淺析硅烷浸漬對混凝土強(qiáng)度的影響

王振興

摘 要：文章介紹了硅烷浸漬在恒大海花島2#島直立式護(hù)岸工程中的鋼筋混凝土構(gòu)件不同養(yǎng)護(hù)齡期防腐蝕的效果和影響，著重研究了防腐蝕硅烷噴涂的施工工藝，證明噴涂防腐蝕硅烷在施工不定的環(huán)境下能提高海工鋼筋混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，對混凝土具有一定的保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：混凝土強(qiáng)度 硅烷浸漬 防腐措施

混凝土因其獨(dú)有的性能及其經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性和耐久優(yōu)越性，在現(xiàn)代社會成了不可替代的材料，無論是在道路、橋梁、隧道、海港工程以及房建里都離不開它。而有數(shù)據(jù)表明，在海洋環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常過早損壞，一般使用10～20年就得需要大修，達(dá)不到其設(shè)計(jì)的使用年限。因而提高海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性將是重點(diǎn)研究。利用硅烷的物理特性可滲性及化學(xué)特性憎水性，在混凝土內(nèi)部形成隔離層，阻止或延緩海水中氯鹽的侵入，從而延長混凝土中鋼筋的使用年限來提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，目前被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)且有效的措施是硅烷浸漬。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性方面現(xiàn)無法直接得出，而混凝土強(qiáng)度則可以通過回彈儀等得出的，通過對混凝土強(qiáng)度的測試，能直接得出混凝土的抗壓強(qiáng)度，并間接反映混凝土構(gòu)筑物的耐久性指標(biāo)。文章結(jié)合恒大海花島2#島直立式護(hù)岸工程對硅烷浸漬的施工工藝和對混凝土強(qiáng)度的影響加以闡述。

1.工程概況

1.1海工防腐蝕涂層工程量

恒大海南海花島2#島直立護(hù)岸工程位于海南省儋州市白馬井鎮(zhèn)，排浦港與洋浦灣之間的海灣區(qū)域，港池西岸直立堤段總長約550.7m，東岸長約626.9m。工程區(qū)年平均風(fēng)速為3.6m/ s。常風(fēng)向?yàn)镋NE向，頻率為22.3%，次常風(fēng)向?yàn)镹E，頻率為18.10%。海花島屬于典型的熱帶季風(fēng)性海洋氣候，在這樣的環(huán)境下，混凝土構(gòu)件腐蝕嚴(yán)重。因此，采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Ｗo(hù)混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度和耐久性。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，沉箱混凝土均采用強(qiáng)度為C40普通混凝土，胸墻混凝土采用強(qiáng)度為C35普通混凝土，其內(nèi)添加海港抗腐蝕增強(qiáng)劑（JS-HGCPA），提高混凝土耐久性，為防止現(xiàn)澆胸墻混凝土開裂，在現(xiàn)澆時(shí)摻入聚乙烯醇纖維（JSBDC）。本工程需海工防腐涂覆硅烷的有沉箱和胸墻，沉箱胸墻個(gè)數(shù)總共均為156個(gè)，對沉箱四周采用硅烷進(jìn)行防腐處理，涂刷范圍為沉箱頂至沉箱底部外表面；對沉箱混凝土外側(cè)結(jié)構(gòu)表面采用異辛基三乙氧基硅烷膏體做為硅烷浸漬材料。

1.2海工防腐蝕涂層材料物化參數(shù)

根據(jù)《水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 153-2015）、《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ 275-2000）的規(guī)定和設(shè)計(jì)要求，硅烷浸漬劑采用江蘇沃佳新材料科技有限公司的產(chǎn)品異辛基三乙氧基膏狀硅烷（硅烷浸漬劑OS308），其具有良好的防腐，防水效果、經(jīng)濟(jì)成本、以及簡單的施工工藝。其物化參數(shù)如下：外觀為白色膏體；活性成分含量85%；閃點(diǎn)100℃；可水解氯化物含量0.2/10000；硅氧烷含量0.21%；粘度（20℃）7000MPa.s；密度（25℃）0.90g/ml。

1.3混凝土原材料及配合比

混凝土所用水泥為華潤海島牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為海口粵潔能環(huán)保建材有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰；砂為海頭砂場生產(chǎn)的細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂；碎石為華海石場生產(chǎn)的5～31.5mm連續(xù)級配的碎石。混凝土為C35、C40的商砼，混凝土的配合比見表1。

2.施工工藝

2.1現(xiàn)澆沉箱外層處理

（1）首先清潔混凝土表層，清楚欲處理的混凝土面層的污物，待浸漬面應(yīng)在浸漬前自然干燥。使用養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)時(shí)，在硅烷浸漬前應(yīng)充分清除。

（2）對表面的蜂窩麻面采取措施填充修復(fù)，所需材料需與硅烷相融，松散石子、氣泡、軟弱混凝土層應(yīng)加以處理后再進(jìn)行硅烷涂刷[1]。

（3）用淡水沖洗，達(dá)到處理后的混凝土表面無露石、蜂窩麻面、碎屑等不牢附著物的目的。

2.2噴涂硅烷施工步驟

（1）施工采用低壓噴涂的方式。施工工具采用低壓泵。使用低壓泵施工時(shí)，重復(fù)噴涂，直到表面潤濕，采用專用稀釋劑稀釋，不得加水稀釋。

（2）硅烷防腐施工屬于高空作業(yè)，因此采用搭設(shè)操作平臺進(jìn)行施工。操作平臺可移動，且可以上下搭接，以保證噴涂作業(yè)的安全。

（3）對于垂直面，采用自下而上施工，達(dá)到飽和浸漬；對于水平面或底面，應(yīng)采用連續(xù)涂刷技術(shù)達(dá)到飽和浸漬。

（4）采取兩層涂覆，第二層應(yīng)在第一層噴涂后表層未干前施工。

2.3噴涂施工的注意事項(xiàng)

（1）混凝土齡期達(dá)到28d，或混凝土修補(bǔ)后14d。

（2）硅烷施工時(shí)應(yīng)注意溫度控制在5～35℃之間，施工時(shí)對降水以及風(fēng)力也應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行，以減少材料浪費(fèi)。

（3）浸漬硅烷材料應(yīng)在開啟72h內(nèi)用完，否則應(yīng)予廢棄。

（4）承包商應(yīng)向設(shè)計(jì)方提交硅烷廠方的產(chǎn)品合格證書，需確認(rèn)該材料滿足設(shè)計(jì)要求。產(chǎn)品中的說明必須具有擬用材料的詳細(xì)資料、施工說明，缺陷修補(bǔ)方法等以及樣品。

2.4噴涂時(shí)間

根據(jù)《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ 275-2000）中要求混凝土滿足28d的齡期要求后進(jìn)行硅烷涂覆。主要原因是：（1）效果逐漸減弱：混凝土過早涂覆硅烷，隨著混凝土養(yǎng)護(hù)齡期的延長，硅烷的滲透深度會慢慢變小，涂刷效果減弱；（2）強(qiáng)度增長不利：相對于沒有涂覆硅烷的混凝土試件，早齡期涂覆硅烷可以提高混凝土強(qiáng)度，雖然達(dá)到了降低混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加混凝土的耐久性，但由于內(nèi)部不能有效散熱，對整體強(qiáng)度增長不利。后面實(shí)驗(yàn)會進(jìn)一步論證硅烷的噴涂均在標(biāo)準(zhǔn)28d養(yǎng)護(hù)齡期后。

2.5強(qiáng)度檢測

由于海南地區(qū)氣溫較高，施工過程中采取早晚氣溫較低時(shí)間段，但最高溫度仍達(dá)到30℃，另外考慮現(xiàn)場檢測需考慮結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性以及操作的方便性，選取1組試塊進(jìn)行砼條件養(yǎng)護(hù)，送實(shí)驗(yàn)室1組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。各試件根據(jù)要求安排專人按時(shí)間進(jìn)行硅烷涂刷，用回彈儀測得混凝土強(qiáng)度并記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)得出根據(jù)不同養(yǎng)護(hù)條件、不同齡期涂覆硅烷對混凝土（C40混凝土）強(qiáng)度的影響。

3.效果分析

（1）涂刷硅烷與未涂刷硅烷混凝土強(qiáng)度對比實(shí)驗(yàn)（見圖1）。

從圖1可得知：由于硅烷顆粒較水泥顆粒小，在各骨料之間起到致密作用，因此增加了混凝土的表觀密度，混凝土強(qiáng)度有所加強(qiáng)。

（2）砼條件養(yǎng)護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間長短涂刷硅烷混凝土強(qiáng)度對比實(shí)驗(yàn)（見圖2）。

從圖2可得知：①由于硅烷材料粒的憎水性，涂刷混凝土表面后產(chǎn)生一層保護(hù)膜，影響了混凝土內(nèi)部溫度的散發(fā)，因此在未達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期要求時(shí)涂覆硅烷，混凝土強(qiáng)度很難在28d達(dá)到相應(yīng)的承載力要求，部分試塊甚至基本達(dá)不到混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度。②由于施工現(xiàn)場溫度較高，砼條件養(yǎng)護(hù)前幾天混凝土強(qiáng)度增長較大，但隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長后期強(qiáng)度受外界溫度影響，混凝土內(nèi)部難以有效散熱。過早涂覆硅烷，使內(nèi)部溫度更加難以散發(fā)。

因此，過早涂覆硅烷，將使得混凝土難以達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求，對結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性有影響，易導(dǎo)致質(zhì)量安全事故的發(fā)生。因此應(yīng)嚴(yán)格按照混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到齡期的要求后才能進(jìn)行硅烷涂覆，否則在齡期較短時(shí)涂刷對混凝土強(qiáng)度增長不利，難以達(dá)到抗壓承載效果。

4.結(jié)束語

綜上所述，在實(shí)際工程中，鋼筋混凝土構(gòu)件表層早齡期噴涂硅烷浸漬劑，可降低混凝土內(nèi)氯離子的擴(kuò)散系數(shù)，增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度。但過高氣溫砼條件養(yǎng)護(hù)對比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后才能進(jìn)行硅烷浸漬施工。

參考文獻(xiàn)：

[1]李凱.內(nèi)摻硅烷對混凝土性能影響的試驗(yàn)研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]田騰輝，范昌海.硅烷浸漬對濱海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的防護(hù)應(yīng)用研究[J].市政技術(shù)，2017（06）：170-172.