混凝土用有机硅防护材料机理及其类型.pdf

2 0 1 3 年 第 1 1期 (总 第 2 8 9期 ) Nu mbe r 1 1 in 2O 1 3( To t a l No2 8 9) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI Ak AND ADM T NI CLE 混凝土用有机硅防护材料机理及其类型 张馨元 ，李绍纯， 卜 小霞 ，赵铁军 ，金祖权 ( 青岛理工大学 土木丁程学院，l J l 东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要 ： 采用渗透型防护材料是改善混凝土渗透性 ， 提高混凝土耐久性最方便有效的一种方式。 有机硅防护涂料能够渗入混凝 土表面一定深度 ， 并在毛细孑 L 壁表面形成一层硅氧薄膜 ， 起着透气不透水的保护作用 ； 能有效减少混凝 吸收水分以及有害介质 渗入混凝土 内部 ， 延长混凝土结构的服役寿命 ， 在国内外各种工程实践中得H ij 了广泛的应用并取得 了优异的效果 介绍 r 有机硅 防水材料对提高混凝土耐久性的作用原理 ， 有机硅防水材料的特点及应用 未来研究的趋势 关键词： 混凝土；有机硅 ；防水涂料 ；耐久性 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号： l 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 1 l 一 0 0 7 2 0 3 M e chani s m and t ype s of si l i c one conc r et e pr ot ec t i v e m a t er i al s Z H A N GX i n y u a n ， L I S h a o c h t m， B UX i a o x i a ， Z H AO T i e j u n ， J l NZ u q u a n ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， Qi n g d a o T e c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y， Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： Th e pe n e t r a t i n g p r o t e c t i v e c o a t i n g s a r e o n e o f t he mo s t c o n v e n i e n t a nd e f f e c t i v e wa y s t o r e d u c e t h e p e n e t r a bi l i t y of c o n c r e t e a n d t o i mp r o v e t h e d u r a bi l i t y of c o n c r e t e Or g a n i c s i l i c o n p e n e t r a t i n g a g e n t c a n p e r me a t e i n t o c o n c r e t e f r o m s u r f a c e f o r mi n g a b r e a t ha bl e a n d wa t e r p r oo f c o a t i n g o f S i O o n t h e c a pi l a r y p or e s s u r f a c e， a n d a l s o k e e p t h e i n t e r n a l c o nc r e t e fro m a b s o r p t i o n o f wa t e r a nd ha r mf u l c o mp o u ndI t ha s b e e n wi d e l y us e d i n b o t h do me s t i c a n d int e rna t i o n a l e n g i n e e r i n g p r o g r a ms a n d a c h i e v e d e x c e l l e n t r e s u l t s Th i s p a p e r i nt r o d uc e s s i l i c o ne wa t e r p r o o fin g ma t e r i a l s p r i nc i pl e s t o i mpr o v e t h e d u r a b i l i t y o f c o nc r e t e， c l a s s i fic a t i o n a n d a p pl i c a t i o ns ， f ol l o we d b y t h e f u t ur e s t ud y t r e n d Ke y w or ds： c o n c r e t e ； s i l i c o n e； wa t e r p r o o f c o a t i ng； d u r a bi l i t y 0 引言 有机硅防护涂料品种繁多， 按其组分可以分为烷基硅 醇盐 、 硅氧烷 、 硅树脂乳液( 或微粉 ) 等几种。 有机硅防护涂 料属于斥水型材料 ， 利用混凝土“ 可渗透” 的特点 ， 通过适 当的表面处理 ， 有机硅材料的低表面张力有助于在混凝 土 表面和毛细孔内壁形成硅氧烷憎水薄膜 ， 使改变了混凝 土 孔隙的表面性能( 主要是增 大基材表面与水的接触角 ) 进 而阻止毛细孔对水的毛细吸收作用 ， 达到长期有效 防水和 提高混凝土耐久性的 目的 1 。 由于这种涂料不会堵塞毛细 孑 L ， 实现 了隔断外部水分向内部渗透 和扩散 的能力 ， 同时 使混凝 土内部的水分能够顺利挥发 ， 保证 了新建建筑维护 的效果 。 同时混凝土的表面性能 ， 如 隔热性 、 抗污性 、 耐化 学腐蚀和耐候性等方面也得到提高。 几十年来， 有机硅建筑 在建筑防水领域得到了广泛的关注 o l 。 1 有机硅涂料的防水机理 混凝土结构在使 用T程 中由于遭受物理和化学的双 重作用 ， 其性能劣化严重 。 在混凝土碳化过程中， 气 f l 二 氧化碳渗透到混凝 土内， 氢氧化钙转变为碳酸钙 ， 钢筋表 面的钝化膜遭到破 坏 ， 若有足够的水 与伞气存 存 ， 钢筋会 生锈 。 混凝土如果采用海砂做骨料或者处于近海环境 、 除 冰盐环境下 ， 水作为运输 介质 ， 通过毛细吸收作朋将氯离 子及其化合物运输到混凝 土基材的孔结构 巾， 如果向钢筋 表面运输 的的氯离子浓度达到临界值 ， 就会破坏钢筋表面 的钝化保护膜 ， 使钢筋逐渐锈蚀 ， 锈蚀部分体积膨胀 ， 有效 断面减少 ， 使结构稳定性大大下降。 存冻融环境下 ， 混凝 七 中的毛细孑 L 水在低温下相变 ， 受毛细孔擘约束形成膨胀f 力 ， 微观结构 中产生应力 ； 同时凝 胶孔 巾过冷水的迁 移干 重新分 布引起渗管压 ， 经过反复冻 融以后 ， 混凝土表层 现开裂剥落 、 结构疏松 、 强度降低等破坏 现象 。 有天研究 表明在空气相对湿度大 于 8 0 ， 或直接接触水 的环境巾 ， 碱一 骨料反应膨胀破坏才会发乍 综 所述 ， 水是导致混凝 土耐久性下降的主要冈素。 阻止水 向混凝 土渗透的方法一般有 3 种 ： 存配制混 凝土时加防水剂提高抗渗性 ， 但这种方法对结构维护或修 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 5 ) 6 基金项目：国家“ 9 7 3 ” 重点基础研究计划项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ； 国家 自然科学基金( 5 l 1 7 8 2 3 0 ) ； 高性能土木T稗材料旧家 点实验窜 开放 基金 ( 2 叭 1 CE M( 】 0 7 ) 7 2 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 并可大 幅提 高混 凝土的耐久性 ， 以实现混凝土结 构寿命 1 0 0年的 目标 。 盐 田港二期集装箱码头及其约 4 万 m 护 岸1 ： 程 ( 在浪溅区高性能混凝土梁体 的侧面和底面上 ) 采 用 了有机硅防护涂料技术。 香港青 马大桥 ， 在建成 2 年后 ， 也采用有机硅防护涂料保护 ， 7 年后完好如初。 此外 ， 还有香 港汀九桥 、 昂船洲大桥 、 荔枝角立交 、 深圳大铲湾码头及上 海 中环线 、 武汉 阳逻 长汀大桥 、 舟 山朱家尖跨海 大桥均采 用 r 有机硅防护涂料 1 。 4 结论与展望 混凝土结构中的孑 L 隙、 裂缝等使得混凝土具有渗透性 ， H O、 s o 4 - 和 c 1 等 腐蚀介质能够渗透到混凝土体系， 并扩散 迁移 ， 引起混凝土结构耐久性降低。 目前解决混凝土的渗透 性问题是耐久性研究的关键问题之一 。 有机硅防护涂料能 够渗透到混凝 土表面一定深度范 围内， 并可在混凝土表面 构建效果 显著的防水层 。 有机硅防护涂料种类繁多 ， 从 目前 的研究与实际丁程应用方面来看 ， 只有针对混凝土特点进 行综合设计 ， 结 合混凝 土表观结构 、 孔结构和裂缝 的发展 特点与形态2 3 - 2 6 ， 充分认识有机硅在混凝土 中的渗透过程 以及两者间的界面反应 ， 进一步考虑实际工程的施工 、 环境 条件与经济性 ， 科学衡 量各种 因素 的作用 ， 选择合适 的材 料 ， 才能进一步提高有机硅混凝土防护涂料的防护效果 ， 提高混凝土结构的耐久性与服役寿命 。 参 考文献 ： l 1 J 赵铁军 混凝土渗透II M I 北京： 科学出版社， 2 0 0 6 【 2 1 徐彩宣 ， 陆文雄 有机硅化合物的疏水性能及其在水性建筑涂 料中的应用研究进展I tJ l _上海大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 42 0 42 4 3 杨草， 李伟华， 赵铁军， 等不同表面涂层对混凝土的防护效果 J 1 硅酸盐学报 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 1 1 ) ： 1 6 1 3 1 6 1 7 张伟 ， 史琛 ， 项志敏， 等 改性有机硅涂料对混凝土耐久性的影 响l J Il 混凝土， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 7 3 7 5 5 李化建 ， 易忠采 ， 谢永江 混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术研 究进展l J I 材料导报 ， 2 0 1 2 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 2 0 1 2 5 6 于珊泉 ， 李忠卫 有机硅防水剂在防渗混凝土工程修补中的应 用l J l_ 混凝土 ， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 1 9 - 2 0 I 7 J 陈建强 ， 范钱君 ， 张立华有机硅建筑防水剂的研究与发展【 J 1 浙 江化工 ， 2 0 0 4 ( 3 5 ) ： 2 3 2 4 f 8 张鹏 ， 赵铁军 ， 戴建国 ， 等 圭 烷改性混凝土防水和抗氯离子性 能试验研究 J 1 土木工程学报 ， 2 0 1 1 ， 4 4 ( 3 ) ： 7 2 7 8 I 9 _9 I DO M G M， HO HA N S E N V， T HOU I O W NAs s e s s me n t o f c r a c k i n g i n c o n c r e t e J Ma t e r i a l S S c i e n c e i n C o n c r e t e I I I ， Ame r C e r a m i c S o c Ne w Yo r k， 1 9 9 2 I 1 0 ME D EI R OS M， HE I E N E P E ff i c a c y o f s u r f a c e h y d r o p h o b i c a g e n t s i n r e d u c i n g w a t e r a n d c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n i n c o n c r e t e J Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 8 ( 4 1 ) ： 5 9 7 1 I l 1 1 黄文 ， 刘伟 区 高渗 透有机硅型 防水抗污涂 料l J 1 _ 上海 涂料 ， 74 2 0 0 5， 4 3 ( 2 ) ： 2 5 2 8 【 l 2 1 战洪艳 混凝土表面有机硅处理与抗氯离子侵蚀II D 1 青岛 ： 青 岛理工大学 ， 2 0 04 1 3 1 张鹏 ， 戴建国 ， 赵铁军 ， 等 带裂缝混凝土的吸水性能及防水处 理的影响f J 1 建筑材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 1 ) ： 7 0 7 4 f 1 4 S CHU E RE MAN S I ， V AN G E ME R T D， GI E S S I E R S C h l o r i d e p e n e t r a t i o n i n RC s t ru c t ur e s i n ma t i n e e n v i r o n me n t 一【 o n g t e r m a s s e s s me n t o f a p r e v e n t i v e h y d r o p h o b i c t r e a t m e n t lJ C o n s t r u c t i o n a n d B u ti d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 7 ( 2 1 ) ： 1 2 3 8 1 2 4 9 l S d 高霞 ， 孙红尧 ， 陆采荣渗透性有机硅表面防护涂料的研究与 应用现状 J 1 _ 腐蚀与防护， 2 0 0 9 ， 7 ( 3 0 ) ： 4 4 2 4 5 0 1 6 】 王洪祚 ， 王颖 建筑用有机硅 防水剂的研拓I J l_ 黏接 ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 6 9 7 2 f 1 7 1 江炳峰 ， 郭文瑛 ， 张烯煜 ， 等0 昆凝土用有机硅涂料的种类及其 应用现状 水泥与混凝土 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 2 7 2 9 【 1 8 X I O N G G u a n g j i n g ， I U O B a i y u n ， WU X i a n g ， e t a 1 I n fl u e n c e o f s i l a n e c o u p l i n g a g e n t o n q u a l i t y o f i n t e r r a c i a l t r a n s i t i o n z n n e b e t we e n c o n c r e t e s u b s t r a t e a n d r e p a i r m a t e r i a l s J C e me n t C(mc r e t e C n m p o s i t e s ， 2 0 0 6 ( 2 8 ) ： 9 7 1 0 1 【 1 9 VAN O OI J W J ， Z H U D， S T A C Y M， e t a 1 C o r r o s i o n p r o t e ( t i u n p r o p - e r t i e s o f o r g a n o f u n c t i o n a l s i l a n e s - a n o v e r v i e w J I T s i n g h u a S c i e m-r a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 5 ， 1 0 ( 6 ) ： 6 3 9 6 6 4 2 0 T I T T AR E I I I F ， MO RI C O NI GT h e e f f e c t o f s i l a n e t) a s e d h v dr o p h o b i c a d mi x t u r e o n c o r r o s i o n o f g a l v a n i z e d r e i n flw c i n g s t e e i n c o n c r e t e l J C o r r o s i o n S c i e n c e ， 2 0 1 2 ( 5 2 ) ： 2 9 5 8 2 9 6 3 2 1 杨鹏大榭跨海公路大桥混凝土结构防腐工艺l J 1 铁道部标准设 计 ， 2 0 0 1 ， 2 1 ( 5 ) ： 2 1 2 2 f 2 2 畅亚文， 何廷树 ， 宋学锋 疏水型改性有机硅涂料对混凝土耐久 , 18 9 影响【 J J 铁路技术创新 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 】 0 1 1 0 3 2 3 BA S HE E R P A M， B AS HE E R I ， C L E AN D D J ， e t a 1 S u r f a c e t r e a t me n t s for c ( ) n c r e t e ： a s s e s s me n t me t h o d s a n d r e p o r t e d p c r lb r ma n c e -J 1 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 ， 1 1 ( 7 8 ) ： 4 1 3 - 4 2 9 【 2 4 NOL AN E， B A S HE ER P A M， L O NG A EE f f i c t s o f t h r e e( u r a b i l i t y e nh a nc i n g p r o d u c t s o n s o me p h y s i c a l p r o p e r t i e s o 1 n e a r S H Y f a c e c o n c r e t e J C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， I 9 9 5 ， 9 ( 5 ) ： 2 6l 一2 7 2 2 5 赵铁军渗透型涂料表面处理与混凝土耐久性 M1 E 京 ： 科学出 版社 ， 2 0 0 9 2 6 D AI J i a n g u o ， AK I R A Y， WI Tr MAN N F H， e t a 1 Wa t e r r e p e l 1 e n t s u r f a c e i mp r e g na t i o n f o r e x t e ns i o n o f s e r v i e e l i f e o f r e i n f o r c e d c o n e r e t e s t r u c t u r e s i n ma r i n e e n v i r o n me n t s ： T h e r o l e o f c r a c k s 【 1 I_Ce m e n t &C o n c r e t e C o m p o s i t e s 2 0 1 0 ( 3 2 ) ： 1 0 1 1 0 9 作者简介 联系地址 联系电话 张馨元( 1 9 8 9 一 ) ， 女 ， 硕士研究生， 主要从事有机硅涂 料的应用与研究。 青岛市抚顺路 1 1 号 青岛理 工大 学土木工程 学院 ( 2 6 6 0 3 3 ) l 5 1 6 5 21 4 4 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m