有机硅含量对混凝土抗渗性能的影响.pdf

张 明等： 有机硅含量对混凝土抗渗性能的影响 有机硅含量对 混凝 土抗渗性能 的影响 张明， 李春宝， 肖光辉 ( 中国石油大学储 运与建筑工程学I- I - 木工程系 山东青岛2 6 6 5 8 0) 【 摘要】 将不同比例的有机硅掺杂到水泥混凝土中， 得到了有机硅聚合物的改性混凝土 ， 并从抗氯离子渗 透能力以及吸水性等方面， 来分析有机硅含量对混凝土抗渗性能的影响。研究结果表明： 当有机硅含量达到水泥 用量的 7 时， 表现出最佳的抗氯离子渗透性能以及较低吸水率； 当用量超过 7 时， 其性能开始下降。可见， 虽然 有机硅聚合物能够改善混凝土的抗渗性能， 但其含量并不是越多越好， 而是存在一个较佳值。这一研究结果对于 有机硅改性混凝土在实际应用中提供技术参考。 【 关键词】 有机硅； 混凝土； 抗氯离子渗透； 吸水性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 2 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 0 1 0 2 混凝土耐久性与抗渗透性是衡量混凝土质量的重要指 标 ， 直接关系到建筑物的使用寿命H 。有机硅聚合物的出 现， 能够显著提高混凝土的疏水性能、 抗氯离子渗透性能及 抗冻融能力， 继而显著改善混凝土的综合性能【 4 J 。但是当 前对于有机硅材料改善混凝土性能的研究中， 主要是将有 机硅材料作为一种涂层， 通过相应的涂层技术或者浸渍方 式将 其覆 盖在 混凝土 表面， 以达到对 混凝 土的 防护 目 的 ， 而对于将有机硅材料掺杂在混凝土中的研究 比较 少。文中通过将不同比例的有机硅掺杂在水泥 中， 制备出 有机硅含量不同的有机硅改性混凝土， 并对其抗氯离子渗 透性能以及疏水能力进行了研究。 1 作用机理 由于混凝土中存在一定数量的活性羟基， 导致其成为 一 种亲水材料。而有机硅聚合物具有低表面能和较高的抗 氧化性等优点， 使其具有良好的疏水性 ， 且有机硅材料与混 凝土具有极强的化学亲和力， 所以能够改变混凝土的表面 特性。原因是具有活性烷氧基的硅烷可依靠其中的活性基 团形成网状硅氧烷膜 ， 而这种硅氧烷膜的表面张力很低， 可 以均匀分布在多孔的混凝土试件的微孔壁上 ， 不会堵塞毛 细管通道 ， 由于水在这些微孔壁的接触角超过了 1 0 0 。 ， 使得这些水滴在毛细管壁上变成细小的水珠 ， 从而导致水 滴不能渗透到混凝土内部 ， 且这种网状结构能够对混凝土 中的空隙进行填充， 因此它表现出优异的疏水性能。所 以 在混凝土中掺杂一定含量的有机硅聚合物就具有优良的疏 水性能， 能够阻碍水分的渗透， 加上其不会封闭混凝土微孔 壁上的毛细管通道 ， 因此不会阻碍水气向外扩散， 最终使基 材表现出具有的透水性能。在混凝土 中掺杂一定数量的有 机硅聚合物， 能够显著降低水分的渗入量， 同时也阻碍了诸 如 c l 一 以及硫酸根离子等离子的渗入； 另外 ， 由于有机硅材 料与混凝土相互作用时产生了稳定的化学物理键 ， 能够抑 制裂纹的萌生和扩展 ， 从而起到保护混凝土的目的， 延长它 的使用寿命。 2实验与方 法 2 1 原材料的制备及 比例 文中采用碎石、 砂 、 水泥、 有机硅进行制备试样 ， 其中碎 石的平均粒径为 2 0 m m， 砂的细度模数为 2 5 ， 中砂； 水泥为 3 2 5 普通硅酸盐， 有机硅为含氧基的硅烷偶联剂， A一1 8 7 。各 成分比例为： 水泥： 砂： 碎石： 水石= 3 2 0 ： 6 5 0 ： 1 2 6 4 ： 1 6 0 ， 有机硅含 量分别为水泥用量的 1 、 3 、 5 、 7 及9 ， 如表 1 所示。 表 1 混凝土的各成分比例 2 2 后续性能测试方法 ( 1 ) 抗氯离子渗透实验。将制备好的有机硅混凝土 试样及不含有机硅的混凝土试样置于 3 的 N a C I 溶液中， 时间为 2 8 d ； 实验完毕后 ， 将试样取出， 将其进行切割、 磨粉。 将切割成小尺寸的混凝土试样放入干燥箱中烘干， 温度为 6 0。 C， 持续时间为 2 4 h ， 然后在球磨机上将小试样磨成粉 状 ， 采用离子色谱仪对粉末中的氯离子进行测定。 ( 2 ) 吸收率试验。将各试样至于水中， 在一定的时间 内取出试样 ， 用棉花将试样表面的水擦干净 ， 随后对试样进 行重量测试 ， 得到混凝土在不同的时间内的吸收量在此基 础上计算出混凝土的吸收率。 ( 3 ) 电通量试验。将各混凝土试样放在 2个 电解曹 内， 然后通电， 电压为 6 O V， 每隔 5 2 0 m i n测量 1次试样的 电流值。试验持续3 6 0 m i n ， 根据电流 一时间的曲线来换算 累计电通量。 3结果与分析 ( 1 ) 吸水率结果分析。图 1所示的是有机硅含量不 同的混凝土试样在不同的时间内的吸水率。从图中可知 ， 不含有机硅聚合物的混凝土试样 F在 7 h的吸水率最高， 约 2 低温建筑技术 2 0 1 3年第 9期( 总第 1 8 3期 ) 为2 2 5 0 g in ， 而掺杂一定含量有机硅的混凝土， 其吸水率 明显下降， 且随着有机硅聚合物含量的增加， 其吸水率先下 降后增加， 当有机硅含量达到 7 时， 在浸泡时间为 8 h时 ， 其吸水率最低， 约为2 7 5 g in ， 而有机硅含量为 9 时， 其吸 水率又开始上升 ， 约为 4 5 0 g m 。可见， 掺杂有机硅材料的 混凝土在相同时间内的吸水率要显著低于未掺杂有机硅的 昌 瓣 苌 时间， h 图1 混凝土试样吸水率测试结果 褪 混凝土。原因归咎于有机硅材料具有较低的表面张力， 使 其具有较好的疏水效应 ， 将有机硅材料掺杂到混凝土后， 使 含有有机硅的混凝土试样的疏水性能得到提高 ， 最终显著 改善了有机硅混凝土的抗渗性能， 当有机硅含量达到 9 时， 可能由于其与水泥反应不充分， 将混凝土试样的微孔壁 上的部分毛细管通道堵塞了， 影响了它的透水性能。 图2 混凝土试样的氯离子渗透曲线 ( 2 ) 抗氯离子渗透性能分析。图2是有机硅含量不 同的混凝土试样的试验结果。从图中可知， 掺杂一定 比例 的有机硅聚合物的混凝土中所含的氯离子量要显著低于普 通混凝土 ， 且随有机硅聚合物含量的增加， 其氯离子渗透深 度先减小后增大。不含有机硅材料的混凝土试样 ， 在浸泡 2 8 d 后 ， 其氯离子的渗透深度达到 2 0 mm， 当有机硅含量为 7 时， 氯离子的渗透深度减小到 4 mm， 而当有机硅含量增 加到 9 时， 其氯离子的渗透深度又开始增加， 约为 6 m m。 这归咎于氯离子的渗透需要以水作为载体才能实现的。从 前面的吸水率测量结果可知 ， 在混凝土中掺杂一定比例的 有机硅可显著降低混凝土吸水性， 提高防水抗渗性， 而当有 机硅含量超过 7 ， 由于影响了微孔壁上的毛细管通道的透 水性能 ， 使得氯离子的渗透深度又开始增加。 ( 3 ) 电通量实验结果分析。电流是由正负离子的定 向运动所形成的。而水是各种离子的载体， 离子的定向运 动对电流的形成起着决定性作用。基于此原理， 采用电通 量实验方法 ， 通过得到含有机硅的混凝土试样和未掺杂有 机硅材料 的混 凝土 试 样 中电 流强 度与时 间 的关系 ， 来 进一 步检验有机硅含量对混凝土抗渗性能的影响， 结果见图 3 。 从图中可知 ， 掺杂有机硅的混凝土试样， 其产生的电流要显 著低于未掺杂的试样， 且随着有机硅含量的增加 ， 电流强度 先减小后增加。在通电 3 4 03 6 0 m i n时间段内， 未掺杂有 机硅的混凝土试样的电流强度为 1 3 5 m A， 当有机硅含量增 加到 7 时， 其电流强度最低 ， 约为 3 0 mA， 当有机硅含量增 加到 9 时， 其电流强度增加到 5 7 m A。以上结果表示， 有 机硅能显著改善其抗渗性能， 但有机硅含量并不是越多越 好， 而是存在一个最佳值。印证了上述抗渗性能试验结果。 4结语 文中将有机硅聚合物掺杂到混凝土中， 研究了不 同的 有机硅含量对混凝土的抗渗性能的影响。结果表明： 有机 硅聚合物能够显著改善混凝土的抗渗性能， 且随着有机硅 含量的增加， 混凝土试样 的抗渗性能先提高后开始削弱。 当有机硅含量达到 7 时， 其抗渗性能最好 ， 能够增强混凝 童 鼎 艉 蓝 1 时间 rai n 图3 有机硅含量不同试样电通量测试结果 土的疏水作用， 继而降低混凝土的吸水性能， 降低氯离子的 渗透深度 ， 其电流强度显著降低。综上所述， 适当含量的有 机硅聚合物能够显改善混凝土的抗渗性能， 但是其含量并 不是越多越好 ， 而是存在一个最佳值。 参考文献 1 陈建良， 倪竹萍 强化处理改善再生骨料混凝土性能试验 J 低温建筑技术， 2 0 1 1 ， ( 2 ) ： l 4 1 6 2 郭平功 ， 魏勇 掺有 机硅 防水 剂混 凝 土抗 C l 侵蚀 的研 究 J 低温建筑技术， 2 0 1 1 ， ( 4 ) ： 2 1 2 2 3 丁硎 ， 唐 美红 有机硅 一种新型 的混凝 土保护 材料 J 化学建材 ， 2 0 0 2， ( 5 ) ： 3 1 3 2 4 盖盼盼， 姜琳琳， 刘超 混凝土防护涂层研究进展 J 上海材 料 ， 2 0 1 1 ， 4 9 ( 5 ) ： 4 2 4 5 5 】 李柯， 等 有机硅改性丙烯酸乳液防护涂层的合成及其对混 凝土性 能的影响研究 J 新建筑材料 ， 2 0 0 7， ( 4 ) ： 1 2 6 陈少鹏 有机硅改性环氧树脂的合成和性能研究 D 厦门： 厦门大学 。 2 0 0 7 7 党俐， 陆文雄 新型混凝土防护涂层的合成及其性能研究 J 混凝土 ， 2 0 0 6， ( 1 O ) ： 9 1 9 3 8 A G e r d e s 。 D O e h mi c h e n ， B P r e i n d C h e mi c M rea c t i v i t y o f S i l a n e s i n c e m e n t b a s e d m e ri M s c P r o c e e d i n g s o f H y d m p h o b i c W a t e r Re p e l l e n t t r e mme n t o f Bu i l d i n g Mme riMs ， Z u ric h， Ae d i fi c a t i o Pu b l i s h e r ，2 0 0 5：4 7 5 8 9 刘杰胜， 郑雄贞， 邹民虎 有机硅改性混凝土防水抗渗性能研 究 J 材料研究 ， 2 0 1 3， ( 2 ) ： 8一l 0 1 O 李建生， 刘 方 膏体硅烷对高性能混凝土耐久性影响的试 验研究 J 材料研究 ， 2 0 1 2， ( 4 ) ： 4 3 4 5 收稿 日期 2 0 1 30 42 8 作者简介 张明( 1 9 7 6一) ， 男， 山东青岛人， 硕士， 讲师， 研 究方向 ： 混凝土改性技术研究。 8 6 4 2 O 8 6 4 2 1 l 1 1 1 O O 0 0