硅烷膏体防护剂在提高混凝土结构耐久性中的应用.pdf

2 0 1 0年 第 5期 (总 第 2 4 7 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 01 0 ( To t a l No ． 2 4 7) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RJ AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 ．3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 0 ． 0 5 ． 0 2 3 硅烷膏体防护剂在提高混凝土结构耐久性中的应用 戴建才。李建中。施苏萍 ( 张家港市 国泰华荣化工新材料有限公司 ，江苏 张家港 2 1 5 6 3 1 ) 摘要 大型混凝土结构造价昂贵， 要耗费大量能源和资源， 而各种腐蚀会导致结构耐久性不足。 混凝土结构的安全性和耐久性问题， 事 关群众的生命财产安全和巨大投资的效益。 硅烷膏体防护剂技术先进 、 安全耐久、 施工方便， 已得到国家权威机构的认可和推荐。 选用硅烷 膏体防护剂作为混凝土结构防腐蚀附加措施 可以显著提高耐久性和使用寿命 ，延长混凝土基建工程寿命就是对资源和能源的最大节约 ， 是实现节能减排和建设生态文明目标的重要途径 。 关键词 ： 混凝土 ；耐久性 ；硅烷 ；膏体 中图分类号： T U5 2 8 ．O 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 0) 0 5 — 0 0 7 0 — 0 3 Si l ane c r e am ma t er i al f or pr omot i ng dur abi l i t y o f c onc r e t e s t r u c t ur e s DAI J i a n — c a i ， L IJ i a n- z ho n g， S i l l Su -pi n g ( Z h a n Ni a g a n gG u o t a i — Hu a r o n g Ne wC h e mi c a l Ma t e r i a l s C o ． ， L t d ． ， Z h a n g j i a g a n g 2 1 5 6 3 1 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： L a r g e — s c a l e c o n c r e t e s t r u c t u r e s are b e c o mi n g mo r e a n d mo re e x pe n s i v e f o r it s h ug e c o s t s of e n e r g y a n d r e s o u r c e， b u t a v a r i e t y o f c o r — r o s i o nwi l l l e a dt ol a c ko f s t r u c t u r a l d u r a b i l i t y ． T h e s a f e t y a n d d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e s t r u c tur e s d e t e r mi n e n o t o n lyt h e b e n e fi t s o f h u g ei n v e s t me n t s b u t a l s o p e o p l e ’S l i v e s a n d p r o p e r t y ． S i l a n e c r e a m W RG一 9 0 8 c a n b e a p p l i e d t o a n y s ur f a c e i n c l u d i n g o v e r h e a d， v e r t i c a l an d h o r i z o n t a l wi t h o u t ru n o ff． As o n e o f a d di t i o n a l me a s ure s t o p r o t e c t c o n c r e t e s t r uc t u r e s ， s i l an e c r e a m W RG一 9 0 8 C an s i g n i fic a n t l y i mp r o v e t h e d u r a b i l i t y a n d s e r v i c e l i f e ． Ex t e n d i n g s e rvi c e l i f e o f c o n c r ~e s t r u c tur e s i s t h e b i g g e s t r e s o u r c e a n d e n e r g y c o n s e r v a t i o n a nd a n i mp o ~an t wa y t o a c h i e v e g o a l s o f e c o l o g i c a l c i v i l i z a t i o n ． Ke y w or d s ： c o n c r e t e； d u r a bi l i t y； s i l a ne ； c r e am 0 引言 所谓结构耐久性是指在设计确定的环境作用和维修、 使用 条件下， 结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的 能力f 】 1 。 混凝 土结构包括素混凝土 、 钢筋混凝土 和预应力混凝土 结构 ， 是全球基本建设 中应用最广泛 的结构形式f2 1 。 混凝 土结构 的安全性和耐久性问题 ， 事关群众的生命财产安全和巨大投资 的效益[3 ]。 针对近年来大中型桥梁质量事故多发的状况， 中国土木工 程学会桥梁与结构分会秘书长肖汝诚教授指出： 我国早期的桥 梁设计， 存在着设计理念和设计周期方面的问题。早期的设计 强调 的是建设周期里 的投 资最 省 ， 忽 略了耐久性 的设计 ， 这样 的设计 就会出现很多 问题 ， 现在 已有大量 混凝土建筑 ， 在远没 有达到设计使用寿命时因结构耐久性不足而过早被拆除。正确 的设计理念应该是强调全寿命的设计， 就是在全寿命期里投资 最省， 只有这样， 我们才会真正重视耐久性问题， 而且愿意为提 高耐久性付出经济代价。 我国正处于工业化和城镇化高潮， 各项建筑工程在全国正 进行得如火如荼 ， 青藏铁路、 三峡工程 、 京沪高铁、 奥运场馆 、 世博 园区等等 ， 一系列土木和建筑工程 已令世界瞩 目。 随着经 济的持续快速发展， 我国已经成为世界上工程建设最活跃、 最 繁荣的地区， 正在进行规模巨大的工程建设 ， 包括大型公共建 收稿 日期 ：2 0 1 O _ 0 l 一 1 1 7 0 筑、 高层建筑、 大跨度桥梁 、 高速公路 、 高速铁路 、 大型港 口、 大 型水利工程、 机场、 核电站及大规模的城市基础设施建设。现 在中国每年消耗的钢铁 占了世界消耗总量的2 5 ％还多， 消耗 的水泥量 占了世界水 泥消耗量 的 4 0 ％， 消耗 的煤炭超 过 了世 界煤炭消耗量的 3 5 ％， 资源和能源消耗 日益成为中国经济发 展的瓶颈【 4 ] 。我 国的基础设施建设在国民经济中占有较高比 例 ， 基础设施价值在我国社会总财富中占有比例也很高 ， 大型 基础设施造价昂贵， 要耗费大量能源和资源， 却常常因为结构 耐久性不足， 导致其在远没有达到设计使用寿命时就要大修或 拆 除。 导致混凝土结构耐久性不足和性能劣化的原因有氯离 子腐蚀 、 碳化腐蚀、 钢筋锈蚀 、 碱一 骨料反应 、 冻融破坏等， 而 水和侵蚀性有害物质是导致钢筋锈蚀和混凝土破坏的必要条 件[5 1 。因此， 高效防水就成为提高混凝土结构耐久性的重要措施， WR G． 9 0 8 硅烷膏体防护剂凭借优异的防水性能、 渗透性和耐久 性， 能长期有效阻档水分和水分所携带的有害物质渗入混凝土 内部， 能显著提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。 1 硅 烷 膏体 防护 新技 术 已得 到 国家权威机 构 的认 可和推荐 混凝土结构常用的防腐蚀附加措施有混凝土表面涂层 、 混 凝土表面硅烷浸渍、 环氧涂层钢筋、 钢筋阻锈剂和阴极保护。混 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 凝土表面硅烷膏体浸渍方法与上述其他方法相比， 具有技术先 进、 经济合理 、 安全耐久 、 质量可靠、 施工方便 ， 防水透气 、 不改 变混凝土结构外观的优势 。 国家住房和城乡建设部 、 交通运输 部 、 中国土木工程学会几 年前就开始引进国际先进的硅烷防护技术和产品， 已将硅烷防 护技术和产品作为提高混凝土结构耐久性的防腐蚀附加措施 之一写进了有关规范， 先后颁布了交通部标准 J T J 2 7 5 —2 o 0 0 《 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 、 中国土木工程学会标 准 C C E S 0 1 ： 2 0 0 4 ( 混凝土结构耐久性设计及施工指南》 、 交通 部标准J T G ／ T B 0 7 —0 1 —2 o 0 6 《 公路工程混凝土结构防腐蚀技 术规范》 、 中华人民共和国国家标准 G B ／ T 5 0 4 7 6 --2 0 0 8 ( ~凝土 结构耐久l生设计规范》 。 G B ／ T 5 0 4 7 6 --2 0 0 8 是我国首部混凝土结 构耐久性专用技术标准 ， 反映我国工程界整体的认识与认知水平 ； 是我国首部兼顾} 昆 凝土材料与结构耐久性的技术标准， 首次明 确了材料与结构工程师的设计责任； 也是我国首部系统使用指 标化方法进行耐久性设计的技术标准， 通过耐久性指标来保证 结构的设计使用年限。 2 WRG- 9 0 8硅 烷 膏体 防护剂 的 防护原理 WR G一 9 0 8 硅烷膏体防护剂外观如同雪花膏一般 ， 施工时将 产 品喷涂于 干净 的混凝土表 面， 能慢慢液化并渗透 到混 凝土 内 部几毫米深处。 在 水和混凝土 碱催 化作用下 ， 防护原理 如图 1 所示 ， 硅 烷 首先发 生水解反应 生成硅羟基 ， 然 后在硅羟 基之间 、 硅羟基 与 混凝土表面和毛细孑 L 道中的羟基之间进一步发生缩合反应生 成网状有机硅树脂 ， 通过稳定的硅氧化学键 ， 将有机硅分子牢 固地附着在混凝 土表 面和毛细孑 L 道 中。长链烷基硅烷分子中的 正辛基是憎水基团， 它们就如同无数把小雨伞排列在混凝土表 面和毛细孔道中， 将原来亲水的混凝土表面和毛细孔壁变为憎 水型表 面。这种斥水性 网状硅 氧烷分子膜 具有很低 的表面 张 力， 能均匀的分布在多孑 L 的硅酸盐基材的微孑 L 壁上， 而不是封 闭其毛细管通道， 水在毛细管壁的接触角为 1 0 0 。 ～ 1 3 0 。 ， 使滴在 其上面的水成为小水珠 ， 无法渗入到基材内部 ， 从而有效阻档 水分和水分所携带的有害物质渗入混凝土内部， 有效抑制钢筋 锈蚀和混凝土腐蚀发生。 一 一 O H + H C*H --- Si~ 图 1 硅烷防护原理示意图 3 wRG一 9 0 8 硅烷膏体防护剂的特点和用途 WR G一 9 0 8 硅烷膏体防护剂具有以下优点： ①优越的防水性 能， 能使混凝土结构的吸水率下降 9 0 ％以上； ②是真正具有“ 呼 吸性” 防水涂层材料 ， 这是其他密封性高分子漆涂膜所不具备 的， 有机硅涂膜的憎水性使液态水在坡面和立面上难以停留， 墙体内部的水分子很容易向外散逸 ， 使涂膜下的墙体保持自然 的干湿平衡 ， 而不会造成像全封闭涂膜那样湿气无法散出而引 起鼓泡或表层脱皮； ③渗透能力强， 膏体可较长时间停留在混 凝土结构表面 ， 大大提高了硅烷的渗透深度 ， 能渗透到混凝土 表面下 3 ～ 4 ton i 深度 ， 能 有效处理小于 O ． 2 mi l l 的裂缝 ， 不会 因 结构表面磨损而失去整体防水能力； ④施工方便， 产品外观如 雪花膏一般， 可灵活采用喷涂、 刷涂 、 滚涂等多种方法施工一遍 即可， 特别适合用于垂直立面和天花板面施工 ， 流失损失少 ； ⑤不改变建筑物原有外观， 适合对建筑外观有特殊需求的工程， 如清水混凝土工程等； ⑥耐久性好 ， 硅烷膏体防护剂寿命达 l 5 年以上， 一般防水涂料寿命通常为 5 年 ； ⑦能与普通涂料配 合使用， 防腐蚀效果和涂装效果更佳； ⑧与环氧涂层钢筋、 钢筋 阻锈剂和阴极保护 3种防腐蚀附加措施相比， 硅烷膏体防护在 经济上更加合理， 性价比高。 如图2所示， 经过 WR G 一 9 0 8硅烷膏体防护处理过的混凝土 表面具有优异的荷叶效应， 憎水效果明显。从图3可以看出， 劈 开的 C 3 0混凝土试块浸水后于湿界面清晰， 硅烷平均渗透深度 达 4 l "n l T l 左右， 说明WRG ． 9 0 8硅烷膏体防护剂能透过混凝土表 面形成一 定厚度 防水层 。 图 2 经过 WR G一 9 0 8硅烷膏体处理过的混凝土表面憎水效果明显 图 3 WRG一 9 0 8硅 烷膏体 防护剂在 C3 0混凝 土试块 中的 渗透深度有 4 mm 左右 硅烷膏体防护剂产品广泛造用于各类混凝土结构防护， 美 国高速公路协会把硅烷养护技术评价为是提高混凝土耐久性 的最佳措施。硅烷膏体防护剂既可以用于新建混凝土结构防 护， 也可用于旧混凝土建筑的加固维修 ， 特别适用于氯化物环 境、 冻融环境中的混凝土结构保护， 如受海水腐蚀的海洋大桥 和港 口码头， 受除冰盐侵蚀的高速公路和城市高架道路 、 立交 桥等， 也适用于大型公共建筑、 高层建筑 、 高速铁路、 大型港口、 大型水利工程、 机场、 核电站及大规模的城市基础设施保护， 能 显著提高结构的耐久性和使用寿命。 据不完全统计， 国内已使用硅烷防护产品的工程有： 香港青 马大桥、 连云港码头、 青岛海湾大桥、 深圳盐田港二、 三期、 杭州湾 大桥、 东海大桥、 曹妃甸码头， 上海中环线、 武汉阳逻长江大桥等。 4 w RG- 9 0 8 硅 烷 膏体 产品技术指标 如图 4所示， WR G 一 9 0 8硅烷膏体黏度高， 膏体可较长时间 停留在混凝土结构表面， 大大提高了硅烷的渗透深度。 表 1 WRG一 9 0 8硅烷膏体产 品技术指标 5 WR _G一 9 0 8 硅烷 膏体防护剂检 测报告 上海 同济建设工程 质量检测站用 C 3 0混凝 土试块 对 7l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 4 硅烷膏体 黏度高 ， 外观如雪花膏 WR G一 9 0 8硅烷膏体防护剂进行了第三方检测， 硅烷膏体防护剂 浸渍工艺、 性能测试方法和指标要求参照 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》 执行 ， 膏体产品涂刷用量为 3 0 0 g ／ m ， 检测结果见表 2 。 检测结果表明： 张家港市国泰华荣化 工新材料有限公司的WR G一 9 0 8 硅烷膏体防护剂符合规范中的 三项指标要求， 产品质量合格。 表 2 wR G一 9 0 8硅烷膏体防护剂检 测结果 6 wRG一 9 0 8 硅烷膏体防护剂施工要点和养护 ( 1 ) 为保证 硅烷浸渍处理效果 ， 应在混凝 土构件成型 4周 后施工。 ( 2 ) 施工前先修补好混凝土结构缺陷， 用钢丝刷、 压缩空气 和淡水冲洗， 将表面浮灰 、 污水、 油污和其他污染物清除干净， 并保持表面干燥。 ( 3 ) 施工用量： 对于膏体硅烷防水剂， 用量最高可按 3 0 0 g ／ m 施工， 具体用量按照设计要求和混凝土的吸收能力确定 ； 高性 能混凝土由于密实度高， 吸收液体速度慢， 一次施工用量不宜 超过 2 0 0 g ／ m： ， 若过量喷涂， 会引起膏体喷涂施工后 ， 膏体能顺 利液化却难以迅速被吸收， 造成物料流挂严重 ， 损失加大； 硅烷 膏体一般只需要施工一遍 ， 如确需喷涂第二遍硅烷膏体 ， 可在 第一遍喷涂施工6 - 8 h后， 待混凝土构件表面干燥后施工。 ( 4 ) 施工设备： 大面积施工建议使用无气喷涂设备 ， 施工效 率高， 可以减少原材料的损耗； 小面积施工可使用刷子或刮刀； 施工时如 突然下雨 ， 立 即停止施工 ， 并仔细盖好 已施工构件 ， 防 止因淋雨造成硅烷活性成分在固化前流失， 影响施工效果。 ( 5 ) 养护 ： 硅烷施工后至少保证 2 4 h内不得淋雨 ， 自然风 干； 为确保理想的处理效果， 在夏季应保持表面干燥至少 3 6 h 以上 ， 冬季至少干燥 7 2 h以上。 ( 6 ) 混凝土在喷涂硅烷膏体几小时后表面干燥 ， 但颜色仍 较深 发暗 ， 需要 养护几天时 间才能恢 复到原来的颜色 ， 产生较 好的表面憎水效果， 一周后防护效果最佳。 7 提 高基建工程寿命是促进节能减排和建设 生态文明的重要途径 2 0 0 9年 l 2月 7日一 l 8日， 在丹麦首都哥本哈根， 超过 8 5个 国家元首或政府首脑 、 1 9 2个国家的环境部长和其他官员们参 7 2 加了联合国气候会议， 商讨《 京都议定书》 一期承诺到期后的后 续方案，准备就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。 本次会议的焦点和难点： 在责任共担的前提下， 如何有差别地 认定发达国家、 发展中国家和最不发达国家的温室气体减排额 度?中国政府已明确承诺， 到 2 0 2 0年将国内单位 G DP能耗( 即 碳强度 ) 较 2 0 0 5年削减 4 0 ％至 4 5 ％。 在全球气候变化的大背景 下， 大力推进节能减排 ， 促进低碳经济发展 ， 既是救治全球气候 变暖的关键性方案， 也是实践科学发展观的重要手段。 中国工程院唐明述院士多次指出， 提高基建工程寿命是最 大的节约 。 坚持正确的全寿命设计理念， 即在全寿命期里投资 最省 ， 而不仅仅是建设期内投资最省， 只有这样， 我们才会真正 重视耐久性问题， 而且愿意为提高耐久性付出经济代价。要提 高混凝土结构耐久『 生 和使用寿命， 基础工作是保证混凝土质量， 但对于重要混凝土工程中受环境严重影响( D、 E和 F级) 的结 构部位， 应鼓励基础工作和特殊防腐蚀措施的优化组合运用， 从 而起到多方面多阶段的防护作用 ， 使结构寿命达到更高的要求。 在今后的工业化和现代化进程中， 中国将会面对更大的环 境 和资源压力 ， 因此大力推进低碳经 济和节能减排 ， 减少温室 气体排放， 努力建设物质文明、 精神文明和生态文明， 持走可持 续发展道路是我国的必然选择。 选用最新的硅烷膏体防护剂延 长混凝土基建工程寿命就是最大的节约， 是实现节能减排和建 设生态文明目标的重要途径。 8结束语 WR G 一 9 0 8 硅烷膏体防护剂技术先进、 施工方便、 安全耐久、 经济环保， 已得到国家权威机构的认可和推荐。委托上海同济建 设工程质量检测站对 WR G一 9 0 8硅烷膏体防护剂进行了第三方 检测， 产品质量合格。 当前全社会都在大力倡导低碳经济， 努力节省能源、 资源、 财力、 人力， 保护环境， 走可持续发展之路。混凝土结构基础设 施可持续发展的出路就是应用现代混凝土养护最新成果提高 混凝土结构耐久性和使用寿命， 尽量减少修补或拆除造成的巨 大浪费。 选用硅烷膏体防护剂作为混凝土结构防腐蚀附加措施 可以显著提高耐久性和使用寿命。 参考文献： [ 1 ] G B ／ T 5 0 4 7 6 --2 0 0 8 ， 混凝土结构耐久性设计规范[ s ] E 京： 中国建筑 工业出版 社， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 过镇海 ， 时旭东． 钢筋混凝土原理和分析( M 1 ． 北京： 清华大学出皈社， 2 0 H0 3 ． [ 3 】 金伟良， 赵羽习． 混凝土结构耐久性设计与评估方法【 M ] ． 北京： 机械 工业出版 社， 2 0 0 6 ． ]中央电视台《 国情备忘录》 项目组． 国情备忘录【 M 】 ． 沈阳： 万卷出版公 司 ， 2 0 1 0 ． 【 5 】陈肇元．土建结构工程的安全性和耐久性【 M 】 ． 北京： 中国建筑工业出 版社 ， 2 0 0 3 ． [ 6 】 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 ． [ 7 】唐明述． 提高基建工程寿命是最大的节约[ R ] ． 作者简介 ： 单位地址 ： 联 系电话 ： 戴建才( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 硕士， 工程师， 从事于硅烷浸渍材料和 相关有机硅防护新材料的开发和推广。 张家港市扬子江国际化学工业园南海路 9 号( 2 1 5 6 3 4 ) O 51 2 —5 6 3 5 7 8 9 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m