硅烷浸漬技術在高寒地區路橋保護中的應用研究

高立軍

（黑龍江道弘路橋養護工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

由于氣候條件影響，中國北方公路有5個月左右積雪期，秋冬、冬春交替時間長，凍融頻繁，對公路工程耐久性造成很大影響，出現了大量的路橋病害，橋梁主要病害表現在混凝土裂縫、表面開裂與剝蝕、骨料與鋼筋裸露、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等。橋梁病害中多發且危害最大的是橋墩水位變化區域混凝土剝落和鋼筋銹蝕。混凝土路面病害主要表現在大面積剝蝕、縱橫向裂縫、交叉裂縫和板角裂縫等，破壞了面層結構完整性，有的面層局部發生裂紋、起皮、麻面、坑洞等現象，甚至發生錯臺、沉陷、隆起和拱起等變形，極大地縮短了公路使用壽命。

1 病害原因分析及解決途徑

主要是混凝土本身的多孔結構具有吸水性能，使其防水、抗滲、抗鹽腐蝕、抗凍融能力先天不足。首先、砼本身的多孔結構致使其具有一定的吸水能力，而水又能通過凍融循環的應力作用，對砼結構造成持續性的破壞。其次，在寒冷地區經常使用除冰鹽、融雪劑等用以除去公路表面積雪、積冰，在除冰雪的同時也促使了CI-、SO4、Mg2+等向混凝土中遷移和滲透，與水共同作用產生鹽凍、鹽蝕，破壞砼路面，結果造成砼路面大面積嚴重剝蝕。

到目前為止，國內還沒有任何能夠解決此問題的經濟適用的修復方法，致使有的公路使用不到設計年限的一半就需大修，既嚴重影響了路面通車質量又給國家造成了較大的經濟損失。可見，做好混凝土路面和橋梁的防水和防止氯離子向混凝土中遷移和滲透，是目前唯一能減少混凝土路面和橋梁凍融、鹽凍、鹽蝕損害，提高混凝土路面和橋梁結構耐久性的經濟實用的根本途徑。

為此交通部《公路水泥混凝土路面施工技術規范》JTG F30-2003中對防止鹽凍剝落破損設置了一些方法，如使用引氣劑、減小氣泡間距、控制水灰比等。這些方法雖然能減少冰凍損害，但對鹽凍剝落破壞即使正確使用上述方法也只能減緩，卻不能防止。而硅烷浸漬技術則是既能防水、防凍融，又能防鹽蝕的最有效方法。為此交通部JTG/T1307-01-2006《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》將硅烷浸漬作為水泥混凝土路面和橋梁防水、防凍融、防鹽蝕的主要措施。

2 硅烷浸漬技術的優越性

“硅烷浸漬技術”就是將無色、透明、無味、滲透型的美國道康寧砼抗水劑產品，均勻地噴涂到水泥混凝土路面、防撞墻、隔離墩、橋面、橋身和橋墩等混凝土結構表面上，利用硅烷活性物質的滲透性，并與混凝土基材中的堿性物質作用，生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水層，這層憎水層在混凝基材表面以下，所以不會因噴涂而改變混凝土表面的外觀，也不會因表面磨損而破壞，從而提高砼表面的防水、抗滲能力，進而提高砼的抗凍融能力，防止氯離子對砼的損害，抵御除冰鹽、融雪劑對公路砼路面的鹽腐蝕破壞，增加砼的耐久性，有效地延長高寒地區路橋的使用壽命，降低其維護成本

2.1 優異的防水性，顯著降低混凝土的吸水率，提高混凝土防水抗滲能力

硅烷液體具有較小的表面張力，滲入混凝土內，同混凝土基材中的堿性物質互相作用，生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水層，通過硅烷分子的斥水性，切斷了水進入結構體的通道，極大的降低混凝土吸水量。C50混凝土應用JC9801硅烷抗水劑保護后，其吸水降低率為91.7%，應用JC9802硅烷抗水劑保護后，其吸水降低率為90%。顯著的降低混凝土的吸水率，提高了混凝土的抗滲和防水能力。

2.2 優異的抗氯離子能力，耐酸堿腐蝕能力

硅烷所具有的斥水性，在極大的降低混凝土吸水率同時，也極大的降低了混凝土吸收各種溶水有害化學物質進入。減少了有害化學物質對混凝土的破壞。經檢測，JC9801的氯離子吸收率降低86.4%，JC9802的氯離子吸收率降低82.5%。非常適合酸、鹽、堿地區的混凝土結構保護，從根本上解決因酸堿鹽浸漬造成的鋼筋銹蝕、鋼筋裸露等病害，保證結構體的各項力學指標和結構的強度及耐久性。

2.3 顯著的提高混凝土抗凍融能力和抗鹽凍能力

經過硅烷浸漬技術保護后的混凝土結構其自身吸水量非常小，避免了因凍融產生的混凝土破壞，也避免了自然界酸、堿、鹽及人工除冰鹽和除雪劑等有害物質對混凝土的破壞。在交通廳重點科研課題研究中，根據樣板路段、樣板橋使用硅烷浸漬和實驗數據得出結論，經硅烷浸漬保護后的結構體抗鹽凍能力平均提升了5倍以上，C30砼涂JC-9802抗鹽凍能力提升543%，C40砼涂JC-9802抗鹽凍能力在提升522%，C40砼涂JC-9801抗鹽凍能力在提升511%，C50砼涂JC-9802抗鹽凍能力在提升441%。

涂刷硅烷后混凝土的在氯化鈉溶液中的凍融次數

2.4 小分子結構，深入滲透混凝土內部，在不改變混凝土外觀和顏色的同時，保證了混凝土的透氣性，又保證了各項路用指標。硅烷液體具有較小的表面張力，噴涂在混凝土表面后，可以很快的滲入混凝土1～20微米的毛細孔內，與混凝土中的堿反應、結合，形成一道深入混凝土內部的防護膜，其深度可達3～13mm。該斥水層即不改變混凝土的外觀，也不改變路面的構造深度、摩擦系數等路用行車安全指標，硅烷產生的斥水性，抑制水分子滲入的同時，又能保證混凝土的透氣性。

2.5 水泥混凝土結構磨耗后仍具有良好的保護能力，可與結構同壽命。

根據磨耗后性能測試實驗，對六種滲透型混凝土防護材料進行磨耗性能測試，其中包括硅烷、丙烯酸和環氧樹脂等多種材料。在測試前，它們的耐氯離子滲透有效率均為90%左右。第一次，磨掉處理后混凝土表面1mm，此時，丙烯酸和環氧樹脂等處理的混凝土表面的耐氯離子滲透有效率下降為30%左右，而硅烷處理的混凝土表面仍然為90%左右；第二次，磨掉3～4mm，此時，丙烯酸和環氧樹脂等處理的混凝土表面的耐氯離子滲透有效率下降為0%，而硅烷處理的混凝土表面，低濃度、淺滲透的表面下降為30～40%，而高濃度、深滲透的表面仍然保持為90%左右。

2.6 防微裂縫滲水能力

混凝土開裂是非常難以控制的。硅烷對于混凝土的微裂縫也能提供一定的防水保護。根據道康寧的測試，由于硅烷的作用機理和虹吸作用，異丁基三乙氧基硅烷對于0.2mm以下的混凝土裂縫能提供防滲保護。

3 科研成果及應用

公司從美國道康寧引進硅烷浸漬技術，由省交通廳設立專項科研課題，委托省公路局組成專家課題組，針對硅烷浸漬技術在高寒地區應用，進行了可行性研究，取得了詳實數據，證實了應用硅烷浸漬技術對水泥混凝土結構防水、防凍融、防鹽蝕效果很好，順利通過專家組驗收，給予了成果國內技術領先的肯定，建議推廣應用。

該技術我們分別在克訥公路、同三公路、鶴大公路、哈牡高速公路和聯眾橋、新聯橋、哈爾濱太平國際機場、富綏松花江大橋等工程中應用，最早工程時間都已過去了六年以上，該路面和橋梁沒有再發生剝蝕、斷縫等現象，取得了防水、防凍融、防鹽蝕的成功。

4 應用建議

根據寒區公路和橋梁的具體情況，建議在經常使用除冰鹽、融雪劑的混凝土路段，特別大型橋梁及公路收費區的建設養護中重點使用，如果在混凝土路面和橋梁建成通車之前應用此技術，則效果更佳，將會帶來巨大的社會效益和經濟效益。

[1]交通部《公路水泥混凝土路面施工技術規范》JTG F30-2003

[2]交通部《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》JTG/T1307-01-2006