时参考。 参 考 文 献 ： 1 程懋婪高强混凝土柱的梁柱节点处理方法 J 建筑结构， 2 3 4 5 6 7 8 9 2 0 0 1 ， 3 1 ( 5 ) ： 3 - 5 ， 1 8 Bi a n c h i n i A C， Wo o d s R E， Ke s l e r C EE ffe c t o fflo o r c o n c r e t e s t r e n g t h O n c o l u m n s t r e n g t h J A C I J o u r n a l ， 1 9 6 0 ， 3 1 ( u) Ka y a n i L o a d t r a n s f e r f r o m h i g h s t r e n gth c o n c r e t e c o l u mn s t h reug h l o w e r s t r e n g t h c o n c re t e s l a b s D P h D t h e s i s ， U n i v e r s i t y o f m i o n s a Ur b a n a Ch a mp a i g n， 1 9 9 2 S i a o W B Re i n f o r c e d C o n c ret e c o l u mn s t r e n gth t b e a m s l a b a n d c o l u m n i n t e rs e c t i o n J A C I S t r u c t u r a l J o u rn a l ， 1 9 6 0 ， 6 5 ( 1 ) 舒传谦 多层建 筑不等 强度混凝 土轴心受 压柱承 载能力计 算 J 建筑结构， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 1 ) ： 3 - 7 L e e S C Me n d i s P Be h a v i o r o f h i【g h s t r e n gth c o n c r e t e c o rne r c o l u m n s i n t e rse c t e d b y w e a k e r s l abs w i th d iff e ren t t h i c k n e s s J A C I S tr u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 4 ， 1 0 1 ( 1 ) ACI c o mmi t t e e 3 1 88 9： B u i l d i n g Cod e Re q u i r e me n t s for S t r u c t u r - a l C o n c re t e and C o m m e n t a r y 【 S A m e ri c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ， Mi c h， 1 9 8 9 AC I c o mmi e e 31 80 2： Bu i l d i n g Cod e Re q u i r e me n t s for S t rnc tur - a l C o n c re t e and C o m m e n t a r y S A m e ri c a n C o n c re t e I n s t itu t e ， Mi c h ， 2 0 0 2 C S A A 2 3 39 4 D e s i gn o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s S C ana d i a n S t anda r d s As s o c i a t i o n， Re x d ale， Ca n a d a， 1 9 9 4