有機硅防水劑在橋梁混凝土防撞護欄防腐中的應(yīng)用

楊旭光

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計院試驗檢測室)

1 概 述

混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程中最常用的結(jié)構(gòu)形式之一。近年來，混凝土耐久性的問題變得越來越突出，并得到業(yè)界的廣泛重視。這主要是因為混凝土碳化、氯離子侵蝕、凍融破壞并繼而引發(fā)的鋼筋銹蝕以及整體承載能力下降等問題日益突出。特別是對于冬季晝夜溫差較大以及氯離子含量高的環(huán)境下，怎樣增加混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，提高混凝土耐久性更成為了一個亟待解決的問題。

2 硅烷浸漬防水劑的防水原理及分類

有機硅防水劑通常以烷基/烷氧基硅烷、硅氧烷、烷基硅酸鹽和含氫硅油等為主要活性成分。雖然目前市場上有機硅防水劑的種類繁多，但是它們的防水原理卻都是相同的，簡單來說，即是在混凝土表面及孔隙內(nèi)部形成定向排列的硅氧烷憎水膜。例如甲基硅酸鹽溶液，其生成的防水膜中的羥基能與混凝土表面的極性基團發(fā)生縮合反應(yīng)而與水泥基材牢固結(jié)合，而非極性的甲基向外伸展形成憎水層。再如工程領(lǐng)域常用的硅烷，首先在混凝土中所含的作用下水解形成硅醇，接著硅醇與羥基反應(yīng)形成硅氧烷鏈，并最終形成硅樹脂憎水層。有機硅防水劑不堵塞混凝土毛細孔隙，也即保持了基材的呼吸功能。

有機硅防水劑大致可分為水溶性、溶劑型、乳液型以及膏體有機硅防水劑。其中水溶性有機硅防水劑以水為介質(zhì)，揮發(fā)性低，環(huán)保性好;而溶劑型則以有機溶劑為載體，對環(huán)境的會造成一定的污染，且部分產(chǎn)品具有易燃易爆的特點。乳液型有機硅防水劑為加入適量催化劑和助劑的純有機硅防水劑或改性有機硅防水劑經(jīng)乳化劑乳化制得，不同乳化劑的選擇對有機硅防水劑的穩(wěn)定性影響很大，從而影響了其防水性能。硅烷膏體材料則主要為了解決液體產(chǎn)品涂刷時流失嚴(yán)重的問題而研發(fā)，同時也具有滲透深度較大的優(yōu)點。

3 硅烷浸漬材料的使用現(xiàn)狀

不同領(lǐng)域的規(guī)范各自對該領(lǐng)域的有機硅防水劑的使用做出了規(guī)定，例如《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTJ 275－2000)中推薦采用異丁烯三乙氧基硅烷單體，《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTG/T B07－01－2006)則推薦采用辛基或異丁基硅烷，《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性修補及防護》(TBT 3228－2010)則推薦采用主要成分為異辛基三乙氧基硅烷的液體或膏體。現(xiàn)有的研究結(jié)果表明，異丁基三乙氧基硅烷的滲透深度大于異辛集三乙氧基硅烷，但是異辛基三乙氧基硅烷具有較長的基團，其穩(wěn)定性更好。至于兩者在實際工程中究竟孰優(yōu)孰劣，還具有一定的爭議性。

同時，實際工程上采用的有機硅防水劑的也是種類繁多，而且生產(chǎn)廠家和性能指標(biāo)也各不相同。例如黃海大橋即是采用了異丁烯三乙氧基硅烷單體。遼開高速公路的橋梁伸縮縫、防撞墻以及通道護欄基座混凝土采用40%活性成分的水溶性硅烷產(chǎn)品，嘉紹大橋則采用了有效成分為異辛基三乙氧基硅烷的有機硅防水劑產(chǎn)品。瑞士St Gallen 的Fǔr－stenland 大橋是最早使用新型硅烷膏體技術(shù)的橋梁。河北省的石黃高速公路的混凝土防撞護欄曾使用過異辛基改性聚硅氧烷乳液，取得了良好的效果。

由于橋梁各構(gòu)件有主次之分、所處的腐蝕環(huán)境各不相同，如果用在較次要而且所處腐蝕環(huán)境次惡劣的橋梁構(gòu)件上，應(yīng)用價格較昂貴的產(chǎn)品，那么就顯得不經(jīng)濟。因此，有的產(chǎn)品雖然有效成分含量較低，滲透深度較小，但是因其價格便宜，有的兼具環(huán)保性和施工安全性，因此用在腐蝕環(huán)境次惡劣的次要構(gòu)件上反而得到較高的性價比。因此在制定實際工程方案時，應(yīng)綜合考慮工程規(guī)模、工程重要性、腐蝕環(huán)境、構(gòu)件重要性以及經(jīng)濟性，多收集類似工程的實踐經(jīng)驗，選擇效果最優(yōu)的產(chǎn)品，不應(yīng)一味追求使用高價產(chǎn)品。

4 張承高速公路橋梁混凝土防撞護欄防腐處治方案

雖然有機硅防水劑應(yīng)用工程實例較多，但是其使用具有一個特點，即不改變基面外觀。這就導(dǎo)致了在某些對外觀要求較高的場合不宜使用或者單獨使用有機硅防水劑。特別是如果原有基面存在剝落病害，在進行防水處理前需要進行修補的情況，由于修補后區(qū)域與原有區(qū)域存在色差，會造成外觀上的不協(xié)調(diào)感。

以張承高速公路的橋梁混凝土防撞護欄為例，部分路段的防撞護欄底部已經(jīng)出現(xiàn)了剝落病害，在進行防水處理前需要采用環(huán)氧砂漿修補，此時如果單純采用有機硅防水液做防水處理，勢必影響外觀。由于混凝土防撞護欄具有比較高的外觀要求，所以擬在有機硅防水液浸漬的基礎(chǔ)上補涂環(huán)氧封閉底漆+柔性氟碳面漆，以便改善外觀。

施工主要流程為基面檢查與處理——有機硅防水劑浸漬——涂刷環(huán)氧封閉漆1 道——涂刷柔性氟碳面漆2 道。主要施工工藝如下。

(1)基面檢查

采用高壓淡水(壓力不小于20 MPa)、噴砂或手工打磨等方法將混凝土表面的浮灰、浮漿、夾渣以及疏松部位清理干凈。局部受油污污染的混凝土表面，用堿液、洗滌劑或溶劑處理，并用淡水沖洗至中性。

(2)有機硅防水劑浸漬

在混凝土基面上，采用低壓噴涂方式進行涂裝，噴涂兩遍，噴涂量為300 ml/m2，間隔時間為6 h，使硅烷達到更高的滲透深度。硅烷噴涂時應(yīng)使被涂表面飽和溢流，在立面上，應(yīng)自下向上滾涂，兩道滾涂間應(yīng)重疊1 ～2 cm，確保不漏涂，使被涂立面至少有5s 保持“看上去是濕的”狀態(tài)，形成30 ～50 cm 晶瑩液體垂幕。而在頂面或底面上，都至少有5 s保持“看上去是濕的鏡面”狀態(tài)。

(3)涂刷封閉底漆

封閉漆宜采用高壓無氣噴涂，不得漏涂。封閉漆黏度應(yīng)適當(dāng)，以保證滲透性。涂覆應(yīng)均勻，不得有露底現(xiàn)象。對蜂窩、邊角等不易涂裝的部位，用刷涂法進行預(yù)先涂裝或補涂。

(4)涂刷柔性氟碳面漆

待上一層涂料干燥完全后，方可進行面層涂料涂裝。面層涂料為雙組份涂料時，面層涂料配制應(yīng)嚴(yán)格按面層涂料出場說明規(guī)定，并經(jīng)試驗檢測滿足性能指標(biāo)后，確定配合比，按比例進行調(diào)漆。

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