硅烷抗水劑在混凝土防護中的應(yīng)用

崔 巍

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

0 前言

水泥混凝土橋梁和路面在公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展上起到了巨大的作用，但同時也出現(xiàn)了一些技術(shù)和質(zhì)量問題，主要是耐久性不足造成的路面、橋面早期損壞問題，而且這些問題在近幾年已經(jīng)突出地擺在世人面前。橋梁的主要病害是混凝土裂縫、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(fā)且危害最大的是橋墩水位變化區(qū)域混凝土剝落和鋼筋銹蝕。水泥混凝土路面的主要病害體現(xiàn)為有的面層局部發(fā)生裂紋、起皮、麻面、坑洞等損壞，有的是縱橫向裂縫、交叉裂縫和板角裂縫等，影響路面通車質(zhì)量。尤其是在氣候嚴(yán)寒、水文地質(zhì)條件不良地區(qū)，其早期損壞現(xiàn)象更為嚴(yán)重影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的主要內(nèi)在因素有很多，諸如鋼筋銹蝕、混凝土堿集料反映和混凝土凍融循環(huán)損壞等等。這些破壞過程都少不了水的存在和參與，即水的侵蝕。黑龍江省地處高緯度、嚴(yán)寒地區(qū)，受到冰凍作用的程度更為強烈，因此防水技術(shù)問題造成的橋梁結(jié)構(gòu)的早期損壞問題更為嚴(yán)重。

可見，混凝土防水，對路面和橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能，尤其是對結(jié)構(gòu)的耐久性的影響，起著至關(guān)重要的作用。混凝土防水是結(jié)構(gòu)防腐的第一道屏障，有了防水屏障，就會大幅改善橋梁結(jié)構(gòu)的運營安全性，從而大大提高結(jié)構(gòu)的耐久性。作為國家交通運輸體系重要組成部分的路面和橋梁結(jié)構(gòu)，其耐久性和安全性迫切需要加以改善。因此，做好混凝土的防水防護意義重大，針對黑龍江省寒冷地區(qū)，開展混凝土防水技術(shù)的研究，并將此項技術(shù)在實際工程中加以應(yīng)用，符合黑龍江省公路建設(shè)的需要，同時也符合“預(yù)防性養(yǎng)護”新思維。

1 硅烷浸漬技術(shù)簡介

“硅烷浸漬”就是將無色、透明、無味、滲透型的硅烷混凝土保護劑產(chǎn)品，均勻地噴涂到水泥混凝土表面，憑借先進的科技與質(zhì)量，不僅能防水、防凍融循環(huán)對混凝土的持續(xù)性損害，而且還能抵御氯離子(除冰鹽，融雪劑)的侵蝕，極大地延長了寒冷環(huán)境下混凝土的使用壽命。這種方法已被很多重大工程所采用，俗稱“硅烷浸漬”。據(jù)國外文獻(xiàn)報導(dǎo)，用硅烷抗水劑浸漬混凝土，只要施工得當(dāng)，滲透層(DOP)可達(dá)2.0 mm以上，混凝土使用壽命可延長8～10年。

硅烷抗水劑的活性化學(xué)成分為異丁基—三乙氧基硅烷，公路及橋梁工程專用型為JC-9802型。這種硅烷抗水劑產(chǎn)品的優(yōu)點是。

產(chǎn)生憎水性，抑制水分滲入基體中，透氣性好，可調(diào)節(jié)濕度，紫外線穩(wěn)定，減少體積變形，增加處理層的使用壽命，小分子結(jié)構(gòu)，深入滲透到混凝土內(nèi)部，不會改變混凝土的外觀和顏色，優(yōu)異的抗氯離子能力，耐酸堿腐蝕，減少由于凍融和風(fēng)化產(chǎn)生的開裂和剝落，從而提高基材的使用壽命。

至今為止，應(yīng)用過硅烷抗水劑的工程包括:美國匹茲堡鋼鐵大廈、美國宇航大廈;澳大利亞悉尼歌劇院混凝土結(jié)構(gòu)、澳大利亞TOWNSSVILLE碼頭;英國SEVERN大橋，英國M5伯明翰大橋;新加坡樟宜碼頭;臺灣高雄機場跑道工程等等。美國匹茲堡鋼鐵大廈使用道康寧有機材料歷經(jīng)40年，至今完好無損。美國宇航大廈于2002年建設(shè)時使用了道康寧防水系列產(chǎn)品(地下、屋面、混凝土養(yǎng)護、石材養(yǎng)護等)。芝加哥理工學(xué)院大廈防水工程施工失敗后，于1992年選用道康寧產(chǎn)品，至今使用完好。澳大利亞悉尼歌劇院混凝土結(jié)構(gòu)體使用道康寧抗水劑進行了全面養(yǎng)護。

利用硅烷活性物質(zhì)的滲透性，并與混凝土基材中的堿性物質(zhì)作用，可以生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水薄膜，這層憎水薄膜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防水薄膜，從而提高混凝土表面的防水、抗?jié)B能力，進而提高混凝土的抗凍融能力，防止氯離子對混凝土的損害，抵御除冰鹽、融雪劑對公路混凝土路面的鹽腐蝕破壞，增加混凝土的耐久性，有效地延長高寒地區(qū)混凝土公路的使用壽命，降低其維護成本。

2 硅烷抗水劑使用性能室內(nèi)試驗研究

室內(nèi)試驗采用濃度為20%的硅烷對混凝土表面進行處理，開展?jié)B透深度、氯離子吸收量降低、氯離子擴散系數(shù)試驗。

2.1 硅烷滲透深度試驗

隨著時間的推移，混凝土表面的硅烷能夠逐步滲入到混凝土內(nèi)部一定深度。硅烷在混凝土中的滲透試驗結(jié)果見表1。

表1 硅烷滲透深度

硅烷在混凝土中的滲透深度與混凝土的強度等級有關(guān)，強度等級越高滲透深度越低，這主要是強度高的混凝土具有較低的水灰比，其內(nèi)部的孔隙數(shù)量較少，故滲透深度相對較低。

2.2 氯離子吸收量降低率試驗

混凝土試件涂刷硅烷前后的氯離子擴散系數(shù)試驗結(jié)果見表2。

表2 涂刷硅烷前后混凝土的氯離子吸收量降低率

通過表2可以看出，混凝土在涂刷硅烷后，氯離子吸收量均有大幅度的降低，降低率均在93%以上。

2.3 氯離子擴散系數(shù)試驗

混凝土試件涂刷硅烷前后的氯離子擴散系數(shù)見表3。

表3 涂刷硅烷前后混凝土的氯離子擴散系數(shù)

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，混凝土在涂刷硅烷后，氯離子擴散系數(shù)均降低，約降低42% ～48%。

以上兩項試驗表明，涂刷硅烷的混凝土，可以有效抵抗氯鹽的侵蝕作用。

2.4 混凝土抗鹽凍試驗

涂刷硅烷后混凝土的在氯化鈉溶液中的凍融次數(shù)見表4。

表4 涂刷硅烷后混凝土的在氯化鈉溶液中的凍融次數(shù)

試驗結(jié)果可以看出，在涂刷硅烷后混凝土的抗鹽凍能力有大幅度的提高。

3 硅烷抗水劑實體工程應(yīng)用

在實體工程應(yīng)用過程中，分別對路面和橋面、墩柱混凝土的防水效果進行了研究。

3.1 現(xiàn)場噴涂混凝土滲入深度試驗

經(jīng)過兩個冬季之后，對訥克公路試驗路路面、橋面、橋梁墩柱的硅烷滲透深度進行了現(xiàn)場檢驗。平均滲透深度檢驗結(jié)果見表5。

表5 路面、橋面、墩柱水泥混凝土中硅烷平均滲透深度 mm

現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，經(jīng)過一定時間，硅烷可通過混凝土表面，以不同程度滲入到混凝土內(nèi)部，從而提高混凝土的抗水能力，延長混凝土抗水損害的時間，提高混凝土的耐久性。

3.2 現(xiàn)場噴涂路面混凝土吸水率試驗

水泥路面、收費站路面現(xiàn)場噴涂混凝土吸水率試驗結(jié)果見表6。

硅烷處理后的混凝土，吸水率有所降低，說明硅烷可以有效防止水分侵入混凝土內(nèi)部，避免造成強度降低，從而達(dá)到較好的防水、抗水效果，提高混凝土材料的耐久性。

通過照片對比可以看出，未經(jīng)硅烷處理的水泥路面，表面灑水后，水分立即滲入到混凝土空隙中，經(jīng)過硅烷處理的水泥路面，表面水分形成漫流，不會滲入到混凝土內(nèi)部，具有良好的防水效果。

表6 噴涂硅烷的水泥混凝土路面吸水率

3.3 橋面欄桿基座損壞情況

同樣暴露于自然環(huán)境，經(jīng)硅烷處理的“聯(lián)眾橋”橋面及人行道混凝土雖經(jīng)歷兩個冬季的冰凍作用，其混凝土表面狀況仍比較完好，無嚴(yán)重脫落現(xiàn)象。而處于同樣條件的另一側(cè)未經(jīng)硅烷處理的人行道混凝土，則明顯出現(xiàn)表層剝落現(xiàn)象。

4 結(jié)論

室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用的結(jié)果表明，采用硅烷抗水劑對路面和橋梁混凝土表面進行噴涂處理，可以取得良好的防水、抗水效果，降低吸水率。硅烷抗水劑有利于提高混凝土的抗凍性、改善混凝土的路用性能，特別是耐久性。硅烷抗水劑的使用可以有效降低氯離子的吸收和擴散，提高抗鹽凍能力，保護水泥混凝土不受凍融、鹽凍以及鹽腐蝕的效果，有利于路面、橋梁混凝土的冬季養(yǎng)護，能夠有效延長混凝土的使用壽命。利用硅烷處理水泥路面、橋面以及橋梁下部結(jié)構(gòu)，可以有效提高混凝土抵抗惡劣自然環(huán)境的能力，抑制混凝土病害的發(fā)生，降低混凝土表面損壞的發(fā)生率。為保證硅烷處理的效果，施工時須采取措施，保證所用材料合理、配比準(zhǔn)確、施工工藝合理，并應(yīng)在合適的氣候條件施工。建議氣溫較低，風(fēng)速較大時不進行硅烷噴涂施工。

總之，使用硅烷抗水劑，有利于提高水泥路面和橋梁混凝土的綜合使用性能，適用于公路、橋梁工程建設(shè)和養(yǎng)護。