硅烷对混凝土结构表面防护处理探讨,建筑工程论文

　　在自然环境与荷载的长期作用下，桥梁结构物的耐久性与病害状况十分严重，在役的混凝土桥梁钢筋锈蚀、混凝土开裂的现象十分普遍，黑龙江省由于地理环境影响，桥梁结构耐久性现状比较严重。硅烷类产品与无机硅酸盐材料（如混凝土、砖、瓦等）有很好的亲和力，从而使它牢固地和基材连接起来，并在表面形成憎水层，改变这些硅酸盐材料的表面特性，对水稳定又能起疏水作用，能显著降低混凝土的吸水性；由于没有封闭基材的毛细管通道，混凝土中的水分可以化为水蒸气自由蒸发出去，使基材具有较好的透气性，使混凝土内部保持干燥；其相对分子质量较小，渗透性强，可在基层内 2 ~10 mm 的毛细孔内壁形成一层均匀致密且明显的立体憎水结构网络，使材料表面形成永久的保护层，降低有害离子的渗透速度，防止钢筋锈蚀；其耐紫外线老化能力和耐候性突出，可以实现对结构的长期保护。

　　为了防止桥梁结构混凝土因雨雪侵蚀和撒布除冰盐而造成腐蚀破坏，黑龙江省现已开展采用硅烷表面防护处理技术的设计与施工工作，例如吉黑高速北安至黑河242. 630km 路段上的 133 座桥梁的桥墩全部采用硅烷表面防护处理技术。但是目前对硅烷的表面防护研究还不够深入，尤其是如何使用硅烷进行混凝土结构表面防护处理能够达到最优的防护效果，从而提高高寒地区桥梁的耐久性。

　　1 试验材料及配合比

　　（1）粗骨料：天然粗骨料；细骨料：天然砂。

　　（2）水泥： 62. 5 硅酸盐水泥，青岛山水水泥厂生产的42. 5 级普通硅酸盐水泥，见表 1.

　　（3）有机硅： TEGOSIVIN  HE 328,TEGOSIVIN HP 800,德国 Protectosil MH50 有机硅防水剂，佳程 JC - 9801硅烷混凝土抗水剂（北黑高速取样） .

　　本实验分别采用硅烷的表面防水处理和整体防水处理方法。其中整体防水处理方法使用 HE 328 硅烷乳液，根据前期研究成果和相关文献，硅烷用量采用水泥重量的0. 5% ,2% 和 4% ,在搅拌混凝土时直接加入。表面防水处理分别采用硅烷防水剂100g/m2和200g/m2两种用量，通过相同混凝土配合比条件下不同用量比较其防护效果。为了研究在不同 W/C 条件下，硅烷表面防护对混凝土毛细吸水性能的影响，本实验分别采用了两种水灰比，分别是 W/C =0. 5,W / C = 0. 3,具体实验配合比见表 2 ~ 表 4.

　　2 实验结果与分析

　　（1）混凝土表面毛细吸水。相关研究分析已经表明，在高寒地区影响混凝土耐久性的各种破坏过程几乎都与水有密切的关系，提高混凝土结构耐久性的关键是增加混凝土抗渗透能力，降低混凝土表面的毛细吸水量。只要混凝土表面的毛细吸水量低，就可以很好地抵抗水和溶解在水中的侵蚀性介质浸入，就可以改善或提高水泥混凝土的耐久性。

　　当混凝土表面与水接触时，水将通过混凝土的毛细吸附作用侵入其内部。在不考虑重力影响的情况下，当吸水为一维方向进行时，混凝土的吸水量可以采用与时间平方根相关的线性方程来表示，即符合“时间开方定律”,如式所示。

　　式中，ΔW 为混凝土的单位面积吸水量，g/m2; A 为吸水系数，g（m2·h0. 5） ; t 为吸水时间，h.

　　为研究混凝土表面的毛细吸水性能，参照 ISO 15148 对其进行吸水试验。在混凝土试样养护 28d 后，将试件置于105℃ 烘箱内烘干 24h 至试件质量基本恒定；随后对除与水接触面外的其余4 个侧面全部用树脂密封，以确保吸水沿一维方向进行；将试件放入平底的盛水容器中，底部用垫块支撑，向容器中倒入水，直到液面高出试件底面（5 ±2） mm; 在规定的吸收时间（0. 5、1、2、4、8、24、48、72 h）取出试件，擦拭表面的液态水后称量，得到混凝土在不同时间的吸水量。

　　不同防水处理方式的混凝土随吸水时间变化的吸水量曲线如图 1 所示，将相应吸水量曲线进行线性拟合，得到不同防水处理方法的吸水系数，拟合结果见表 5.

　　根据实验数据可知，采用硅烷进行防水处理能够大幅降低混凝土表面的毛细吸水性能，W/C =0. 5 的配合比混凝土表面防水处理的下降幅度在 80% 左右，表面防水处理的效果要优于整体防水处理效果。另外，硅烷用量 100g/m2和 200g/m2的毛细吸水系数相差不大，考虑经济因素，100g/m2的硅烷用量完全可以满足要求。但是由于该组配合比水灰比过大，孔隙多，导致整体防水效果并不理想，吸水率值并没有达到国家规范要求。

　　根据以上实验数据可知，W/C =0. 3 配合比混凝土的毛细吸水系数小于 W/C =0. 5 配合比混凝土毛的细吸水系数，这是由于水灰比越小，混凝土的用水量越少，当达到相同的工作性能时，用水量少的混凝土更加密实，毛细孔隙少，其毛细吸水量也减少，这与其他学者的前期研究成果是一致的。在相同的配合比条件下，W/C 均为 0. 3 时，胶凝材料用量增大时，其毛细吸水量减少。在 W/C = 0. 3 使用佳程 JC- 9801 硅烷进行表面防护处理，在用量为 100g / m2时，毛细吸水分别下降93. 3%和94. 6%,见图2.说明该硅烷防水效果良好。

　　（2）混凝土氯离子扩散性能。混凝土的抗氯离子渗透能力是评价混凝土耐久性的重要指标。将硅烷表面防护处理和硅烷整体防水处理后的混凝土样品，按照 ASTMC1202 的规定进行快速氯离子扩散试验，依据在 6h 试验中通过的电量的多少来评价混凝土抵抗氯离子渗入的能力。

　　混凝土试样采用直径 100mm,厚度 50mm 的混凝土薄片。试样的侧面采用树脂覆盖。首先试样放入负压 900mb的真空容器中 24h,然后将试样一端浸入 3. 0 % NaCl 溶液，一端浸入 0. 3mL NaOH 溶液，两端保持 60V 的电压，测试6h,每隔 30min 记录一次读数。为了观察氯离子的浸渍深度，测试后的样品被劈开，并喷硝酸银溶液。无色的硝酸银与氯化钠反应生成氯化银，它在光线下很快会变黑。通过测试 6 个点并取平均值可知氯离子的浸渍深度。

　　不同防水处理方式的混凝土的电通量和氯离子扩散系数如图 3 所示。

　　通过以上结果，表面防水处理的电通量与氯离子扩散系数性能均优于整体防水处理，同时，200g/m2用量的效果优于 100g/m2的硅烷用量。

　　3 结语

　　（1） W/C =0. 5 的混凝土试块的毛细吸水大于 W/C =0. 3 的混凝土试块，相同配合比的混凝土试块，胶凝材料用量少的毛细吸水大于胶凝材料用量多的，当采用硅烷表面防护处理后，毛细吸水均大幅下降，其中 W/C = 0. 3 的混凝土试块下降幅度更大。

　　（2）硅烷表面防护处理中随着硅烷用量增加，防护效果也随之增强，但当硅烷用量分别为100 g/m2和200g/m2对于硅烷的防护效果区别不大，考虑经济因素，建议表面防护处理硅烷用量为 100g/m2.

　　参考文献：
　　[1] 蒋正武 . 硅烷浸渍混凝土防水效果的现场评价方法[J]. 中国港湾建设，2006,10: 27 -29.
　　[2] 吴平 . 硅烷浸渍剂在混凝土保护中的应用研究[C]∥第四届混凝土结构耐久性科技论坛论文集 .