硅烷膏体浸渍混凝土表面性能研究.pdf

2 0 1 1 年 第 6 期 l总 第 2 6 0 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 0) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅 助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 6 0 3 0 硅烷膏体浸渍混凝土表面性能研究 马虎 1 , 2 ,3 y马爱斌 ，刘冠国 1 , 2 , 3 ，明静。 - 一 ，谷昌字 1 ,2 , 3 ( 1 河海大学 力学与材料学院 ，江苏 南京 2 1 0 0 9 8 ；2 江苏省交通科学研究院股份有 限公司 ，江苏 南京 2 1 1 1 1 2 ； 3 长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室 ，江苏 南京 2 1 1 1 1 2 ) 摘要： 为提升混凝土结构耐久性能 ， 在特定环境下必须采用有效 地防腐蚀 附加措 施。 其中硅烷浸渍技术作 为提高混凝 土耐 久性 方法 之一 ， 其应用 日益， 泛 。 本研究针对硅烷膏体浸渍对混凝 土防水 防蚀等方面保护作用 ， 系统研究 了硅烷 膏体浸渍普通 混凝 土和海工混凝 土后浸渍深度 、 吸水率 、 氯化物吸收量降低率 、 抗碱性 能等方面性能 。 结 果表明： 硅烷膏体浸渍后形成一定厚度保 护膜 ， 有效地降低混凝土 的吸水率和吸收氯化物能 力， 且涂覆硅烷膏体后混凝土抗碱性能也得 到切实的提高。 关键词 ： 混凝土 ；硅烷膏体 ；耐久性 ；防护效果 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 9 7 0 3 Re s e ac h o f c onc r e t e pe r f or man c e i mpr e gna t e d by s i l a ne cr ea m MA Hu 一， M A Ai - b i n ， L见 r Gu a n- g u o 一， M I NG J i n g。 ， GU Ch a n g - y u _ ( 1 C o l l e g e o f Me c h a n i c s a n dMa t e ri a l s ， Ho h a i Un i v e r s i t y ， Na n j i n g2 1 0 0 9 8 ， C h i n a ； 2 J i n g s uT r ans p o r t a t i o nR e s e a r c hI n s t i tu t e C o ， L t d ， Na n j i n g 2 1 1 1 1 2 ， C h i n a ； 3 Ke y L a b o r a t o r y o f L a r g e - s p a n B r i d g e He a l th I n s p e c t i o n a n d Di a g n o s i s T e c h n o l o g y Mi n i s t ry o f C o mmu n i c a t i o n s ， Na n j i n g 2 1 l 1 1 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： F o r pr o mo t i n g t h e d u rab i l it y o f c o nc r e t e s t r u c t u r e ， a d o p t s o m e a v a i l a b l e an t i s e p s i s me s s u r e a d d i t i o n a 1 Th e r e int o， a s o n e of t h e me t h o d s t o p r o m o t e t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e ， t h e a p p l i c a t i o n o f s i l a n e i mp r e g n a t e t e c t n i c a r e i n c r e a s i n g l y wi d e Ai mi n g a t t h e p r o t e c t f u n c t i o n t o c o n c r e t e a t wa t e r p r o o f a nd a n t i s e p s i s b y s i l a n e c r e a m i mp r e g n a t i n g， we i n v e s t i g a t e d t h e c a p a bi l i t y o f t h e o r d i n a r i l y c o n c r e t e a n d ma r i n e c o n c r e t e a t d e e p i n g d e p t h， wa t e r u p t a k e ， t h e a bs o r p t i o n v a l u e r e d u c e r a t e o f c hl o r i d a n d a l s o a l k a l i r e s i s t a n c e T he r e s u l t s h o we d t h a t t he c o n c r e f o r me d a t h i c k n e s s p r o t e c t i o n fil m b y s i l a n e c r e a m i mp r e g n a t i n g， t h e fil m c o u l d r e d u c e t h e wa t e rp r o of a nd c h l o r i d a b s o rp t i o n v a l u e o f c o n c r e t e a n d i t i m p r o v e d t h e a l k a l i r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e Key w or d s： c o n c r e t e； s i l a n e c rea m ； d ur a b i l i t y； pr o t e c t i o n e f f e c t 0 引言 近年来， 随着各大桥梁、 海港工程、 水运工程等建成完工 ， 工程后期维护成 为核心 问题 之一。 由于此类工程庞大 ， 后期修 复维护较为闲难， 因此如何提高混凝土结构的耐久性 、 安全性 与使用年限一直是人们的研究热点 l- 1 。 水 、 氯离子 、 氧气 、 二氧化碳等侵蚀是混凝土结构耐久性降 低的主要因素 。 混凝土的碳化 、 冻融破坏 、 硫酸盐侵蚀 、 混凝土 中钢筋锈蚀 、 碱集料反应等均与这几种物质侵蚀密切相关 3 。 为 了提高混凝土耐蚀性能 ， 提高结构的耐久性， 需要根据侵蚀机 理和原因控制水、 氯离子等有害物质进入。 而从混凝土的侵蚀 机理来看， 保证混凝土的耐久性不仅要采用高性能混凝土 ， 而 且对特殊侵蚀环境 与重 大工程还要对混凝土 的表 面进行保护 和处理 ， 因此在混凝土表面喷涂防腐蚀涂层 防止外界对混凝土 的侵蚀变得十分重要 。 硅烷以及硅氧烷类化合物涂料 。 是良好 的混凝土表面渗透 型材料。 硅烷浸渍具有施工简便、 经济 、 长效等优点， 尤其适用 于海港工程大气区和浪溅区混凝土结构表面防腐蚀保护r4 1 。 涂 覆后硅烷可渗入到混凝土内一定深度的微孑 L 中， 并与微孑 L 水发 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 1 2 - 0 2 生反应 ， 形成硅酮树脂憎水层( 排斥水进入) 。 此外该类涂料不 在混凝 土表面上成膜 ， 不会形成隔离 层 ， 也不 充满 混凝 土毛细 孑 L 隙 ， 因此 不会 影响混凝土 的透气性 ， 混凝土 中的水分可以水 蒸气形式蒸发出去， 但是却能显著降低混凝土的吸水性， 使混 凝土保持干燥 。因此， 将硅烷以及硅氧烷类化合物涂料作为混 凝土防护涂层 ， 提高混凝土耐久性方法已经被日益广泛采用 。 目前硅烷浸渍保护技术主要集中在硅烷液体方面， 而对于 硅烷膏体的研究和应用 尚不 多见 。 但硅烷膏体 因其具有用量易 控制， 死角易涂覆， 经济性高、 防水透气、 不改变混凝土结构外 观等优点 ， 使其在今后的研究和应用中占据重要地位。 本研究 针对硅烷膏体浸渍对混凝土防水防蚀等方面保护效果 ， 系统研 究了硅烷膏体浸渍普通混凝土和海工混凝土后浸渍深度 、 吸水 率 、 氯化物吸收量降低率 、 抗碱性能等方面性能， 为相关工程建 设提供一定的技术支撑和服务 。 1 试验原材料情况 1 1 混凝土原材料 水泥 ： 安徽海螺水泥厂生产的 P I I 4 2 5级水泥 ； 粉煤灰 ： 宁 波北仑 电厂生产的 I I 级粉煤灰 ； 矿粉 ： 杭钢紫恒公司生产 的$ 9 5 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 矿粉； 砂： 嵊州中砂， 细度模数 2 5 4 ； 粗骨料： 余姚肖东 5 2 5 n l n l 连续级 配碎石 ； 减水剂 ： 江苏博特新材料 有限公司生产 的 P C A 高效减水剂 ； 水 ： 普通 自来水 。 1 2 硅 烷 产品 本研究采用江苏某公司生产的硅烷膏体， 型号为： WR G 9 0 8 。 其产品主要陛能： 外观为触变性白色膏体； 氯离子含量为 5 0 me ： L ； 硅烷含量为 8 0 ； p H值为7 - 8 。 2 试验 方案 2 1 混凝 土配合 比选 用 本试验选取个强度等级C 3 0 的普通混凝土( 以下简称OP C ) 配合比和一个强度等级 C 3 5的海工混凝土( 以下简称 HP C) ， 配 合 比如表 1 所示。 表 1 混凝土配合比 k g m 2 2试 验 方 法 2 2 1 试件制作及处理 按国家现行标准制作试验所需 O P C和 H P C试件 ， 规格 1 0 0 mmx l 0 0 mm 1 0 0 n lI n ， 标准条件( 养护温度( 2 0 +_ 3 ) ， 空气 相对湿度不小于 9 0 ) 养护 2 8 d后 ， 清 除试件表 面不 利于硅烷 涂覆的灰尘、 油污等杂物， 自来水冲洗干净后晾干。 2 2 2 浸渍涂覆 硅烷涂覆时保证试件表面为面干状态， 涂覆硅烷膏体混凝 土防护剂时应采用连续涂刷方式， 保证被涂表面饱和溢流。 水平 面涂刷时， 涂刷至试件表面湿润或至镜面状， 使被涂表面保持 湿润状 态几分钟 ， 涂覆量采用 3 0 0 mL m 。 2 2 3 硅烷涂层测试方法 硅烷涂层各项性能测试方法及指标主要依据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 和J T G T B 0 7 一 _ 0 1 2 0 0 6 公路工程混凝土结构防腐技术规范 相关要求和规定进行。 ( 1 ) 浸渍深度。 取试件的 4 个相对的非成型面进行硅烷涂覆 ， 每一个面用量为( 1 0 0 mm 1 0 0 ram) 3 g ， 干燥养护( 养护温度为 ( 2 O 3 ) ， 空 气相 对湿度 ( 5 0 +_ 5 ) ) 7 d后 钻取 直径为 5 0 r n ln 、 深 度为 ( 4 0 + 5 ) mm 的芯样 ， 经 4 O 的烘 箱烘 干 2 4 h ， 取 出试 件 ， 干燥养护 1 d后将混凝土沿与 4个涂覆面的中心形成的平面 方 向劈 开 ， 在劈 开表面上喷涂水 基短效染料 ， 不 吸收的区域为 渗透深度。 ( 2 ) 吸水率。 试件取一非成型面涂覆硅烷( 1 0 0 mm 1 0 0 mm) 3 g ， 干燥养护 7 d后钻取直径为 5 0 l n n l 、 深度为( 4 0 5 ) n l n的 芯样。 除原表面外，其余各面包括原表面上小于 5 r a i n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 ml T l 的玻璃棒 ， 将 芯样 原表 面朝下放在玻璃棒上， 注入 自来水， 使水面在玻璃棒上 l 2l n l n ， 以 5 、 1 0 、 3 0 、 6 0 、 1 2 0 S的时间间隔， 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。 ( 3 ) 氯化物吸收量降低率。 对一非成型面涂覆硅烷膏体 3 g ， 干燥养护 7 d 后取芯样， 对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 mo l L 的Na C 1 溶液， 液面高出试件底面 1 0 n l l n ， 2 4 h后取出芯样， 在 4 0下烘 2 4 h 。 切去试件表面 2 ml T l ， 以新面为基准面磨到深度 98 - 为 1 0 mm处取粉。 按现行行业标准 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 l 1 2 0 mm和 2 1 3 0 mm 处 ， 重复上述程序 。 ( 4 ) 抗碱性 。 取试件一非成型面进行硅烷涂覆 ， 涂覆量为 3 g ， 干燥养护 7 d 。 将试件完全浸入 1 0 氢氧化钠溶液中浸泡 2 8 d ， 取出清洗表面， 标准养护 2 d ， 观察表面状况 ， 是否有起皮、 起泡 等不 良现象。 3 试验结果及分析 3 1 浸渍 深度 表 2为 O P C和 HP C两种混凝土经硅烷膏体浸渍后的硅烷 浸渍深度 ， 硅烷涂覆用量均为 3 0 0 g m2 o 从表 中可 以看 出硅烷膏 体在 O P C中的浸渍深度较深， 达到 4 6 mm， 超过 J T J 2 7 5 -2 0 0 0 中浸渍深度应达到 3 4 I n l n的要求。 而在 H P C中， 浸渍深度只 有 1 4 IT n T I 。 表 2 硅烷涂覆浸渍深度 由于试验所 用的海工混凝 土为 了达 到抵 抗海水 中氯盐渗 透 的效果 ， 采用较低水胶 比( 水胶 比为 0 , 3 8 ) 并采用双掺粉煤灰 和矿粉掺合料， 且掺量较高 ， 其中粉煤灰和矿粉掺量均为总胶 凝 材料的 3 0 ， 因此所配制 出的混凝土结 构更为密实 ， 混凝土 吸收 陛能较普通混凝土差 ， 硅烷浸渍剂难 以渗入混凝土中。 此外 ， 由于 HP C密实度相 对较高 ， 吸收性 较差 ， 因此 浸渍速度较 慢 ， 硅烷膏体大部分留在混凝土表面。 而硅烷膏体内的活性成分易 挥发， 因此硅烷膏体停留在混凝土表面的时间越长 ， 有效成分 挥发的越多 ， 这也是导致浸渍深度较浅 的原 因之一 。 3 2 吸 水 率 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( mlT 1 ) ， 然后 以吸水高度为纵坐标 ， 以该 时间间隔 平方根为横坐标做图。 将所得各点做线性拟合， 取该关系直线的 斜率( m m mi n ) 为吸水率值。 图 1 、 2分别为 OP C和 H P C的吸水率经线性拟合后所得结 果。 从图中可以看出使用硅烷浸渍剂后， 无论是 O P C还是 HP C 均具有较低的吸水率， 涂覆硅烷后混凝土的吸水率均比未使用 硅烷浸渍剂保护的混凝土( 空 白) 的吸水率降低 8 0 以上 。 此外 ， 从图中还可以看出， O P C和 H P C使用硅烷膏体浸渍后 ， 其吸水率 值都达到 J T J 2 7 5 -2 0 0 0中规定的不大于0 0 l mr r d mi n 的要求， 两者吸水率值分别为 0 0 0 2 9 4 mm mi n 和0 0 0 2 5 8 mm mi n 。 这说 明无论是普通混凝土还是海工混凝土经硅烷膏体浸渍后 ， 吸水率都有比较明显的降低， 硅烷膏体对混凝土吸水率有较好 的降低效果。 对 比 O P C和 HP C未使用硅烷浸渍剂保护 的混凝土的吸水 率， 可以发现 HP C吸水率低于OP C吸水率( 两者吸水率值分别 为 0 0 1 4 1 3 mm mi n 和 0 0 1 8 1 2 mm mi n ) 。 这主要是因为 H P C 采用较低水胶比( H P C水胶比为 0 3 8 ， OP C水胶比为 0 4 9 ) 并通 过采用双掺粉煤灰和矿粉掺合料来提高混凝土抗渗性和耐久 性能， 且粉煤灰和矿粉掺量较高， 其中粉煤灰和矿粉掺量均为 总胶凝材料的 3 0 0 。 由于 H P C的低水灰比和粉煤灰掺入后产 生的形体效应 、 活性效应、 微集料效应以及矿粉的掺人 ， 使得拌 合物孔结构和孔隙率发生变化， 孑 L 隙率降低 ， 使得配制出H P C 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m O 2 O 0 l 6 、 ： O 1 2 拉 芒0 08 0 0 4 0 量 兰 、 乏 詈 荽 2 4 6 8 1 0 l 2 t l ： ,- m i n ： 图 1 OP C吸水率线性拟合曲线 图 2 HP C吸水率线性拟合曲线 结构更 为密实 ， 混凝土吸收性能较 O P C差 ， 因此抗水渗透性能 更好 ， 吸水率较低 对 比 O P C和 H P C经硅烷膏体涂覆后混凝土的吸水率可 以 发现两者较空白试样都有较明显的降低， 但是OP C吸水率降低 率( 8 3 8 ) 略高于 H P C吸水率降低率( 8 1 7 ) ， 这主要是由于 O P C浸渍深度( 4 6 mm) 远高于 H P C浸渍深度( 1 4 mm) 。 但是两 者吸水牢相差不大， 这主要是 为 H P C本身抗渗透能优于O P C 。 3 3 氯化 物吸收 量降低 率 表 3 、 4分别为 O P C和 HP C氯化物吸收量降低率试验结果。 从表 中可 以明显看 出两 种混凝土进行硅烷膏体 涂覆 后氯化物 吸收量较未涂覆试样均有明显降低 ， 降低率均超过 9 0 ， 其中 O P C和H P C氯离子吸收量降低率分别为 9 3 9 和 9 1 O 。 表 3 OP C氯化物吸收量降低效果 对 比两组 数据 可以发现 ： 硅烷浸渍剂 在普 通混凝 土 中有 更好的氯离子吸收量降低效果。 这是因为硅烷膏体渗透深度 较大 时， 水 、 氯离子 以及其他物质通 过保护层到达混凝 土内部 的毛细孔越 曲折 ， 因此路 径越 长 ， 氯离子吸收量的降低效 果更 明显 。 由于普通混凝土 的密实度较海工混凝土低 ， 硅烷浸渍 剂 在普通混凝土具有更高的渗透深度( 见表 3 ) ， 故同样硅烷浸渍 剂产品对普通混凝土的氯离子 吸收量 降低效果好于对海工 混 凝土： 3 4抗碱 性 试件完全浸入 l 0 氢氧化钠溶液中浸泡 2 8 d后 ， 观察混凝 土表面可以发现涂覆硅烷膏体的试件表面无气泡、 起皮 、 开裂 等不 良现象 ， 而未涂覆表 面有 细小裂纹产生 。 这 主要是 由于硅 烷浸渍层可以有效的阻止碱液的浸入 ， 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 ( 1 ) 由于混凝土 自身结构致密性等因素， 硅烷膏体在 O P C 中的浸渍深度较大， 达到 4 6 m m， 而在 H P C中浸渍深度较小， 为 1 4 mm。 ( 2 ) 无论是 O P C还是 HP C， 硅烷膏体涂覆后吸水率都有较 为 明显 的降低 ， 其 中 O P C的吸水率值 为 O 0 0 2 9 4 mm mi n ， 而 H P C为 0 0 0 2 5 8 ram rai n ； 此外 ， 由于 O P C中的浸渍深度较 H P C 中大， 因此硅烷膏体浸渍层对 O P C的阻止水浸入能力高于H P C； 同时， 由于混凝土 自身结构致密性等 因素 ， 未涂覆硅烷 的 H P C 吸水率低于未涂覆硅烷 的 OP C。 ( 3 ) 无论对于 O P C还是 H P C， 涂覆硅烷 膏体后与未涂覆的 氯化物吸收量降低率都较大， 分别为9 3 9 和 9 1 0 。 此外， 由于 O P C硅烷浸渍较深， 因此氯化物吸收量降低效果更明显。 ( 4 ) 混凝土经硅烷膏体浸渍后 ， 抗碱性能得到提升， 碱液浸 泡 2 8 d后表面无起皮 、 气泡 、 开裂等不 良现象产生。 综上所述， 可以清楚看出， 硅烷膏体涂覆技术可以有效地 保护混凝土 ， 较 大程度 的阻止水 、 氯离子 、 碱性溶液等有害物质 浸 入， 延长混凝土使用寿命 ， 提高混凝土结构耐久性 。 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 水运工 程 ， 2 0 0 2 ( 5 ) ： 4 - 7 【 2 】 李杉， 等 干湿交替与荷载作用下 C F R P 加固混凝土粱的耐久性 J 1 乐南大学学报 ： 英文版 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 3 ) ： 3 7 6 3 8 0 【 3 B L I G H T G E A s t u d y f f f o u r w a t e r p r o o fi n g s y s t e ms f o r c o n c r e t e J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 1 ( 4 3 ) ： 5 6 【 4 】I B R A HI M M， A L G AH T A N I A S ， MA S L E H U D DI N M， e t a 1 E ff e c t i v e n e s s o f c o n c r e t e s u r f a c e t r e a t me n t ma t e r i a l s i n r e d u c in g c h l o r i d e - i n e l u d e d r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 1 9 9 7 ， I 1 ( 4 ) ： 4 4 3 4 5 1 5 】黄桂柏 ， 党涛 圭 烷翔闭涂料用于建构筑物 的维护【 J 1 新 型建筑材料 ， 1 9 9 8 ( 5 ) ： 2 3 2 5 【 6 】戴建才 ， 等 圭 烷膏体防护剂在 提高混凝土结构 耐久性中的应用 J l l 混凝土 ， 2 0 1 O ( 5 ) ： 7 0 7 2 1 7 】游劲秋 ， 等 有机硅侵入型混凝土保护剂在海 洋环境下混凝土工程 中的应用研究 J 1 新型建筑材料 ， 2 0 o 8 ( 6 ) ： 7 2 7 6 【 8 】 赵尚传， 俞海 混凝土表面硅烷浸渍吸水率与抗冻性试验研究 J 1 混 凝土 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 8 O 一 8 2 ， 1 1 3 9 1 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【 s _ E 京 ： 人 民 交通出版社 ， 2 0 0 1 作者简介 联 系地 址 联 系电话 马虎( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生， 主要从事混凝土材料及结 构 耐久 生 研究。 南京 市鼓 楼 区西康 路 1号 河海 大 学力 学与 材料 学 院 ( 2 1 o 0 9 8 ) 1 3 91 3 8 71 6 2 3 9 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m