(遼寧省水利水電科學(xué)研究院， 遼寧 沈陽 110003)

1 概 述

硅烷浸漬劑為水性高分散滲透型膏體有機硅，有效成分為異辛基三乙氧基硅烷。小分子結(jié)構(gòu)在穿透混凝土表面并滲入到內(nèi)部后，在堿性物質(zhì)激發(fā)下能與混凝土內(nèi)的水分發(fā)生水解反應(yīng)，水解反應(yīng)過程生成帶有3個羥基的活性硅醇，鄰近的硅醇分子可以起交聯(lián)反應(yīng)；然后，硅醇在混凝土及其毛細(xì)管孔隙的表面與羥基反應(yīng)，形成不穩(wěn)定的硅醇鍵，從而以化學(xué)鍵合方式相連，在混凝土表面和毛細(xì)管孔隙表面上形成憎水性的反應(yīng)層，并起到一定的防水作用[1-2]。硅烷浸漬混凝土表面防水作用機理見圖1。

圖1 硅烷浸漬混凝土表面防水作用機理

通過硅烷浸漬劑上述防水機理可知，該材料能夠全面提高混凝土的抗?jié)B性能，但抗?jié)B性能具體提高多少，它對混凝土抗凍性能又有何影響呢？本文結(jié)合處于寒區(qū)沿海地區(qū)的遼寧東港擋潮閘防護(hù)工程，開展了混凝土試塊抗?jié)B、抗凍耐久性對比試驗以及現(xiàn)場示范應(yīng)用研究。

2 性能試驗

2.1 材料基本特性

硅烷浸漬劑基本性能(見表1)。

表1 硅烷浸漬劑基本性能

2.2 混凝土試件表面處理與養(yǎng)護(hù)方法

混凝土試件拆模后，若表面存在蜂窩、麻面等缺陷時，需用水泥漿修補平整；養(yǎng)護(hù)一周后，用鋼絲刷對混凝土基材表面進(jìn)行清理，除去油污、灰塵、碎屑等有害物質(zhì)，并用清水沖洗干凈，然后放入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。混凝土試件達(dá)到要求的養(yǎng)護(hù)齡期后，取出清洗干凈，在室溫下晾干，確保混凝土試件表面為面干狀態(tài)。涂刷硅烷浸漬劑要求修補混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不少于14天，新浸漬處理混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不少于28天。

2.3 硅烷浸漬方法

當(dāng)試樣的頂面為被涂面時，用毛刷在被涂面上多次重復(fù)均勻地涂刷，使被涂表面浸漬飽和，要保持被涂面至少5s“看上去是濕的鏡面”狀態(tài)。浸漬硅烷一般刷涂兩遍，如果被保護(hù)的混凝土基面在水位變動區(qū)或較重要區(qū)域，可多涂刷幾次，適當(dāng)增加涂覆量，每遍之間的間隔時間至少為6h。試件涂刷后的狀況見圖2。

2.4 抗?jié)B性能試驗

2.4.1 試驗依據(jù)

試驗根據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)混凝土相對滲透性試驗的內(nèi)容進(jìn)行。此次試驗抗?jié)B試件較密實，試驗水壓為1.2MPa，試驗時間為24h[3]。

圖2 硅烷浸漬涂刷

2.4.2 試驗材料

抗?jié)B試件采用混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗?jié)B試模(規(guī)格為上口直徑175mm、下口直徑185mm、高150mm的截頭圓錐體)在東港擋潮閘施工現(xiàn)場澆筑成型，共9塊。拆模后，用鋼絲刷刷去兩端面的水泥砂漿，然后在混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天以上?；炷量?jié)B試件配合比見表2。

表2 混凝土抗?jié)B試件配合比

試件平均分成3組，每組3塊，其中第一組為硅烷組，第二組為選用邦德牌K01透明防水滲透劑的防水劑組，第三組為不涂抹任何防護(hù)材料的空白組。

2.4.3 試驗過程

從混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出試件，室溫下自然風(fēng)干72h，確保試件為干燥狀態(tài)；3塊試件涂刷硅烷浸漬劑，涂覆量為400g/m2；3塊試件涂刷透明防水滲透劑，涂覆量為200g/m2，均涂刷2遍，時間間隔為24h，剩下3塊試件不做處理；

第二遍涂抹完成后，在室溫下養(yǎng)護(hù)14天。按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)要求，將9組試件安裝到抗?jié)B儀試驗臺上，將抗?jié)B儀水壓力一次加到1.2MPa，在此壓力下恒定24h后，用壓力機將試件劈開，再將劈開面底邊10等分，在各等分點處量出滲水高度，以平均值作為滲水高度(見圖3)。

圖3 硅烷浸漬混凝土滲水高度試驗

2.4.4 試驗結(jié)果及分析

從試件劈開面上看，浸漬硅烷的試件滲水高度連線為一條不規(guī)則的線條，浸漬防水滲透劑的滲水高度連線為一條中間略有凸起的曲線，不做任何處理的試件滲水高度連線曲線呈拋物線型。

試驗取10個等分點處滲水高度平均值作為試驗結(jié)果值(見表3)。然后以滲水高度為縱坐標(biāo)，組別為橫坐標(biāo)作圖(見圖4)。

表3 相對滲透性試驗滲水高度值

試驗結(jié)果表明：浸漬硅烷后的混凝土試件在1.2MPa恒壓24h后，滲水高度在4.50mm左右，滲水高度幾乎和硅烷浸漬的深度相同。由此可見，硅烷浸漬混凝土后在其內(nèi)部形成的一道憎水層，可以有效地阻擋外界水的滲入。該憎水層使硅烷組的抗?jié)B性能

圖4 相對滲透性試驗滲水高度

較未涂刷防護(hù)材料的空白組提高10倍以上，比采用邦德牌K01透明防水滲透劑的防水劑組抗?jié)B性能提高4倍以上。

2.5 抗凍性能試驗

2.5.1 試驗依據(jù)

試驗根據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)混凝土抗凍性試驗的內(nèi)容進(jìn)行。試驗儀器為混凝土快凍試驗臺(HTD-B型)。

2.5.2 試件制備

混凝土耐久性能不僅與混凝土的強度有關(guān)，還與混凝土的集料組成、孔隙率等因素有關(guān)。此次試驗采用不同配合比的2組混凝土試件進(jìn)行試驗，主要檢驗孔隙率、密實情況不同的混凝土基材浸漬硅烷后抗凍性能的提高效果?；炷猎嚰浜媳纫姳?。

表4 混凝土試件配合比

2.5.3 試驗過程

混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天后，置于室溫下自然風(fēng)干72h，確保試件為干燥狀態(tài)；對試件6個面全部涂抹，涂覆量為400g/m2，涂刷2遍，時間間隔為24h；第二遍涂刷完成后，在室溫下養(yǎng)護(hù)14天。

按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)要求，將試件放置于混凝土快凍試驗臺進(jìn)行試驗，并按時測定質(zhì)量和自振頻率，試驗結(jié)果評定要求為：相對動彈性模量下降至初始值的60%或質(zhì)量損失率到達(dá)5%時，即可認(rèn)為試件已達(dá)破壞。其中，相對動彈性模量按式(1)計算，質(zhì)量損失率按式(2)計算，均以3個試件試驗結(jié)果的平均值為測定值。

(1)

式中Pn——n次凍融循環(huán)后試件相對動彈性模量，%；

fn——試件凍融n次循環(huán)后的自振頻率，Hz；

fo——試件凍融循環(huán)前的自振頻率，Hz。

(2)

式中Wn——n次凍融循環(huán)后試件質(zhì)量損失率，%；

Gn——n次凍融循環(huán)后的試件質(zhì)量，g；

G0——凍融前的試件質(zhì)量，g。

2.5.4 試驗結(jié)果及分析

通過試驗，取得A組和B組基準(zhǔn)混凝土試件和硅烷浸漬后的混凝土試件抗凍性試驗結(jié)果(見表5和圖5)。

表5 硅烷浸漬混凝土試件抗凍性能試驗結(jié)果

續(xù)表

圖5 不同次凍融循環(huán)后基準(zhǔn)和硅烷浸漬混凝土的相對動彈性模量變化曲線

試驗結(jié)果表明:在混凝土表面浸漬硅烷浸漬劑以后，混凝土耐凍融循環(huán)次數(shù)至少提高50次以上，其質(zhì)量隨著凍融次數(shù)的增多，先有所增加，隨后便開始大幅減少，同時混凝土隨之剝蝕破壞。

以B組試驗為例，基準(zhǔn)混凝土試件與硅烷浸漬后混凝土試件350次凍融循環(huán)后表面狀態(tài)如圖6所示。通過基準(zhǔn)試件和硅烷浸漬后試件的對比可見，在混凝土表面浸漬硅烷浸漬劑后，混凝土的抗凍性能有大幅度的提高。

圖6 凍融循環(huán)后基準(zhǔn)和硅烷浸漬混凝土表面變化情況

此次試驗A組試件強度低，密實程度差，而B組試件強度高，密實程度高，從試驗結(jié)果看，B組試件硅烷浸漬后大幅度提高了混凝土的抗凍性能。硅烷浸漬劑能夠提高混凝土的抗凍性能，主要原因是硅烷滲入混凝土內(nèi)部后，能夠形成一道憎水層，從而阻擋或降低水分的滲入，有效提高了混凝土的凍融循環(huán)次數(shù)。

從試驗結(jié)果來看，憎水層的阻水效果與混凝土本身的致密程度密切相關(guān)，混凝土本身的致密性好、孔隙率小，形成的憎水層就相對致密，憎水效果就好；若混凝土本身密實程度差、孔隙率大，盡管硅烷滲透深度可以相對增大，但是硅烷形成的憎水層的致密程度也會相對減弱，水分還是可以通過大的孔隙滲入混凝土內(nèi)部，以致不能大幅提高混凝土的抗凍性能。

3 現(xiàn)場示范應(yīng)用實例

2005年，硅烷浸漬劑在遼寧東港擋潮閘混凝土防護(hù)工程中得到了示范應(yīng)用，現(xiàn)場防護(hù)施工情況見圖7。工程運行2年來，被硅烷浸漬劑防護(hù)的混凝土構(gòu)件表觀質(zhì)量已明顯優(yōu)于未被防護(hù)的構(gòu)件，隨著時間的推移，其提升混凝土耐久性的效果將日漸突出。

圖7 硅烷浸漬劑現(xiàn)場防護(hù)施工情況

4 結(jié) 語

試驗與現(xiàn)場應(yīng)用表明：硅烷浸漬劑對混凝土產(chǎn)生的憎水保護(hù)層，可有效防止混凝土抗?jié)B、防碳化、抗氯鹽侵蝕能力，對混凝土表層的防護(hù)效果明顯增強。當(dāng)前該材料在海洋、交通等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛[4-5]，但在水利工程應(yīng)用尚不普及，隨著試驗和示范應(yīng)用的不斷深入，硅烷浸漬劑必將在水利工程中得到更廣泛應(yīng)用。

[1] 李化建，易忠來，謝永江.混凝土結(jié)構(gòu)表面硅烷浸漬處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報,2012(2):120-125.

[2] 陳丹，崔洪，張敏，等.硅烷浸漬防護(hù)混凝土的機理及其研究方法[J].中國建筑防水,2015(17):17-21.

[3] SL 352—2006水工混凝土試驗規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

[4] 楊海城,熊建波,范志宏.硅烷防護(hù)對混凝土抗氯離子滲透性的影響[J].水運工程,2013(8):63-68.

[5] 蔣慶華,劉慈軍,溫小棟,等.海洋環(huán)境下硅烷浸漬混凝土復(fù)合體系的耐久性[J].公路,2013(2):180-182.