改性水性硅酸鹽對混凝土保護(hù)作用的探討研究

孫昌軍

（浙江賽凡新材料有限公司）

0 前言

混凝土屬于堿性物質(zhì)，只有保持混凝土的這種堿性，才能維持混凝土應(yīng)有的強(qiáng)度和耐久性。而混凝土在自然界中裸露的話，就會(huì)遭受雨水，紫外線，油污等的侵蝕，通常雨水為弱酸性，但在大氣嚴(yán)重污染下，雨水的酸性變得更強(qiáng)，這樣的酸雨會(huì)使混凝土逐漸失去堿性，日趨中性化，日久天長， 混凝土就會(huì)疏松，失去強(qiáng)度，從而縮短使用壽命。同時(shí)，雨水也會(huì)逐漸滲透腐蝕 鋼筋，混凝土表面也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)銹跡斑痕，影響外觀。

國外也有很多種有機(jī)硅保護(hù)劑產(chǎn)品，如異丁基硅烷、辛基或異辛基硅烷，通過在混凝土表面刷涂長鏈硅烷偶聯(lián)劑起到保護(hù)混凝土的作用，然而這樣成本太高，而且長鏈硅烷偶聯(lián)劑對混凝土強(qiáng)度幾乎沒有什么幫助。本文通過無機(jī)酸和有機(jī)硅偶聯(lián)劑改性堿性硅酸鈉和硅酸鋰的方法，在混凝土表面涂刷改性水性硅酸鹽達(dá)到增強(qiáng)和保護(hù)混凝土的效果。

1 主要試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 主要試驗(yàn)材料

（1）硅酸鈉溶液 工業(yè)級(jí) 濃度38.5% 模數(shù)3.2-3.4

（2）硅酸鋰溶液 工業(yè)級(jí) 濃度22% 模數(shù)4.8

（3）磷酸溶液 試劑級(jí) 濃度 ≥85%

（4）甲基三甲氧基硅烷 工業(yè)級(jí) 濃度99% 分子量 136.22

（5）丙級(jí)三甲氧基硅烷 工業(yè)級(jí) 濃度99% 分子量 164.2749（6）50% KOH溶液

（7）10cm*10cm*10cm C25混凝土塊 15塊

1.2 試驗(yàn)方法

（1）莫氏硬度 應(yīng)用劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試礦物的表面而發(fā)生劃痕，習(xí)慣上礦物學(xué)或?qū)毷瘜W(xué)上都是用莫氏硬度。用測得的劃痕的深度分十級(jí)來表示硬度（刻劃法）：滑石1（硬度最?。?，石膏2，方解石3，螢石4，磷灰石5，正長石6，石英7，黃玉8，剛玉9，金剛石10。

（2）耐磨度 在規(guī)定壓力下使用旋轉(zhuǎn)的砂輪或砂紙摩擦物件表面，規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)下試樣的重量損失或厚度減少。

（3）抗水份滲透a% 在同等時(shí)間內(nèi)，水份滲透到混凝土塊里面的量a%=水份滲透的量/時(shí)間

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

本研究利用硅酸鹽經(jīng)無機(jī)酸和有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合改性處理，有機(jī)硅偶聯(lián)劑采用甲基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷等，無機(jī)酸采用磷酸。經(jīng)無機(jī)物和有機(jī)硅偶聯(lián)劑對水玻璃復(fù)合處理后，硅酸鹽的粘結(jié)能力，干燥速度，防水性都有很大程度的提高。

（1）酸改性硅酸鹽 在1000m1的容器內(nèi)將X克的硅酸鈉溶液和少量的硅酸鋰溶液攪拌混合均勻，在另一個(gè) 500m1的燒杯內(nèi)稱取適量水和 Mg磷酸（X/M=100/1,100/2,100/3,100/4）并混合均勻！在硅酸鹽攪拌的情況下，將磷酸的水溶液快速加入硅酸鹽溶液中。這樣做的目的是提高硅酸鈉的模數(shù)，從而提高硅酸鈉的耐水性，同時(shí)硅酸鋰和硅酸鈉之間能夠很好結(jié)合。

表1 硅酸鈉和磷酸的質(zhì)量比（X/M）

根據(jù)表1 磷酸的量最后我們選擇了100/3試驗(yàn)的最佳量。

我們把這時(shí)的溶液標(biāo)稱為S溶液。

（2）偶聯(lián)劑改性 在500m1的燒杯中稱取少量W可水，在水中滴入微量的磷酸，在攪拌的情況下加入適量的甲基三甲氧基硅烷和丙級(jí)三甲氧基硅烷混合物，隨著時(shí)間的延長，硅烷慢慢的水解，溶液也逐漸的透明，待溶液完全透明后，將溶液加入50%的氫氧化劑溶液中，從而得到穩(wěn)定的帶有丙基基團(tuán)的防水劑。

此時(shí)的溶液我們標(biāo)稱為Y溶液。

（3）混凝土塊的強(qiáng)度和滲透性 將15塊混凝土塊分成三組，A組為空白樣塊；B、C兩組浸涂在上述S和Y按比例混合的混合溶液10min，然后取出。 兩日后，待B、C組表面的液體全部干燥后開始測試。測試結(jié)果如表2

表2 混凝土樣塊的各種性能對比

3 、前景

近年來，我國商品混凝土發(fā)展迅速，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2012年中國商品混凝土產(chǎn)量接近7.9億立方米，同比2011年的6.9億立方米增長了14.49%,可是很多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性受到很大影響，銹斑、細(xì)微裂縫等輕微破壞處變得很普遍。

過去，混凝土防護(hù)大多采用涂料，但常規(guī)涂料都有一個(gè)共同的致命缺點(diǎn)，就是耐紫外線差，暴露在大氣中容易受到空氣、水汽、陽光的作用，使涂料的高分子鏈斷裂或者老化，從而影響涂層的使用年限。

本文通過改性水性硅酸鹽目的在于提高混凝土的表層密實(shí)度，抗?jié)B性和耐蝕性等，混凝土的主要成分為 SiO2，水性硅酸鹽的主要成分為硅酸根離子，通過大量硅酸根離子與水泥里游離的Ca2+、Mg2+發(fā)生硅鈣反應(yīng)，生產(chǎn)不溶于水的硅酸鈣、硅酸鎂從而填充混凝里的孔隙，提高混凝土的交聯(lián)度，增加密實(shí)度和混凝土強(qiáng)度；而有機(jī)硅的自交聯(lián)干燥后在混凝土表面形成一個(gè)致密的保護(hù)層，這樣就能夠與基材水泥牢固結(jié)合在一起。

改性硅酸鹽的優(yōu)勢：

1、原材料豐富，成本低廉

原材料無機(jī)硅酸鹽（硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰）我國是硅酸鈉的生產(chǎn)大國，始于1883年，目前生產(chǎn)能力和產(chǎn)量居世界第一位，目前，全國生產(chǎn)企業(yè)有200多家，主要集中在山東、江蘇等地區(qū)；硅酸鈉今年來生產(chǎn)能力發(fā)展迅猛，進(jìn)入了快速增長期。硅酸鈉2004年生產(chǎn)能力為110萬噸，2009年達(dá)到200萬噸，年增長率為16%，達(dá)到世界總產(chǎn)量的36%。

2、生產(chǎn)簡單，投入少

生產(chǎn)工藝簡單，基本只需攪拌設(shè)備，不涉及反應(yīng)器和加熱設(shè)備！投入少，操作簡單！

3、VOC低，施工簡單

除了丙基偶聯(lián)劑水解過程中產(chǎn)生少量的醇，此時(shí)的少量醇也是被大量的水所稀釋，其他所有的步驟都是在水性體系下進(jìn)行。

4、耐候性好

硅材料在陽光直射、水汽、酸雨等惡劣的氣候條件下，能保持材料性能不變，是半永久性材料。

4 、結(jié)論

改性后的硅酸鹽溶液能有效地堵塞混凝土內(nèi)部微細(xì)裂縫和毛細(xì)空隙，使混凝土結(jié)構(gòu)具有持久的防水功能和更好的密實(shí)度及抗壓強(qiáng)度。滲透深度深，同時(shí)還能有效地阻止酸性物質(zhì)對混凝土的侵蝕。更可以抗氯離子對混凝土的破壞侵蝕。對混凝土里面的鋼筋也有一點(diǎn)的保護(hù)作用。

大量的公路、橋梁、碼頭、沿海建筑物的保護(hù)，都是我們的廣闊市場！我國大量的工程處于維修和保養(yǎng)期，其中大部分混凝土構(gòu)件表面需要進(jìn)行保護(hù)處理，新型保護(hù)材料有著十分廣闊的市場。有關(guān)長期的跟蹤試驗(yàn)，目前還在繼續(xù)。