水性膏体辛基硅烷在混凝土防护中的应用

2020-01-01郭超罗庚望焦钰钰郭鹏

商品混凝土 2019年12期

郭超，罗庚望，焦钰钰，郭鹏

（广东龙湖科技股份有限公司北京技术中心，北京 100076）

0 前言

混凝土因其具有的优异的抗压强度、耐久性良好、原材料丰富等原因被广泛应用在建筑、桥梁、道路等土木工程中，是不可或缺的原材料之一。一般建筑设计中混凝土的使用寿命可达70年甚至更久，但目前我国很多混凝土工程的实际使用寿命往往无法达到最初的设计年限，在10～20年左后就需要重新进行修补加固[1]。沿海地区海水冲蚀、三北地区雪后路面抛撒的除冰盐侵蚀、冻融破坏等也是造成混凝土使用寿命大大缩短的重要原因。为了解决这一问题，延长混凝土使用寿命，对于混凝土材料的保护就尤为重要。

硅烷类防护剂在混凝土建筑防水中的表现非常优异，与聚丙烯酸、环氧树脂及聚氨酯等成膜性的涂料有所不同，有机硅憎水剂形成的防水膜不会将混凝土或其他建筑材料表面的孔隙全部封闭，而仅仅是在孔隙壁上形成了一层极薄的薄膜层，该膜可禁止液态水渗入孔洞，但对于非极性的空气分子仍能穿过[2]，即具有透气不透水的功能。涂刷硅烷类防护剂后可使混凝土的吸水率大大降低，有效抵御氯离子侵蚀和冻融的破坏，同时其无色透明的特性不会影响混凝土表观状态，保持混凝土自身的自然美观。因此，硅烷类憎水防护剂在混凝土防护中具有广阔的应用前景。

1 试验研究

1.1 原材料

异辛基硅烷，湖北某公司。

乳化剂：司盘60，天津市光复精细化工研究所；吐温60，天津市光复精细化工研究所；TX-50，杭州久灵化工有限公司；十二烷基硫酸钠，天津市福晨化学试剂厂；单硬脂酸甘油酯，天津市福晨化学试剂厂；聚乙二醇 PEG-1500，北京精求化工有限责任公司。

1.2 水性辛基硅烷乳膏制备

将除 PEG-1500外的所有乳化剂按比例称取后加入异辛基硅烷中，加热搅拌使其溶解，将 PEG-1500与水的混合溶液倒入之前的混合液中，转速1000转/分，分散30分钟即可制得水性辛基硅烷乳膏膏体。

1.3 水性硅烷膏体性能测试

1.3.1 流变性能的测定

（1）测试仪器：Brook field 粘度计。

（2）测试温度：25℃。

（3）测试方法：采用6r/min、10r/min、12r/min、20r/min、30r/min、40r/min、50r/min、60r/min、70r/min、80r/min、90r/min 的转速分别进行测试。

1.3.2 热储存稳定性的测定

将样品装入约1L 的玻璃容器，密封后放入 (60±2)℃ 的恒温箱内，一个月后取出，观察有无漂油、浮水等情况，并记录；然后打开容器盖，轻轻搅拌内部试样，观察试样有无结块、霉变、凝聚等变化。

1.3.3 吸水率比的测定

1.3.3.1 水泥砂浆块的制备

试脸器具：天平（感量0.001g）、水泥砂浆块模具（每个模具内腔尺寸应为75mm×25mm×12.5mm）。

试验步骤：采用符合 GB175—2007《通用硅酸盐水泥》要求的、强度等级为32.5级的普通硅酸盐水泥。水泥∶ISO 标准砂∶水=1:4:0.55，先混合均匀，然后加入模具中捣实，不用脱模剂，震动约10次后，抹平试件表面。在标准试验环境下放置24h，然后脱模，放入 (23±2)℃ 的清水中养护14d，取出后晾干备用。

1.3.3.2 吸水率比试验步骤

（1）将按照1.3.3.1制作的水泥砂浆块放入 (105±2)℃ 的烘箱烘4h 后，在标准条件下放置24h 备用。将膏状样品按照200g/m2的用量涂刷于养护好的水泥砂浆块试验面上，然后在标准试验条件下放置14天，让其自然干燥，再将试件试验面的侧面做封蜡处理，共准备5块。

（2）将处理好的水泥砂浆块用天平称量质量（W0），取5个试验面没有处理、试验面侧面做好封蜡处理的水泥砂浆块，同样分别称量质量（M0）。在标准试验温度下，往干净容器中倒入蒸馏水，蒸馏水液面比搁板高约3mm，将做过憎水处理的试件试验面朝下放在容器中的搁板上，浸24h 后取出试件，用餐巾纸擦干表面水分，然后立即称重（W1）。将5个空白的水泥砂浆块同样浸水24h 取出后餐巾纸擦干表面称重（M1）。

1.3.3.3 结果计算

（1）按式 (1) 计算使用憎水剂处理后的试件的吸水率，按式 (2) 计算未用憎水剂处理过的试件的吸水率：

式中：

A1——用憎水剂处理后的试件吸水率，%；

W0——浸水试验后处理前的试件的质量，g；

W1——浸水试验前处理后的试件的质量，g。

式中：

A0——未用憎水剂处理的试件吸水率，%；

M0——浸水试验前未处理的试件的质量，g；

M1——浸水试验后未处理的试件的质量，g。

将计算出的用憎水剂处理和没有用憎水剂处理的试件的吸水率分别去掉最大值和最小值，取中间3个值的算术平均值作为结果。

（2）按照式 (3) 计算吸水率比：

式中：

B ——试件的吸水率比，%；

1.3.3.4 结果判定

吸水率比≤20% 即为合格。

1.3.4 渗透深度的测定

试验所用混凝土试块尺寸为100mm×100mm×100mm，强度等级分别为 C35、C45、C55三个不同等级。取每个强度等级的混凝土试块各3块，将膏状硅烷样品按照200g/m2的用量涂刷于混凝土试块的一个表面，养护14d。将涂刷膏状硅烷样品并养护好后的混凝土试块从纵向剖开膏状硅烷涂刷面，在破坏断面滴加黑色墨水，未被墨水浸染部分为硅烷渗透部分，测量未被浸染部分深度即为膏体硅烷在该强度等级混凝土表面的渗透深度。

2 结果与讨论

2.1 流变性能的测定

结果见表1。

乳化后的辛基硅烷的静态粘度较高，呈明显的膏状。从表1可以看出，当转速提高、剪切力逐渐增大时，整个辛基硅烷膏体粘度出现了明显的下降，即在涂刷或喷涂使用时则可以快速降低粘度，使其易于渗入混凝土基材中。

2.2 热储存稳定性的测定

研制的辛基硅烷乳膏在60℃ 环境下存储一个月后无漂油、浮水等异常情况，打开容器盖，轻轻搅拌内部试样，也无结块、霉变、凝聚等变化。

2.3 吸水率比的测定[3]

经测试，研制的辛基硅烷乳膏吸水率比测试结果优异，相较于空白试样，经过辛基硅烷乳膏处理后的试样吸水率为空白样的8.2%，远小于标准要求的吸水率比≤20%。

2.4 渗透深度的测定

经测试，膏状硅烷涂刷在强度 C35混凝土表面14d后渗透深度能达到8～10mm；涂刷在强度 C45混凝土表面14d 后渗透深度能达到6～8mm；涂刷在强度 C55混凝土表面14d 后也能有2～3mm 的渗透深度。测试结果如图1。

表1 流变性能的测试结果

图1 不同强度等级混凝土的渗透深度图

3 应用案例

我国东北地区黑龙江某大型工程案例现场，仿石材罗马柱混凝土构件表面防护处理。混凝土防护采用本文提到的水性膏体辛基硅烷进行表面喷涂，从而达到混凝土构件表面防水、抗冻融侵蚀、抗泛碱保护。工程现场见图2。

在混凝土构件搭建完成后，采取喷涂施工方式，搭建脚手架工人围绕柱体由下到上喷涂施工将硅烷膏体涂覆到混凝土表面。喷涂施工一遍，特殊位置进行二次补刷。现场施工见图3。

图4为表面涂刷膏体硅烷30min 时（左侧）混凝土表面效果和涂刷18h（右侧）后的表面效果对比图。通过图片可以看出刚刚涂刷过膏体硅烷的混凝土构件表面被润湿，颜色出现明显加深，待完全干燥后，混凝土构件表面回复初始状态。表面经过膏体硅烷防护处理后未对混凝土构件的表观状态带来影响，现场经过浇水试验，所浇的水全部流走，未留下任何的水印，说明经过膏体硅烷处理后的混凝土构件是完全憎水的。