混凝土表面中硅烷涂裝防護技術的應用分析

姜海洋 中交二航局第三工程有限公司

海洋環境中海水具有較強腐蝕性，易導致水工混凝土建筑物受腐蝕，通過硅烷浸漬技術的應用，有助于削弱海水中氯離子的腐蝕作用，同時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度。

1.工程概況

泰國和黃蘭查邦港碼頭工程總長1700m，主要施工內容包含5個15萬噸級泊位，28.5×104m3集裝箱堆場及滿足碼頭日常運行的配套設施。主要的施工內容包括現場清理、碼頭基礎與結構施工、護岸與回填工程施工、集裝箱堆場施工以及e-RTGC集裝箱底座等設施的施工。碼頭施工量較大，所用預制構件共計3425塊，混凝土施工總量25000m3，鑒于碼頭浪濺區混凝土易受損的特點，對其采取硅烷涂裝技術，以削弱海水的腐蝕作用，保證結構具有足夠的耐久性。

2.硅烷涂裝技術防腐原理

海港工程浪濺區水工結構的使用環境復雜，海水對其的腐蝕作用極為明顯，通過硅烷涂裝技術可有效緩解該問題。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，屬于化學類建材的范疇，可持續滲入到混凝土表面，在與水泥接觸后發生明顯的化學反應，產生具有不溶特性的樹脂薄膜，此部分將緊密裹覆在混凝土表面，從而隔絕水分及海水環境中的氯化物，實現對混凝土結構的有效防護。

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、穩定性強、透氣性良好等多重特點，選取的浸漬材料直接關系到硅烷的使用壽命。對于常規的海港環境，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到10～15年；含量在98.9%以上時使用壽命可達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。在浸漬前應做好準備工作，深度清理混凝土基面附著的灰塵等各類影響施工效果的雜物，若裂縫寬度＞0.2mm，則需修補到位，噴涂前砼表面應為干燥狀態（含水率＜5%），無游離水的條件下即可進行作業。但施工中不可使用任何規格的烘干設備，主要原因在于硅烷與水化的水泥接觸后會產生化學反應，若處于過于干燥或過于潮濕的環境中，均會引發反應不充分的情況，導致噴涂效果欠佳。

3.硅烷涂裝施工技術

3.1 硅烷簡介

隨著行業技術的持續發展，硅烷技術水平逐步成熟，結構形式以R-Si（OC2H5）3為主，較為常見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，此外還可從液體、乳液、膠體、膏體的角度加以區分。其中，膏體和凝膠產品的應用效果更為良好，可解決液體硅烷施工期間流掛損失較大的問題。

現階段，業內對于乳液、液體以及膏體各自所具有的滲透深度的認知依然較為淺顯，在某些方面存在較大的分歧，但一致的結論如下：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景中，以聚合長度較小的硅烷較為合適。

3.2 具體施工步驟

（1）新澆筑混凝土在長時間暴露于氯鹽環境中將出現不同程度的腐蝕，對此應可能縮短其暴露時間。完成澆筑作業且干燥后，持續養護的時間至少要達到28d，隨后再于該處噴涂合適規格的硅烷防護劑。

（2）加強對混凝土表面溫度的控制，該項指標應穩定在5～40℃，保證現場通風順暢。為給正式噴涂提供可靠的工藝指導，應選取約5m2的混凝土展開噴涂試驗，分析實際結果，若合理則將該參數用于正式噴涂中，若存在偏差則適時調整。

（3）噴作業應具有連續性，從而確保被噴涂物體的表面達到飽和溢流狀態。水平面施工時以基材表面為濕潤或呈鏡面狀為準；遵循自下而上的原則有序完成立面施工，應保證垂流長度穩定在15～20cm，表面濕潤狀態的維持時間不可短于5s。根據施工的具體情況決定施工方法，對于重點部位、惡劣的環境中的部位可多遍噴涂，但間隔時間為4～6h，確保上一層防護劑完全固化，從而實現更佳的滲透深度。

表1 我國現行標準關于硅烷浸漬深度指標

（4）養護方面：施工后10h內應自然風干并防止水分破壞，在夏季應確保干燥36h以上、冬季應干燥72h以上，在防護劑完全固化后即能形成理想的防護效果。同時，為確保潮差區的施工質量滿足設計要求，可以在硅烷浸漬的基礎上再涂刷涂料的方式增強保護作用，延長混凝土結構的使用壽命。

4.硅烷涂裝質量控制及應用效果

4.1 質量控制

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，應用效果較好的是無氣噴涂工藝。多方面因素均會對涂裝施工質量造成影響，常見有混凝土施工質量（如含水率、密實度）、硅烷消耗量、現場環境等。為確保硅烷處理的質量滿足相關標準，應選取效果較好的高活性產品，并且嚴禁與溶劑或其他溶劑混合稀釋。

混凝土表面預處理可以根據涂料涂裝前的相關要求實施，若采用飲用水進行沖洗則至少需要干燥72h。準確檢測浸漬前混凝土的含水率，此項指標對施工質量的影響較為顯著，若現場環境溫度為20℃，相對濕度從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%，而在同時滿足相對濕度100%、環境溫度5℃的條件時，硅烷已經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。

在硅烷涂裝道數與施工效果的關系方面，部分學者認為多道涂裝并不能改善其滲透效果；在部分學者的觀點里，多道涂裝的整體質量主要受到第一道涂裝質量的影響；經試驗后得知，隨著涂裝道數的增加，其滲透能力隨之下降。國外某學者對其產品效果進行研究得出結論：采用2道涂裝且間隔7d的方式能夠實現較為理想的滲透效果，深度可保證至少6mm。

潮差區現場環境更為復雜，對混凝土施工質量提出更高的要求，外界環境對涂裝時間的限制性較強，在嚴苛的條件下最多只有2h，此時混凝土表面雖然相對干燥，但實際上其內部的濕度依然處于較高的水平，與設計標準及相關規范的要求有較大的差距。從項目技術規范來看，噴涂作業應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間。對此，在施工中應注重對混凝土結構特點的分析，以此為參考合理控制涂裝道數以及硅烷數量，組織工藝性試驗，從而確定最佳的施工工藝。

4.1.2 涂裝質量的控制

硅烷涂裝的質量可通過滲透深度表示，具體評價指標還包含吸水率、Cl—吸收率的降低值、熱裂解氣相色譜測試等。目前我國標準規范對滲透深度的相關要求見表1。考慮到現場較難實現對浸漬深度及防護效果的快速判斷標準，因此現階段通常是對單位面積的硅烷用量進行有效控制，從而保證整個工程的施工質量。

4.2 應用效果

（1）外觀效果。硅烷噴涂施工應遵循規范依次完成，從外觀質量控制方面來看，其與清水混凝土的外觀應相同。若選擇的是有機硅烷，該材料具備滲透至混凝土內部的特點，因此混凝土表面的質量較好，不存在噴涂剝落的問題。自噴涂結束日算起，6個月后應開展質量檢查工作，具體包含混凝土表面質量、是否存在剝落等方面。

（2）防護效果。將空白試件與噴涂試件進行對比，經試驗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%，符合技術規范大于90%要求；同時，硅烷浸漬深度達到為6.2mm，遠大于4mm設計規范要求，氯離子吸收降低率為97.1%，滿足技術規范大于95%的要求。

5.結束語

沿海地區修筑水工建筑物的難度較大，海水中氯離子的腐蝕性較強，易導致混凝土出現質量問題。為提高混凝土結構的耐久性，需要對容易受到侵蝕的部位采用硅烷浸漬技術進行有效的防護。大量施工經驗也表明硅烷浸漬技術能夠明顯提升混凝土的耐久性能，在一定程度上延長了混凝土構件的使用周期，降低對工程結構的維護費用，在沿海地區的建設工程中具有廣泛推廣的價值。