硅烷材料喷涂时间对混凝土强度和浸渍性能的影响

李忠水 中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

厦门港古雷港区古雷作业区北1#、2#泊位工程为2个5万吨级多用途泊位（水工结构按10万吨级集装箱船设计）和一个5千吨级多用途泊位，同时建设消拖泊位及预留工作船泊位，以及相应的配套设施，建设内容主要包括码头主体、港池及回旋水域疏浚（含航标）、护岸及吹填隔离堤工程、陆域形成及软基处理工程、道路堆场工程、市政工程。工程总面积为42.36万m2，预制沉箱85件，混凝土约为54220.34m3；现浇混凝土为32028.96m3，混凝土插板404.47m3等混凝土工程；包括码头平台、路域形成及软基处理和堆场工程等。由于工期压力较大，通过将混凝土硅烷浸渍喷涂龄期不少于28d调整为不少于14d，分别测定混凝土的取芯抗压强度和硅烷的浸渍性能（吸水率、浸渍深度和氯化物吸收量降低效果），验证缩短混凝土硅烷浸渍喷涂时间对混凝土强度和浸渍性能的影响，在满足质量要求的前提下，提高工程进度，争创项目效益。

1.试验方案

1.1 硅烷浸渍的防护原理

硅烷浸渍材料因为其良好的性能获得广泛应用，尤其是混凝土结构方面，能够增强混凝土自身的耐久性能，硅烷浸渍材料包含了两种类型，分别是异辛基三乙氧基硅烷以及异丁基三乙氧基硅烷两种，前者为膏状，后者为液体,其产生的混凝土保护原理为将硅烷中包含的小分子结构均匀的涂抹到混凝土表面和混凝土孔壁相互结合到一起，形成较小的孔壁，与基质中的空气和水反应，形成交联结构类似硅胶的聚硅氧烷聚合物羟基。羟基和基体处于相互凝结的状态，形成了粘附的效果，与混凝土孔内壁全面结合,成为有着良好防渗以及防腐蚀作用的结构。硅烷对混凝土产生了极高的保护作用,能够避免受到可溶性盐以及水、海水、阳光以及酸雨等多项因素的影响，强化混凝土自身性能，避免混凝土钢筋产生不良腐蚀问题。与此同时，硅烷保护剂的抗紫外线功能也是特别强的，既可以给予混凝土相应的保护，还有利于提升建筑物质量，拓展和延伸建筑物使用时间|保障建筑物自身的安全性。同时,由于化学反应形成的强键，使其具有一定的韧性，可以防止混凝土开裂[1]。

1.2 试验试件

本方案在标准底胎模上分别放置4个1800mm×350mm×900mm试验块，在模板内侧涂刷了与沉箱施工相同型号脱模剂，采用与沉箱相同C40混凝土配合比进行浇筑，混凝土配合比详见表1。

表1 C40沉箱预制混凝土配合比

1.3 试验分组情况及试验条件

对脱模后的试验块进行编号分组，编号1～3作为试验组，在不同的龄期下，按相同的喷涂量对试验表面进行喷涂，每遍喷涂量为300mL/m2，喷涂两遍。两遍之间的间隔时间至少为6h。喷涂后养护相同的时间，采用钻芯法测定混凝土28天抗压强度和浸渍性能检测，编号4试验土块作为空白组，进行混凝土抗压强度的比对。各组试验条件及检测参数如表2所示。

表2 各组试验条件

2.试验步骤

试验组1：浇筑2d后进行硅烷喷涂，喷涂后养护7d进行混凝土硅烷浸渍性能检测；混凝土龄期达到28天后钻芯取样进行抗压试验。

试验组2：浇筑7d后进行硅烷喷涂，喷涂后养护7d进行混凝土硅烷浸渍性能检测；混凝土龄期达到28天后钻芯取样进行抗压试验。

试验组3：浇筑14d后进行硅烷喷涂，喷涂后养护7d进行混凝土硅烷浸渍性能检测；混凝土龄期达到28天后钻芯取样进行抗压试验。

试验组4：混凝土龄期达到28天后钻芯取样进行抗压试验。

3.试验结果与分析

根据上述的试验方案，在规定的时间内，采用钻芯法测定混凝土28天抗压强度和浸渍性能检测。

（1）混凝土抗压强度：各组试验组28d钻芯法强度检测结果如表3所示。

表3 各组实体28d钻芯法强度检测结果

由表3 和图1可知：拆模后越早涂刷硅烷材料，混凝土抗压强度越低，但均能满足设计要求，拆模养护两天后涂刷硅烷材料的试件与未涂刷硅烷的比对试件其强度相差达到10MPa左右，在拆模养护14天后涂刷硅烷材料的试件与未涂刷硅烷的比对试件其强度相近，由此可知，硅烷材料对混凝土早期强度的影响较大，其原因在于硅烷浸渍对混凝土吸水率的降低作用。当硅烷浸渍混凝土表面时，硅烷分子能够穿透混凝土结构表层，并与环境中的空气及基底中的水分发生一系列反应，生成羟基团，形成一定厚度的憎水层，使混凝土基面具有斥水性，提高混凝土防水抗渗能力，造成混凝土结构的吸水性明显降低，对混凝土水化产生了不利影响，从而导致混凝土抗压强度的降低。

图1 硅烷涂刷龄期与混凝土28天抗压强度关系图

（2）混凝土硅烷浸渍性能[2]：各试验组硅烷浸渍性能检测结果如表4所示。

由表4和图2可知：拆模后在不同龄期涂刷硅烷材料，其吸水率、氯化物吸收量降低效果和浸渍深度的检测结果相差不大，均能满足《水运工程结构耐久性设计标准》（JTS153-2015）[3]的要求，由此可知，硅烷的浸渍性能不受喷涂时混凝土龄期的影响。

图2 硅烷涂刷龄期与混凝土硅烷浸渍性能关系图

表4 各试验组硅烷浸渍性能检测结果

4.试验总结

本次试验严格按照已审批的《硅烷浸渍试验方案》以及相关规范文件要求开展过程施工和试验检验，施工过程较为严谨，试验数据真实有效。在监理、业主方的共同验证下，结合具体试验数据，得出以下结论：

（1）拆模后越早涂刷硅烷材料，混凝土抗压强度越低，拆模养护两天后涂刷硅烷材料的试件与未涂刷硅烷的比对试件其强度相差达到10MPa左右，但在拆模养护14天后涂刷硅烷材料的试件与未涂刷硅烷的比对试件其强度相近，由此可知在混凝土养护至14天后进行硅烷涂刷作业，可以有效避免硅烷材料对混凝土强度的不利影响；

（2）在混凝土龄期第2、7、14天分别进行喷涂硅烷，试验检测试件强度及硅烷浸渍深度、吸水率、氯化物吸收量的降低效果等指标均能满足规范要求，且各龄期喷涂后的检测数据偏差不大，可得硅烷的浸渍性能不受喷涂时混凝土龄期的影响。

5.结语

综上所述，得出进行硅烷材料施工的混凝土龄期可由不少于28d调整至不少于14d。经监理和业主的同意后，按此方式进行施工，大大提高沉箱的预制和安装进度，在进行沉箱实体硅烷浸渍性能抽检时，沉箱的强度及硅烷浸渍深度、吸水率、氯化物吸收量的降低效果均符合要求，为工程项目创造了较好的经济效益，也为该工程获得2019年度福建省水运工程示范项目提供质量保障；2019年10月份交通部对厦门港古雷港区古雷作业区北1#、2#泊位工程进行督查，该试验也受到了交通部水运工程督查专家组一致的表扬。同时本次试验结论对后续其他项目施工同样具有一定的指导和借鉴意义。