混凝土表面中硅烷涂装防护技术的应用分析

姜海洋 中交二航局第三工程有限公司

海洋环境中海水具有较强腐蚀性，易导致水工混凝土建筑物受腐蚀，通过硅烷浸渍技术的应用，有助于削弱海水中氯离子的腐蚀作用，同时还可以明显降低混凝土的吸水性，有效提升混凝土与表层的密实度。

1.工程概况

泰国和黄兰查邦港码头工程总长1700m，主要施工内容包含5个15万吨级泊位，28.5×104m3集装箱堆场及满足码头日常运行的配套设施。主要的施工内容包括现场清理、码头基础与结构施工、护岸与回填工程施工、集装箱堆场施工以及e-RTGC集装箱底座等设施的施工。码头施工量较大，所用预制构件共计3425块，混凝土施工总量25000m3，鉴于码头浪溅区混凝土易受损的特点，对其采取硅烷涂装技术，以削弱海水的腐蚀作用，保证结构具有足够的耐久性。

2.硅烷涂装技术防腐原理

海港工程浪溅区水工结构的使用环境复杂，海水对其的腐蚀作用极为明显，通过硅烷涂装技术可有效缓解该问题。硅烷浸渍材料可选形式中以异丁烯-三乙氧基硅烷单体较为典型，属于化学类建材的范畴，可持续渗入到混凝土表面，在与水泥接触后发生明显的化学反应，产生具有不溶特性的树脂薄膜，此部分将紧密裹覆在混凝土表面，从而隔绝水分及海水环境中的氯化物，实现对混凝土结构的有效防护。

硅烷的工程性能良好，兼具耐酸碱、耐紫外线、耐氯离子、耐冻融、稳定性强、透气性良好等多重特点，选取的浸渍材料直接关系到硅烷的使用寿命。对于常规的海港环境，若材料中的异丁烯-三乙氧基硅烷单体含量＞40%，此条件下其寿命可达到10～15年；含量在98.9%以上时使用寿命可达20年。

浸渍硅烷的施工具有便捷性，诸如刷涂、低压喷涂等均是可行方法。在浸渍前应做好准备工作，深度清理混凝土基面附着的灰尘等各类影响施工效果的杂物，若裂缝宽度＞0.2mm，则需修补到位，喷涂前砼表面应为干燥状态（含水率＜5%），无游离水的条件下即可进行作业。但施工中不可使用任何规格的烘干设备，主要原因在于硅烷与水化的水泥接触后会产生化学反应，若处于过于干燥或过于潮湿的环境中，均会引发反应不充分的情况，导致喷涂效果欠佳。

3.硅烷涂装施工技术

3.1 硅烷简介

随着行业技术的持续发展，硅烷技术水平逐步成熟，结构形式以R-Si（OC2H5）3为主，较为常见的有异丁基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷等，包含直接涂装和先稀释后涂装两类，此外还可从液体、乳液、胶体、膏体的角度加以区分。其中，膏体和凝胶产品的应用效果更为良好，可解决液体硅烷施工期间流挂损失较大的问题。

现阶段，业内对于乳液、液体以及膏体各自所具有的渗透深度的认知依然较为浅显，在某些方面存在较大的分歧，但一致的结论如下：渗透力将随着硅烷浓度的提高而提高；在混凝土密度较大且水胶比较小的施工场景中，以聚合长度较小的硅烷较为合适。

3.2 具体施工步骤

（1）新浇筑混凝土在长时间暴露于氯盐环境中将出现不同程度的腐蚀，对此应可能缩短其暴露时间。完成浇筑作业且干燥后，持续养护的时间至少要达到28d，随后再于该处喷涂合适规格的硅烷防护剂。

（2）加强对混凝土表面温度的控制，该项指标应稳定在5～40℃，保证现场通风顺畅。为给正式喷涂提供可靠的工艺指导，应选取约5m2的混凝土展开喷涂试验，分析实际结果，若合理则将该参数用于正式喷涂中，若存在偏差则适时调整。

（3）喷作业应具有连续性，从而确保被喷涂物体的表面达到饱和溢流状态。水平面施工时以基材表面为湿润或呈镜面状为准；遵循自下而上的原则有序完成立面施工，应保证垂流长度稳定在15～20cm，表面湿润状态的维持时间不可短于5s。根据施工的具体情况决定施工方法，对于重点部位、恶劣的环境中的部位可多遍喷涂，但间隔时间为4～6h，确保上一层防护剂完全固化，从而实现更佳的渗透深度。

表1 我国现行标准关于硅烷浸渍深度指标

（4）养护方面：施工后10h内应自然风干并防止水分破坏，在夏季应确保干燥36h以上、冬季应干燥72h以上，在防护剂完全固化后即能形成理想的防护效果。同时，为确保潮差区的施工质量满足设计要求，可以在硅烷浸渍的基础上再涂刷涂料的方式增强保护作用，延长混凝土结构的使用寿命。

4.硅烷涂装质量控制及应用效果

4.1 质量控制

4.1.1 影响因素

混凝土表面涂装可选择刷涂、喷涂等多种方式。若为膏体材料，应用效果较好的是无气喷涂工艺。多方面因素均会对涂装施工质量造成影响，常见有混凝土施工质量（如含水率、密实度）、硅烷消耗量、现场环境等。为确保硅烷处理的质量满足相关标准，应选取效果较好的高活性产品，并且严禁与溶剂或其他溶剂混合稀释。

混凝土表面预处理可以根据涂料涂装前的相关要求实施，若采用饮用水进行冲洗则至少需要干燥72h。准确检测浸渍前混凝土的含水率，此项指标对施工质量的影响较为显著，若现场环境温度为20℃，相对湿度从50%增加至100%，此条件下硅烷的渗透深度将随之变化，下降幅度约20%，而在同时满足相对湿度100%、环境温度5℃的条件时，硅烷已经不具备任何浸渍能力。因此，干燥的混凝土表面施工效果更佳。

在硅烷涂装道数与施工效果的关系方面，部分学者认为多道涂装并不能改善其渗透效果；在部分学者的观点里，多道涂装的整体质量主要受到第一道涂装质量的影响；经试验后得知，随着涂装道数的增加，其渗透能力随之下降。国外某学者对其产品效果进行研究得出结论：采用2道涂装且间隔7d的方式能够实现较为理想的渗透效果，深度可保证至少6mm。

潮差区现场环境更为复杂，对混凝土施工质量提出更高的要求，外界环境对涂装时间的限制性较强，在严苛的条件下最多只有2h，此时混凝土表面虽然相对干燥，但实际上其内部的湿度依然处于较高的水平，与设计标准及相关规范的要求有较大的差距。从项目技术规范来看，喷涂作业应建立在混凝土表面足够干燥的前提下，以确保硅烷剂具有足够的干燥时间。对此，在施工中应注重对混凝土结构特点的分析，以此为参考合理控制涂装道数以及硅烷数量，组织工艺性试验，从而确定最佳的施工工艺。

4.1.2 涂装质量的控制

硅烷涂装的质量可通过渗透深度表示，具体评价指标还包含吸水率、Cl—吸收率的降低值、热裂解气相色谱测试等。目前我国标准规范对渗透深度的相关要求见表1。考虑到现场较难实现对浸渍深度及防护效果的快速判断标准，因此现阶段通常是对单位面积的硅烷用量进行有效控制，从而保证整个工程的施工质量。

4.2 应用效果

（1）外观效果。硅烷喷涂施工应遵循规范依次完成，从外观质量控制方面来看，其与清水混凝土的外观应相同。若选择的是有机硅烷，该材料具备渗透至混凝土内部的特点，因此混凝土表面的质量较好，不存在喷涂剥落的问题。自喷涂结束日算起，6个月后应开展质量检查工作，具体包含混凝土表面质量、是否存在剥落等方面。

（2）防护效果。将空白试件与喷涂试件进行对比，经试验空白试件的吸水量为1.4601g，硅烷浸渍试件的吸水量为0.0436g，其吸水率降低值为97.0%，符合技术规范大于90%要求；同时，硅烷浸渍深度达到为6.2mm，远大于4mm设计规范要求，氯离子吸收降低率为97.1%，满足技术规范大于95%的要求。

5.结束语

沿海地区修筑水工建筑物的难度较大，海水中氯离子的腐蚀性较强，易导致混凝土出现质量问题。为提高混凝土结构的耐久性，需要对容易受到侵蚀的部位采用硅烷浸渍技术进行有效的防护。大量施工经验也表明硅烷浸渍技术能够明显提升混凝土的耐久性能，在一定程度上延长了混凝土构件的使用周期，降低对工程结构的维护费用，在沿海地区的建设工程中具有广泛推广的价值。