硅烷抗水剂在混凝土防护中的应用

崔 巍

(黑龙江省交通科学研究所)

0 前言

水泥混凝土桥梁和路面在公路建设事业的发展上起到了巨大的作用，但同时也出现了一些技术和质量问题，主要是耐久性不足造成的路面、桥面早期损坏问题，而且这些问题在近几年已经突出地摆在世人面前。桥梁的主要病害是混凝土裂缝、表面开裂与剥蚀、骨料与钢筋裸露、钢筋锈蚀、混凝土碳化等。桥梁病害中多发且危害最大的是桥墩水位变化区域混凝土剥落和钢筋锈蚀。水泥混凝土路面的主要病害体现为有的面层局部发生裂纹、起皮、麻面、坑洞等损坏，有的是纵横向裂缝、交叉裂缝和板角裂缝等，影响路面通车质量。尤其是在气候严寒、水文地质条件不良地区，其早期损坏现象更为严重影响混凝土桥梁结构耐久性的主要内在因素有很多，诸如钢筋锈蚀、混凝土碱集料反映和混凝土冻融循环损坏等等。这些破坏过程都少不了水的存在和参与，即水的侵蚀。黑龙江省地处高纬度、严寒地区，受到冰冻作用的程度更为强烈，因此防水技术问题造成的桥梁结构的早期损坏问题更为严重。

可见，混凝土防水，对路面和桥梁结构的使用性能，尤其是对结构的耐久性的影响，起着至关重要的作用。混凝土防水是结构防腐的第一道屏障，有了防水屏障，就会大幅改善桥梁结构的运营安全性，从而大大提高结构的耐久性。作为国家交通运输体系重要组成部分的路面和桥梁结构，其耐久性和安全性迫切需要加以改善。因此，做好混凝土的防水防护意义重大，针对黑龙江省寒冷地区，开展混凝土防水技术的研究，并将此项技术在实际工程中加以应用，符合黑龙江省公路建设的需要，同时也符合“预防性养护”新思维。

1 硅烷浸渍技术简介

“硅烷浸渍”就是将无色、透明、无味、渗透型的硅烷混凝土保护剂产品，均匀地喷涂到水泥混凝土表面，凭借先进的科技与质量，不仅能防水、防冻融循环对混凝土的持续性损害，而且还能抵御氯离子(除冰盐，融雪剂)的侵蚀，极大地延长了寒冷环境下混凝土的使用寿命。这种方法已被很多重大工程所采用，俗称“硅烷浸渍”。据国外文献报导，用硅烷抗水剂浸渍混凝土，只要施工得当，渗透层(DOP)可达2.0 mm以上，混凝土使用寿命可延长8～10年。

硅烷抗水剂的活性化学成分为异丁基—三乙氧基硅烷，公路及桥梁工程专用型为JC-9802型。这种硅烷抗水剂产品的优点是。

产生憎水性，抑制水分渗入基体中，透气性好，可调节湿度，紫外线稳定，减少体积变形，增加处理层的使用寿命，小分子结构，深入渗透到混凝土内部，不会改变混凝土的外观和颜色，优异的抗氯离子能力，耐酸碱腐蚀，减少由于冻融和风化产生的开裂和剥落，从而提高基材的使用寿命。

至今为止，应用过硅烷抗水剂的工程包括:美国匹兹堡钢铁大厦、美国宇航大厦;澳大利亚悉尼歌剧院混凝土结构、澳大利亚TOWNSSVILLE码头;英国SEVERN大桥，英国M5伯明翰大桥;新加坡樟宜码头;台湾高雄机场跑道工程等等。美国匹兹堡钢铁大厦使用道康宁有机材料历经40年，至今完好无损。美国宇航大厦于2002年建设时使用了道康宁防水系列产品(地下、屋面、混凝土养护、石材养护等)。芝加哥理工学院大厦防水工程施工失败后，于1992年选用道康宁产品，至今使用完好。澳大利亚悉尼歌剧院混凝土结构体使用道康宁抗水剂进行了全面养护。

利用硅烷活性物质的渗透性，并与混凝土基材中的碱性物质作用，可以生成几毫米至十几毫米厚度的憎水薄膜，这层憎水薄膜在混凝基材表面以下，所以不会因喷涂而改变混凝土表面的外观，也不会因表面磨损而破坏防水薄膜，从而提高混凝土表面的防水、抗渗能力，进而提高混凝土的抗冻融能力，防止氯离子对混凝土的损害，抵御除冰盐、融雪剂对公路混凝土路面的盐腐蚀破坏，增加混凝土的耐久性，有效地延长高寒地区混凝土公路的使用寿命，降低其维护成本。

2 硅烷抗水剂使用性能室内试验研究

室内试验采用浓度为20%的硅烷对混凝土表面进行处理，开展渗透深度、氯离子吸收量降低、氯离子扩散系数试验。

2.1 硅烷渗透深度试验

随着时间的推移，混凝土表面的硅烷能够逐步渗入到混凝土内部一定深度。硅烷在混凝土中的渗透试验结果见表1。

表1 硅烷渗透深度

硅烷在混凝土中的渗透深度与混凝土的强度等级有关，强度等级越高渗透深度越低，这主要是强度高的混凝土具有较低的水灰比，其内部的孔隙数量较少，故渗透深度相对较低。

2.2 氯离子吸收量降低率试验

混凝土试件涂刷硅烷前后的氯离子扩散系数试验结果见表2。

表2 涂刷硅烷前后混凝土的氯离子吸收量降低率

通过表2可以看出，混凝土在涂刷硅烷后，氯离子吸收量均有大幅度的降低，降低率均在93%以上。

2.3 氯离子扩散系数试验

混凝土试件涂刷硅烷前后的氯离子扩散系数见表3。

表3 涂刷硅烷前后混凝土的氯离子扩散系数

从试验数据可以看出，混凝土在涂刷硅烷后，氯离子扩散系数均降低，约降低42% ～48%。

以上两项试验表明，涂刷硅烷的混凝土，可以有效抵抗氯盐的侵蚀作用。

2.4 混凝土抗盐冻试验

涂刷硅烷后混凝土的在氯化钠溶液中的冻融次数见表4。

表4 涂刷硅烷后混凝土的在氯化钠溶液中的冻融次数

试验结果可以看出，在涂刷硅烷后混凝土的抗盐冻能力有大幅度的提高。

3 硅烷抗水剂实体工程应用

在实体工程应用过程中，分别对路面和桥面、墩柱混凝土的防水效果进行了研究。

3.1 现场喷涂混凝土渗入深度试验

经过两个冬季之后，对讷克公路试验路路面、桥面、桥梁墩柱的硅烷渗透深度进行了现场检验。平均渗透深度检验结果见表5。

表5 路面、桥面、墩柱水泥混凝土中硅烷平均渗透深度 mm

现场应用结果表明，经过一定时间，硅烷可通过混凝土表面，以不同程度渗入到混凝土内部，从而提高混凝土的抗水能力，延长混凝土抗水损害的时间，提高混凝土的耐久性。

3.2 现场喷涂路面混凝土吸水率试验

水泥路面、收费站路面现场喷涂混凝土吸水率试验结果见表6。

硅烷处理后的混凝土，吸水率有所降低，说明硅烷可以有效防止水分侵入混凝土内部，避免造成强度降低，从而达到较好的防水、抗水效果，提高混凝土材料的耐久性。

通过照片对比可以看出，未经硅烷处理的水泥路面，表面洒水后，水分立即渗入到混凝土空隙中，经过硅烷处理的水泥路面，表面水分形成漫流，不会渗入到混凝土内部，具有良好的防水效果。

表6 喷涂硅烷的水泥混凝土路面吸水率

3.3 桥面栏杆基座损坏情况

同样暴露于自然环境，经硅烷处理的“联众桥”桥面及人行道混凝土虽经历两个冬季的冰冻作用，其混凝土表面状况仍比较完好，无严重脱落现象。而处于同样条件的另一侧未经硅烷处理的人行道混凝土，则明显出现表层剥落现象。

4 结论

室内试验和现场应用的结果表明，采用硅烷抗水剂对路面和桥梁混凝土表面进行喷涂处理，可以取得良好的防水、抗水效果，降低吸水率。硅烷抗水剂有利于提高混凝土的抗冻性、改善混凝土的路用性能，特别是耐久性。硅烷抗水剂的使用可以有效降低氯离子的吸收和扩散，提高抗盐冻能力，保护水泥混凝土不受冻融、盐冻以及盐腐蚀的效果，有利于路面、桥梁混凝土的冬季养护，能够有效延长混凝土的使用寿命。利用硅烷处理水泥路面、桥面以及桥梁下部结构，可以有效提高混凝土抵抗恶劣自然环境的能力，抑制混凝土病害的发生，降低混凝土表面损坏的发生率。为保证硅烷处理的效果，施工时须采取措施，保证所用材料合理、配比准确、施工工艺合理，并应在合适的气候条件施工。建议气温较低，风速较大时不进行硅烷喷涂施工。

总之，使用硅烷抗水剂，有利于提高水泥路面和桥梁混凝土的综合使用性能，适用于公路、桥梁工程建设和养护。