陳 鋒 周曉蘭（福建省建筑科學(xué)研究院，福建 福州 350000）

復(fù)合硅酸鋰溶液對(duì)混凝土地坪的維護(hù)性能研究

陳 鋒 周曉蘭
（福建省建筑科學(xué)研究院，福建 福州 350000）

本文通過(guò)甲基硅酸鈉對(duì)硅酸鋰溶液進(jìn)行復(fù)合改性，采用VOC、pH值、凝膠化時(shí)間、24h表面吸水量等試驗(yàn)方法來(lái)研究其對(duì)混凝土地坪的保護(hù)性能。試驗(yàn)證明復(fù)合硅酸鋰溶液為環(huán)保的堿性溶液，與混凝土固化環(huán)境相近，可與水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成凝膠物質(zhì)，且該溶液可在水泥砂漿試塊表面形成一層具有一定防水性的薄膜，該薄膜在水泥砂漿試塊上的附著性能及防水效果均優(yōu)于硅酸鋰溶液所形成的薄膜。

硅酸鋰；復(fù)合改性；混凝土地坪；維護(hù)

1 前言

按作用方式不同，混凝土地坪保護(hù)材料可分為物理作用方式和化學(xué)作用方式。物理作用方式即地坪涂料，它利用混凝土地坪保護(hù)材料自身所形成的膜，隔絕混凝土地坪與外界的聯(lián)系，以此來(lái)阻止外界腐蝕介質(zhì)滲入混凝土地坪的內(nèi)部，這種方式與混凝土地坪保護(hù)層的效用及膜的性能密切相關(guān)[1]。這種技術(shù)發(fā)展較早，目前比較成熟，但因其為有機(jī)高分子物質(zhì)，與混凝土相容性有限，使用壽命較短，且施工和使用過(guò)程中會(huì)釋放有害物質(zhì)，污染環(huán)境[2]。

化學(xué)作用方式是指保護(hù)材料滲入到混凝土內(nèi)部，與混凝土內(nèi)部的水化產(chǎn)物發(fā)生復(fù)雜的物化反應(yīng)，堵塞毛孔，從而阻止腐蝕介質(zhì)的滲入。化學(xué)作用方式的保護(hù)材料主要為堿金屬硅酸鹽類(lèi)，其中硅酸鋰溶液因鋰離子分子小、可減小堿-集料反應(yīng)，性能優(yōu)于鈉、鉀基硅酸鹽，但目前硅酸鋰類(lèi)材料仍未能取得較為理想的使用效果。甲基硅酸鈉可與基體的結(jié)構(gòu)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在其表面生成一層極薄可透氣的不溶性聚硅氧烷膜而具有防水性。[3]

本文以硅酸鋰溶液為原料，采用甲基硅酸鈉對(duì)其進(jìn)行復(fù)合改性，通過(guò)VOC、pH值、凝膠化時(shí)間、24h表面吸水量等試驗(yàn)研究其性能，并簡(jiǎn)單探討了其與混凝土地坪的作用機(jī)理。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原料

硅酸鋰溶液（4.7M-4.9M、1.174g/mL）、甲基硅酸鈉、氟碳表面活性劑、促進(jìn)劑、滲透劑、分散劑、消泡劑、氫氧化鈣（分析純）。

水泥砂漿試塊（75mm×25mm×12.5mm）：水泥（P.O 42.5），ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，自來(lái)水；配料比為水泥：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂：水=1:4:0.55。

2.2 復(fù)合硅酸鋰溶液的制備

2.2.1 復(fù)合硅酸鋰溶液的制備工藝

稱(chēng)取一定質(zhì)量的硅酸鋰溶液，在室溫下加入甲基硅酸鈉，待分散均勻后，在磁力攪拌下升溫至（60～80）℃，在該溫度下磁力攪拌均勻反應(yīng)一定時(shí)間后，降至室溫，再加入表面活性劑、滲透劑、分散劑、消泡劑等，在磁力攪拌下充分反應(yīng)分散12h，靜置待用。

2.3 分析與測(cè)試

2.3.1 pH值、密度：按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》測(cè)定。

2.3.2 含水量、揮發(fā)性有機(jī)化合物（簡(jiǎn)稱(chēng)VOC）：氣相色譜法測(cè)定VOC含量，采用GB 18582-2008《室內(nèi)裝飾裝修材料 內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》的色譜條件1測(cè)定。

2.3.3 凝膠化性能：按JC/T 1018-2006《水性滲透型無(wú)機(jī)防水劑》測(cè)定。

2.3.4 24h表面吸水量及24h表面吸水量降低率：

將水泥砂漿試塊水平放置，在試驗(yàn)面（水泥砂漿抹光面的背面）上立方直徑約20mm，長(zhǎng)120mm的玻璃管，用松香-石蠟密封玻璃管與試件間縫隙，如圖1所示。將水溶液加入玻璃管中，初始液面高度為100mm，靜置24h，記錄液面下降高度，該下降高度即為24h表面吸水量W。

基準(zhǔn)砂漿不做處理，直接進(jìn)行試驗(yàn)；處理后砂漿塊在試驗(yàn)面上分兩次涂刷硅酸鋰溶液或復(fù)合硅酸鋰溶液，待表面干燥后靜止1天后，開(kāi)始試驗(yàn)。

表1 復(fù)合硅酸鋰溶液的密度、含水量、VOC含量、pH值

3.1 VOC及勻質(zhì)性

從表1中可知，復(fù)合硅酸鋰溶液的VOC含量均小于120g/L（標(biāo)準(zhǔn)GB 18582-2008《室內(nèi)裝飾裝修材料 內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》中的限量值要求），滿(mǎn)足目前我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。且該溶液的pH值在11以上，為強(qiáng)堿性溶液，與混凝土的水固化環(huán)境相近，不會(huì)破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，相容性較好。

圖1 24h表面吸水量試驗(yàn)

3.2 凝膠化性能

圖2 復(fù)合硅酸鋰溶液凝膠化前后對(duì)比

本文通過(guò)研究復(fù)合硅酸鋰溶液與飽和氫氧化鈣的反應(yīng)活性即凝膠化性能，來(lái)反映其與混凝土地坪中鈣、鎂離子及水化產(chǎn)物中氫氧化鈣的反應(yīng)活性。

從圖2中可以看出，凝膠化前，溶液為均質(zhì)半透明液體，溶液下層為過(guò)量氫氧化鈣粉末；凝膠化后，可流動(dòng)的溶液通過(guò)化學(xué)反應(yīng)變成半透明均質(zhì)膠體，底部過(guò)量的氫氧化鈣粉末也反應(yīng)固化凝結(jié)成統(tǒng)一的整體。這說(shuō)明溶液中的復(fù)合硅酸組分可與固態(tài)的氫氧化鈣和液態(tài)的鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成凝膠物質(zhì)，由此可知，復(fù)合硅酸鋰溶液也可與混凝土地坪中的鈣、鎂離子及水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)，生成凝膠物質(zhì)，填充混凝土內(nèi)部孔隙，增加混凝土的強(qiáng)度。

3.3 24h表面吸水量及24h表面吸水量降低率

圖3 未處理基準(zhǔn)水泥砂漿試塊（A）及處理后的水泥砂漿試塊（B、C）

表2 24h表面吸水量和24h表面吸水量降低率

圖3-A為基準(zhǔn)水泥砂漿試塊，圖3-B為硅酸鋰溶液處理后的水泥砂漿試塊，圖2-C為復(fù)合硅酸鋰溶液處理后的水泥砂漿試塊。由圖可知，經(jīng)硅酸鋰溶液和復(fù)合硅酸鋰溶液處理后的水泥砂漿試塊表面均可形成一層透明薄膜，但前者所形成的薄膜發(fā)生了龜裂現(xiàn)象，未填充水泥砂漿試塊表面的孔隙。這是因?yàn)閺?fù)合硅酸鋰溶液中含有較多的極性的羥基，且在失水固化過(guò)程中復(fù)合硅酸鋰組分與水泥砂漿中的水化產(chǎn)物之間會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。因此復(fù)合硅酸鋰溶液可在水泥砂漿表面形成一層透明薄膜，且該薄膜與水泥砂漿表面附著性較好，不會(huì)出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。圖3-C中可以看出，復(fù)合硅酸鋰溶液可以滲入水泥砂漿試塊表面的孔隙中，并可在孔隙中失水固化，從而填充孔隙。

由表2可知，處理后的水泥砂漿的24h表面吸水量較基準(zhǔn)砂漿低，且經(jīng)復(fù)合改性后，硅酸鋰溶液的24h表面吸水量由10mm降低為5mm，24h表面吸水量降低率由17%增大到58%。這一結(jié)果表明了，在水泥砂漿表面形成的透明薄膜可以起到一定的防水作用，且復(fù)合硅酸鋰溶液在水泥砂漿表面形成的薄膜的防水效果較好。這是由于復(fù)合硅酸鋰溶液以液體的形態(tài)通過(guò)水泥砂漿試塊表面的孔隙滲入砂漿塊內(nèi)部，與水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣反應(yīng)生成不溶于水的凝膠物質(zhì)，堵塞孔隙，從而達(dá)到防水的目的。

3.4 作用機(jī)理

水泥作為混凝土中的膠黏劑，通過(guò)水化將各骨料膠結(jié)在一起，因此水泥的水化產(chǎn)物對(duì)混凝土地坪后期的強(qiáng)度發(fā)展以及使用壽命有著不可忽視的的影響。水化產(chǎn)物中氫氧化鈣約占20%，以層狀結(jié)晶存在，層間強(qiáng)度較弱，容易滑移，這也就決定了其是混凝土地坪中較為薄弱的部分。

復(fù)合硅酸鋰溶液涂刷在混凝土地坪表面，溶液中硅酸鹽和甲基硅酸鈉組分以液態(tài)的形式通過(guò)混凝土地坪中的微孔滲入到混凝土基體內(nèi)部，與混凝土的水化產(chǎn)物氫氧化鈣及少量的鈣、鎂離子反應(yīng)，生成強(qiáng)度較高的不溶于水凝膠物質(zhì)，該凝膠物質(zhì)可以填充混凝土結(jié)構(gòu)中的微孔，從而達(dá)到堵塞混凝土孔隙的目的。有相關(guān)研究表面，鋰離子的離子半徑小，電荷密度高，不會(huì)出現(xiàn)返堿現(xiàn)象。

4 結(jié)論

復(fù)合硅酸鋰溶液的VOC含量低，為環(huán)保的堿性溶液，與混凝土固化環(huán)境相近，相容性較好。該溶液可與混凝土水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣及少量的游離鈣、鎂離子反應(yīng)生成凝膠物質(zhì)，填充混凝土中的孔隙，可在水泥砂漿試塊表面形成一層薄膜，該薄膜在水泥砂漿塊上的附著性和防水性較硅酸鋰溶液所形成的薄膜好。

[1]徐峰，我國(guó)地坪涂料的應(yīng)用與發(fā)展，上海建材，2009（1），22-23

[2]孫順杰，喬亞玲，地坪材料中有害物質(zhì)分析，涂料技術(shù)與文摘，2013.34（11），13-16

[3]路鋒，聶江濤，甲基硅酸鈉（有機(jī)硅防水劑）的應(yīng)用研究，江西化工，1995 （11），31-34

G322

B

1007-6344（2016）04-0269-02

陳鋒（1981—），男，大學(xué)本科，工程師，從事建筑工程材料研發(fā)及檢測(cè)。