水性膏體辛基硅烷在混凝土防護中的應(yīng)用

郭超，羅庚望，焦鈺鈺，郭鵬

（廣東龍湖科技股份有限公司北京技術(shù)中心，北京 100076）

0 前言

混凝土因其具有的優(yōu)異的抗壓強度、耐久性良好、原材料豐富等原因被廣泛應(yīng)用在建筑、橋梁、道路等土木工程中，是不可或缺的原材料之一。一般建筑設(shè)計中混凝土的使用壽命可達70年甚至更久，但目前我國很多混凝土工程的實際使用壽命往往無法達到最初的設(shè)計年限，在10～20年左后就需要重新進行修補加固[1]。沿海地區(qū)海水沖蝕、三北地區(qū)雪后路面拋撒的除冰鹽侵蝕、凍融破壞等也是造成混凝土使用壽命大大縮短的重要原因。為了解決這一問題，延長混凝土使用壽命，對于混凝土材料的保護就尤為重要。

硅烷類防護劑在混凝土建筑防水中的表現(xiàn)非常優(yōu)異，與聚丙烯酸、環(huán)氧樹脂及聚氨酯等成膜性的涂料有所不同，有機硅憎水劑形成的防水膜不會將混凝土或其他建筑材料表面的孔隙全部封閉，而僅僅是在孔隙壁上形成了一層極薄的薄膜層，該膜可禁止液態(tài)水滲入孔洞，但對于非極性的空氣分子仍能穿過[2]，即具有透氣不透水的功能。涂刷硅烷類防護劑后可使混凝土的吸水率大大降低，有效抵御氯離子侵蝕和凍融的破壞，同時其無色透明的特性不會影響混凝土表觀狀態(tài)，保持混凝土自身的自然美觀。因此，硅烷類憎水防護劑在混凝土防護中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 試驗研究

1.1 原材料

異辛基硅烷，湖北某公司。

乳化劑：司盤60，天津市光復(fù)精細化工研究所；吐溫60，天津市光復(fù)精細化工研究所；TX-50，杭州久靈化工有限公司；十二烷基硫酸鈉，天津市福晨化學(xué)試劑廠；單硬脂酸甘油酯，天津市福晨化學(xué)試劑廠；聚乙二醇 PEG-1500，北京精求化工有限責任公司。

1.2 水性辛基硅烷乳膏制備

將除 PEG-1500外的所有乳化劑按比例稱取后加入異辛基硅烷中，加熱攪拌使其溶解，將 PEG-1500與水的混合溶液倒入之前的混合液中，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，分散30分鐘即可制得水性辛基硅烷乳膏膏體。

1.3 水性硅烷膏體性能測試

1.3.1 流變性能的測定

（1）測試儀器：Brook field 粘度計。

（2）測試溫度：25℃。

（3）測試方法：采用6r/min、10r/min、12r/min、20r/min、30r/min、40r/min、50r/min、60r/min、70r/min、80r/min、90r/min 的轉(zhuǎn)速分別進行測試。

1.3.2 熱儲存穩(wěn)定性的測定

將樣品裝入約1L 的玻璃容器，密封后放入 (60±2)℃ 的恒溫箱內(nèi)，一個月后取出，觀察有無漂油、浮水等情況，并記錄；然后打開容器蓋，輕輕攪拌內(nèi)部試樣，觀察試樣有無結(jié)塊、霉變、凝聚等變化。

1.3.3 吸水率比的測定

1.3.3.1 水泥砂漿塊的制備

試臉器具：天平（感量0.001g）、水泥砂漿塊模具（每個模具內(nèi)腔尺寸應(yīng)為75mm×25mm×12.5mm）。

試驗步驟：采用符合 GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求的、強度等級為32.5級的普通硅酸鹽水泥。水泥∶ISO 標準砂∶水=1:4:0.55，先混合均勻，然后加入模具中搗實，不用脫模劑，震動約10次后，抹平試件表面。在標準試驗環(huán)境下放置24h，然后脫模，放入 (23±2)℃ 的清水中養(yǎng)護14d，取出后晾干備用。

1.3.3.2 吸水率比試驗步驟

（1）將按照1.3.3.1制作的水泥砂漿塊放入 (105±2)℃ 的烘箱烘4h 后，在標準條件下放置24h 備用。將膏狀樣品按照200g/m2的用量涂刷于養(yǎng)護好的水泥砂漿塊試驗面上，然后在標準試驗條件下放置14天，讓其自然干燥，再將試件試驗面的側(cè)面做封蠟處理，共準備5塊。

（2）將處理好的水泥砂漿塊用天平稱量質(zhì)量（W0），取5個試驗面沒有處理、試驗面?zhèn)让孀龊梅庀炋幚淼乃嗌皾{塊，同樣分別稱量質(zhì)量（M0）。在標準試驗溫度下，往干凈容器中倒入蒸餾水，蒸餾水液面比擱板高約3mm， 將做過憎水處理的試件試驗面朝下放在容器中的擱板上，浸24h 后取出試件，用餐巾紙擦干表面水分，然后立即稱重（W1）。將5個空白的水泥砂漿塊同樣浸水24h 取出后餐巾紙擦干表面稱重（M1）。

1.3.3.3 結(jié)果計算

（1）按式 (1) 計算使用憎水劑處理后的試件的吸水率，按式 (2) 計算未用憎水劑處理過的試件的吸水率：

式中：

A1——用憎水劑處理后的試件吸水率，%；

W0——浸水試驗后處理前的試件的質(zhì)量，g；

W1——浸水試驗前處理后的試件的質(zhì)量，g。

式中：

A0——未用憎水劑處理的試件吸水率，%；

M0——浸水試驗前未處理的試件的質(zhì)量，g；

M1——浸水試驗后未處理的試件的質(zhì)量，g。

將計算出的用憎水劑處理和沒有用憎水劑處理的試件的吸水率分別去掉最大值和最小值，取中間3個值的算術(shù)平均值作為結(jié)果。

（2）按照式 (3) 計算吸水率比：

式中：

B ——試件的吸水率比，%；

1.3.3.4 結(jié)果判定

吸水率比≤20% 即為合格。

1.3.4 滲透深度的測定

試驗所用混凝土試塊尺寸為100mm×100mm×100mm，強度等級分別為 C35、C45、C55三個不同等級。取每個強度等級的混凝土試塊各3塊，將膏狀硅烷樣品按照200g/m2的用量涂刷于混凝土試塊的一個表面，養(yǎng)護14d。將涂刷膏狀硅烷樣品并養(yǎng)護好后的混凝土試塊從縱向剖開膏狀硅烷涂刷面，在破壞斷面滴加黑色墨水，未被墨水浸染部分為硅烷滲透部分，測量未被浸染部分深度即為膏體硅烷在該強度等級混凝土表面的滲透深度。

2 結(jié)果與討論

2.1 流變性能的測定

結(jié)果見表1。

乳化后的辛基硅烷的靜態(tài)粘度較高，呈明顯的膏狀。從表1可以看出，當轉(zhuǎn)速提高、剪切力逐漸增大時，整個辛基硅烷膏體粘度出現(xiàn)了明顯的下降，即在涂刷或噴涂使用時則可以快速降低粘度，使其易于滲入混凝土基材中。

2.2 熱儲存穩(wěn)定性的測定

研制的辛基硅烷乳膏在60℃ 環(huán)境下存儲一個月后無漂油、浮水等異常情況，打開容器蓋，輕輕攪拌內(nèi)部試樣，也無結(jié)塊、霉變、凝聚等變化。

2.3 吸水率比的測定[3]

經(jīng)測試，研制的辛基硅烷乳膏吸水率比測試結(jié)果優(yōu)異，相較于空白試樣，經(jīng)過辛基硅烷乳膏處理后的試樣吸水率為空白樣的8.2%，遠小于標準要求的吸水率比≤20%。

2.4 滲透深度的測定

經(jīng)測試，膏狀硅烷涂刷在強度 C35混凝土表面14d后滲透深度能達到8～10mm；涂刷在強度 C45混凝土表面14d 后滲透深度能達到6～8mm；涂刷在強度 C55混凝土表面14d 后也能有2～3mm 的滲透深度。測試結(jié)果如圖1。

表1 流變性能的測試結(jié)果

圖1 不同強度等級混凝土的滲透深度圖

3 應(yīng)用案例

我國東北地區(qū)黑龍江某大型工程案例現(xiàn)場，仿石材羅馬柱混凝土構(gòu)件表面防護處理?；炷练雷o采用本文提到的水性膏體辛基硅烷進行表面噴涂，從而達到混凝土構(gòu)件表面防水、抗凍融侵蝕、抗泛堿保護。工程現(xiàn)場見圖2。

在混凝土構(gòu)件搭建完成后，采取噴涂施工方式，搭建腳手架工人圍繞柱體由下到上噴涂施工將硅烷膏體涂覆到混凝土表面。噴涂施工一遍，特殊位置進行二次補刷。現(xiàn)場施工見圖3。

圖4為表面涂刷膏體硅烷30min 時（左側(cè)）混凝土表面效果和涂刷18h（右側(cè)）后的表面效果對比圖。通過圖片可以看出剛剛涂刷過膏體硅烷的混凝土構(gòu)件表面被潤濕，顏色出現(xiàn)明顯加深，待完全干燥后，混凝土構(gòu)件表面回復(fù)初始狀態(tài)。表面經(jīng)過膏體硅烷防護處理后未對混凝土構(gòu)件的表觀狀態(tài)帶來影響，現(xiàn)場經(jīng)過澆水試驗，所澆的水全部流走，未留下任何的水印，說明經(jīng)過膏體硅烷處理后的混凝土構(gòu)件是完全憎水的。

4 結(jié)論

（1）合成出的膏體辛基硅烷有著良好的觸變性，能夠滿足刷涂、噴涂施工要求。

（2）自行研制的膏體辛基硅烷不僅有著良好的儲存穩(wěn)定性和混凝土的滲透深度，而且經(jīng)過該膏體硅烷處理的混凝土表面吸水率明顯降低，與空白未處理試樣吸水率對比，僅為空白樣的8.2%，具有極其優(yōu)異的憎水效果。

圖2 工程現(xiàn)場混凝土構(gòu)件搭建圖

圖3 工程現(xiàn)場工人噴涂硅烷膏體圖

圖4 涂刷膏體硅烷后不同時間混凝土構(gòu)件表觀效果圖

（3）自行研制的膏體硅烷經(jīng)過大面積的現(xiàn)場工程使用驗證，能夠滿足混凝土表面防護處理要求，同時不會對混凝土表觀狀態(tài)有任何影響。