混凝土表面中硅烷涂裝防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

姜海洋 中交二航局第三工程有限公司

海洋環(huán)境中海水具有較強(qiáng)腐蝕性，易導(dǎo)致水工混凝土建筑物受腐蝕，通過(guò)硅烷浸漬技術(shù)的應(yīng)用，有助于削弱海水中氯離子的腐蝕作用，同時(shí)還可以明顯降低混凝土的吸水性，有效提升混凝土與表層的密實(shí)度。

1.工程概況

泰國(guó)和黃蘭查邦港碼頭工程總長(zhǎng)1700m，主要施工內(nèi)容包含5個(gè)15萬(wàn)噸級(jí)泊位，28.5×104m3集裝箱堆場(chǎng)及滿足碼頭日常運(yùn)行的配套設(shè)施。主要的施工內(nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)清理、碼頭基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)施工、護(hù)岸與回填工程施工、集裝箱堆場(chǎng)施工以及e-RTGC集裝箱底座等設(shè)施的施工。碼頭施工量較大，所用預(yù)制構(gòu)件共計(jì)3425塊，混凝土施工總量25000m3，鑒于碼頭浪濺區(qū)混凝土易受損的特點(diǎn)，對(duì)其采取硅烷涂裝技術(shù)，以削弱海水的腐蝕作用，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的耐久性。

2.硅烷涂裝技術(shù)防腐原理

海港工程浪濺區(qū)水工結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境復(fù)雜，海水對(duì)其的腐蝕作用極為明顯，通過(guò)硅烷涂裝技術(shù)可有效緩解該問(wèn)題。硅烷浸漬材料可選形式中以異丁烯-三乙氧基硅烷單體較為典型，屬于化學(xué)類(lèi)建材的范疇，可持續(xù)滲入到混凝土表面，在與水泥接觸后發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有不溶特性的樹(shù)脂薄膜，此部分將緊密裹覆在混凝土表面，從而隔絕水分及海水環(huán)境中的氯化物，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的有效防護(hù)。

硅烷的工程性能良好，兼具耐酸堿、耐紫外線、耐氯離子、耐凍融、穩(wěn)定性強(qiáng)、透氣性良好等多重特點(diǎn)，選取的浸漬材料直接關(guān)系到硅烷的使用壽命。對(duì)于常規(guī)的海港環(huán)境，若材料中的異丁烯-三乙氧基硅烷單體含量＞40%，此條件下其壽命可達(dá)到10～15年；含量在98.9%以上時(shí)使用壽命可達(dá)20年。

浸漬硅烷的施工具有便捷性，諸如刷涂、低壓噴涂等均是可行方法。在浸漬前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，深度清理混凝土基面附著的灰塵等各類(lèi)影響施工效果的雜物，若裂縫寬度＞0.2mm，則需修補(bǔ)到位，噴涂前砼表面應(yīng)為干燥狀態(tài)（含水率＜5%），無(wú)游離水的條件下即可進(jìn)行作業(yè)。但施工中不可使用任何規(guī)格的烘干設(shè)備，主要原因在于硅烷與水化的水泥接觸后會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，若處于過(guò)于干燥或過(guò)于潮濕的環(huán)境中，均會(huì)引發(fā)反應(yīng)不充分的情況，導(dǎo)致噴涂效果欠佳。

3.硅烷涂裝施工技術(shù)

3.1 硅烷簡(jiǎn)介

隨著行業(yè)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，硅烷技術(shù)水平逐步成熟，結(jié)構(gòu)形式以R-Si（OC2H5）3為主，較為常見(jiàn)的有異丁基三乙氧基硅烷、異辛基三乙氧基硅烷等，包含直接涂裝和先稀釋后涂裝兩類(lèi)，此外還可從液體、乳液、膠體、膏體的角度加以區(qū)分。其中，膏體和凝膠產(chǎn)品的應(yīng)用效果更為良好，可解決液體硅烷施工期間流掛損失較大的問(wèn)題。

現(xiàn)階段，業(yè)內(nèi)對(duì)于乳液、液體以及膏體各自所具有的滲透深度的認(rèn)知依然較為淺顯，在某些方面存在較大的分歧，但一致的結(jié)論如下：滲透力將隨著硅烷濃度的提高而提高；在混凝土密度較大且水膠比較小的施工場(chǎng)景中，以聚合長(zhǎng)度較小的硅烷較為合適。

3.2 具體施工步驟

（1）新澆筑混凝土在長(zhǎng)時(shí)間暴露于氯鹽環(huán)境中將出現(xiàn)不同程度的腐蝕，對(duì)此應(yīng)可能縮短其暴露時(shí)間。完成澆筑作業(yè)且干燥后，持續(xù)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間至少要達(dá)到28d，隨后再于該處噴涂合適規(guī)格的硅烷防護(hù)劑。

（2）加強(qiáng)對(duì)混凝土表面溫度的控制，該項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)穩(wěn)定在5～40℃，保證現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)順暢。為給正式噴涂提供可靠的工藝指導(dǎo)，應(yīng)選取約5m2的混凝土展開(kāi)噴涂試驗(yàn)，分析實(shí)際結(jié)果，若合理則將該參數(shù)用于正式噴涂中，若存在偏差則適時(shí)調(diào)整。

（3）噴作業(yè)應(yīng)具有連續(xù)性，從而確保被噴涂物體的表面達(dá)到飽和溢流狀態(tài)。水平面施工時(shí)以基材表面為濕潤(rùn)或呈鏡面狀為準(zhǔn)；遵循自下而上的原則有序完成立面施工，應(yīng)保證垂流長(zhǎng)度穩(wěn)定在15～20cm，表面濕潤(rùn)狀態(tài)的維持時(shí)間不可短于5s。根據(jù)施工的具體情況決定施工方法，對(duì)于重點(diǎn)部位、惡劣的環(huán)境中的部位可多遍噴涂，但間隔時(shí)間為4～6h，確保上一層防護(hù)劑完全固化，從而實(shí)現(xiàn)更佳的滲透深度。

表1 我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于硅烷浸漬深度指標(biāo)

（4）養(yǎng)護(hù)方面：施工后10h內(nèi)應(yīng)自然風(fēng)干并防止水分破壞，在夏季應(yīng)確保干燥36h以上、冬季應(yīng)干燥72h以上，在防護(hù)劑完全固化后即能形成理想的防護(hù)效果。同時(shí)，為確保潮差區(qū)的施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，可以在硅烷浸漬的基礎(chǔ)上再涂刷涂料的方式增強(qiáng)保護(hù)作用，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

4.硅烷涂裝質(zhì)量控制及應(yīng)用效果

4.1 質(zhì)量控制

4.1.1 影響因素

混凝土表面涂裝可選擇刷涂、噴涂等多種方式。若為膏體材料，應(yīng)用效果較好的是無(wú)氣噴涂工藝。多方面因素均會(huì)對(duì)涂裝施工質(zhì)量造成影響，常見(jiàn)有混凝土施工質(zhì)量（如含水率、密實(shí)度）、硅烷消耗量、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等。為確保硅烷處理的質(zhì)量滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選取效果較好的高活性產(chǎn)品，并且嚴(yán)禁與溶劑或其他溶劑混合稀釋。

混凝土表面預(yù)處理可以根據(jù)涂料涂裝前的相關(guān)要求實(shí)施，若采用飲用水進(jìn)行沖洗則至少需要干燥72h。準(zhǔn)確檢測(cè)浸漬前混凝土的含水率，此項(xiàng)指標(biāo)對(duì)施工質(zhì)量的影響較為顯著，若現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度為20℃，相對(duì)濕度從50%增加至100%，此條件下硅烷的滲透深度將隨之變化，下降幅度約20%，而在同時(shí)滿足相對(duì)濕度100%、環(huán)境溫度5℃的條件時(shí)，硅烷已經(jīng)不具備任何浸漬能力。因此，干燥的混凝土表面施工效果更佳。

在硅烷涂裝道數(shù)與施工效果的關(guān)系方面，部分學(xué)者認(rèn)為多道涂裝并不能改善其滲透效果；在部分學(xué)者的觀點(diǎn)里，多道涂裝的整體質(zhì)量主要受到第一道涂裝質(zhì)量的影響；經(jīng)試驗(yàn)后得知，隨著涂裝道數(shù)的增加，其滲透能力隨之下降。國(guó)外某學(xué)者對(duì)其產(chǎn)品效果進(jìn)行研究得出結(jié)論：采用2道涂裝且間隔7d的方式能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的滲透效果，深度可保證至少6mm。

潮差區(qū)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境更為復(fù)雜，對(duì)混凝土施工質(zhì)量提出更高的要求，外界環(huán)境對(duì)涂裝時(shí)間的限制性較強(qiáng)，在嚴(yán)苛的條件下最多只有2h，此時(shí)混凝土表面雖然相對(duì)干燥，但實(shí)際上其內(nèi)部的濕度依然處于較高的水平，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范的要求有較大的差距。從項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范來(lái)看，噴涂作業(yè)應(yīng)建立在混凝土表面足夠干燥的前提下，以確保硅烷劑具有足夠的干燥時(shí)間。對(duì)此，在施工中應(yīng)注重對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，以此為參考合理控制涂裝道數(shù)以及硅烷數(shù)量，組織工藝性試驗(yàn)，從而確定最佳的施工工藝。

4.1.2 涂裝質(zhì)量的控制

硅烷涂裝的質(zhì)量可通過(guò)滲透深度表示，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)還包含吸水率、Cl—吸收率的降低值、熱裂解氣相色譜測(cè)試等。目前我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)滲透深度的相關(guān)要求見(jiàn)表1?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)較難實(shí)現(xiàn)對(duì)浸漬深度及防護(hù)效果的快速判斷標(biāo)準(zhǔn)，因此現(xiàn)階段通常是對(duì)單位面積的硅烷用量進(jìn)行有效控制，從而保證整個(gè)工程的施工質(zhì)量。

4.2 應(yīng)用效果

（1）外觀效果。硅烷噴涂施工應(yīng)遵循規(guī)范依次完成，從外觀質(zhì)量控制方面來(lái)看，其與清水混凝土的外觀應(yīng)相同。若選擇的是有機(jī)硅烷，該材料具備滲透至混凝土內(nèi)部的特點(diǎn)，因此混凝土表面的質(zhì)量較好，不存在噴涂剝落的問(wèn)題。自噴涂結(jié)束日算起，6個(gè)月后應(yīng)開(kāi)展質(zhì)量檢查工作，具體包含混凝土表面質(zhì)量、是否存在剝落等方面。

（2）防護(hù)效果。將空白試件與噴涂試件進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)試驗(yàn)空白試件的吸水量為1.4601g，硅烷浸漬試件的吸水量為0.0436g，其吸水率降低值為97.0%，符合技術(shù)規(guī)范大于90%要求；同時(shí)，硅烷浸漬深度達(dá)到為6.2mm，遠(yuǎn)大于4mm設(shè)計(jì)規(guī)范要求，氯離子吸收降低率為97.1%，滿足技術(shù)規(guī)范大于95%的要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

沿海地區(qū)修筑水工建筑物的難度較大，海水中氯離子的腐蝕性較強(qiáng)，易導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。為提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，需要對(duì)容易受到侵蝕的部位采用硅烷浸漬技術(shù)進(jìn)行有效的防護(hù)。大量施工經(jīng)驗(yàn)也表明硅烷浸漬技術(shù)能夠明顯提升混凝土的耐久性能，在一定程度上延長(zhǎng)了混凝土構(gòu)件的使用周期，降低對(duì)工程結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)用，在沿海地區(qū)的建設(shè)工程中具有廣泛推廣的價(jià)值。