改性水性硅酸盐对混凝土保护作用的探讨研究

孙昌军

（浙江赛凡新材料有限公司）

0 前言

混凝土属于碱性物质，只有保持混凝土的这种碱性，才能维持混凝土应有的强度和耐久性。而混凝土在自然界中裸露的话，就会遭受雨水，紫外线，油污等的侵蚀，通常雨水为弱酸性，但在大气严重污染下，雨水的酸性变得更强，这样的酸雨会使混凝土逐渐失去碱性，日趋中性化，日久天长， 混凝土就会疏松，失去强度，从而缩短使用寿命。同时，雨水也会逐渐渗透腐蚀 钢筋，混凝土表面也会经常出现锈迹斑痕，影响外观。

国外也有很多种有机硅保护剂产品，如异丁基硅烷、辛基或异辛基硅烷，通过在混凝土表面刷涂长链硅烷偶联剂起到保护混凝土的作用，然而这样成本太高，而且长链硅烷偶联剂对混凝土强度几乎没有什么帮助。本文通过无机酸和有机硅偶联剂改性碱性硅酸钠和硅酸锂的方法，在混凝土表面涂刷改性水性硅酸盐达到增强和保护混凝土的效果。

1 主要试验材料与试验方法

1.1 主要试验材料

（1）硅酸钠溶液 工业级 浓度38.5% 模数3.2-3.4

（2）硅酸锂溶液 工业级 浓度22% 模数4.8

（3）磷酸溶液 试剂级 浓度 ≥85%

（4）甲基三甲氧基硅烷 工业级 浓度99% 分子量 136.22

（5）丙级三甲氧基硅烷 工业级 浓度99% 分子量 164.2749（6）50% KOH溶液

（7）10cm*10cm*10cm C25混凝土块 15块

1.2 试验方法

（1）莫氏硬度 应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕，习惯上矿物学或宝石学上都是用莫氏硬度。用测得的划痕的深度分十级来表示硬度（刻划法）：滑石1（硬度最小），石膏2，方解石3，萤石4，磷灰石5，正长石6，石英7，黄玉8，刚玉9，金刚石10。

（2）耐磨度 在规定压力下使用旋转的砂轮或砂纸摩擦物件表面，规定转数下试样的重量损失或厚度减少。

（3）抗水份渗透a% 在同等时间内，水份渗透到混凝土块里面的量a%=水份渗透的量/时间

2 试验结果和分析

本研究利用硅酸盐经无机酸和有机硅烷偶联剂进行复合改性处理，有机硅偶联剂采用甲基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷等，无机酸采用磷酸。经无机物和有机硅偶联剂对水玻璃复合处理后，硅酸盐的粘结能力，干燥速度，防水性都有很大程度的提高。

（1）酸改性硅酸盐 在1000m1的容器内将X克的硅酸钠溶液和少量的硅酸锂溶液搅拌混合均匀，在另一个 500m1的烧杯内称取适量水和 Mg磷酸（X/M=100/1,100/2,100/3,100/4）并混合均匀！在硅酸盐搅拌的情况下，将磷酸的水溶液快速加入硅酸盐溶液中。这样做的目的是提高硅酸钠的模数，从而提高硅酸钠的耐水性，同时硅酸锂和硅酸钠之间能够很好结合。

表1 硅酸钠和磷酸的质量比（X/M）

根据表1 磷酸的量最后我们选择了100/3试验的最佳量。

我们把这时的溶液标称为S溶液。

（2）偶联剂改性 在500m1的烧杯中称取少量W可水，在水中滴入微量的磷酸，在搅拌的情况下加入适量的甲基三甲氧基硅烷和丙级三甲氧基硅烷混合物，随着时间的延长，硅烷慢慢的水解，溶液也逐渐的透明，待溶液完全透明后，将溶液加入50%的氢氧化剂溶液中，从而得到稳定的带有丙基基团的防水剂。

此时的溶液我们标称为Y溶液。

（3）混凝土块的强度和渗透性 将15块混凝土块分成三组，A组为空白样块；B、C两组浸涂在上述S和Y按比例混合的混合溶液10min，然后取出。 两日后，待B、C组表面的液体全部干燥后开始测试。测试结果如表2

表2 混凝土样块的各种性能对比

3 、前景

近年来，我国商品混凝土发展迅速，据不完全统计，2012年中国商品混凝土产量接近7.9亿立方米，同比2011年的6.9亿立方米增长了14.49%,可是很多钢筋混凝土结构的耐久性受到很大影响，锈斑、细微裂缝等轻微破坏处变得很普遍。

过去，混凝土防护大多采用涂料，但常规涂料都有一个共同的致命缺点，就是耐紫外线差，暴露在大气中容易受到空气、水汽、阳光的作用，使涂料的高分子链断裂或者老化，从而影响涂层的使用年限。

本文通过改性水性硅酸盐目的在于提高混凝土的表层密实度，抗渗性和耐蚀性等，混凝土的主要成分为 SiO2，水性硅酸盐的主要成分为硅酸根离子，通过大量硅酸根离子与水泥里游离的Ca2+、Mg2+发生硅钙反应，生产不溶于水的硅酸钙、硅酸镁从而填充混凝里的孔隙，提高混凝土的交联度，增加密实度和混凝土强度；而有机硅的自交联干燥后在混凝土表面形成一个致密的保护层，这样就能够与基材水泥牢固结合在一起。

改性硅酸盐的优势：

1、原材料丰富，成本低廉

原材料无机硅酸盐（硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂）我国是硅酸钠的生产大国，始于1883年，目前生产能力和产量居世界第一位，目前，全国生产企业有200多家，主要集中在山东、江苏等地区；硅酸钠今年来生产能力发展迅猛，进入了快速增长期。硅酸钠2004年生产能力为110万吨，2009年达到200万吨，年增长率为16%，达到世界总产量的36%。

2、生产简单，投入少

生产工艺简单，基本只需搅拌设备，不涉及反应器和加热设备！投入少，操作简单！

3、VOC低，施工简单

除了丙基偶联剂水解过程中产生少量的醇，此时的少量醇也是被大量的水所稀释，其他所有的步骤都是在水性体系下进行。

4、耐候性好

硅材料在阳光直射、水汽、酸雨等恶劣的气候条件下，能保持材料性能不变，是半永久性材料。

4 、结论

改性后的硅酸盐溶液能有效地堵塞混凝土内部微细裂缝和毛细空隙，使混凝土结构具有持久的防水功能和更好的密实度及抗压强度。渗透深度深，同时还能有效地阻止酸性物质对混凝土的侵蚀。更可以抗氯离子对混凝土的破坏侵蚀。对混凝土里面的钢筋也有一点的保护作用。

大量的公路、桥梁、码头、沿海建筑物的保护，都是我们的广阔市场！我国大量的工程处于维修和保养期，其中大部分混凝土构件表面需要进行保护处理，新型保护材料有着十分广阔的市场。有关长期的跟踪试验，目前还在继续。