張志增，李松凡，2，張?jiān)迄i，李 芳

（1.中原工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，河南鄭州 450007；2.鄭州亞新房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，河南鄭洲 450018；3.玉溪市江通高速公路有限公司，云南玉溪 653100）

0 引言

混凝土的應(yīng)用至今已有幾百年的歷史，早期由于水泥和混凝土的質(zhì)量較差，同時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算理論也不夠完善，其發(fā)展比較緩慢，直到19世紀(jì)末，各種試驗(yàn)、理論、材料及施工技術(shù)等都有了極大地改善，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也在這段時(shí)間里開始應(yīng)用于建筑工程中。自20世紀(jì)中葉以來，發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，世界范圍內(nèi)人口急劇增加，更進(jìn)一步推動(dòng)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的迅猛發(fā)展，如今，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的特點(diǎn)，已經(jīng)成為世界上絕大多數(shù)建筑的首選［1-2］。

然而現(xiàn)實(shí)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因耐久性問題過早損壞的情況非常嚴(yán)峻，曾經(jīng)震驚世界的美國橋梁橋面損壞事件中發(fā)現(xiàn)，數(shù)以十萬計(jì)的混凝土橋梁面板，其中許多在不到20 a的時(shí)間里就出現(xiàn)了各種問題，根本達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)定的壽命要求［3］。大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早地出現(xiàn)各種劣化引起了世界范圍內(nèi)對混凝土耐久性的關(guān)注［4-5］。盡管如此，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料本身的特殊性，各種各樣的耐久性問題依然層出不窮，形勢十分嚴(yán)峻。

目前針對已經(jīng)成型的混凝土，越來越多的工程采用涂刷清水混凝土保護(hù)劑的方法來進(jìn)行外保護(hù)，以增強(qiáng)其耐久性，清水混凝土保護(hù)劑的種類繁多，大量的工程實(shí)踐已經(jīng)證明了各種保護(hù)劑均能對混凝土耐久性產(chǎn)生有益影響，但是缺乏足夠的數(shù)據(jù)證明每種保護(hù)劑的具體性能，從而制約了清水混凝土保護(hù)劑的進(jìn)一步發(fā)展，所以開展清水混凝土保護(hù)劑的性能評價(jià)十分有必要。

1 試驗(yàn)原材料準(zhǔn)備

1.1 混凝土原材料

本研究所用水泥為鄭州天瑞水泥有限公司的P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)見表1。河砂：表觀密度2 600 kg/m3，堆積密度1 580 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.48，含泥量5.3%。碎石：5～20 mm連續(xù)級配，表觀密度2 890 kg/m3，堆積密度1 600 kg/m3，吸水率1.9%。外加劑：德國西卡牌減水劑，主要成分為聚羧酸鹽，減水率30%。

表1 P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥的性能指標(biāo)Table 1 The performance index of P.O 42.5 ordinary portland cement

1.2 配合比設(shè)計(jì)

參考《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，混凝土強(qiáng)度按C40配制，水灰比為0.5，經(jīng)過多次適配得到具體配合比，見表2。

表2 混凝土配合比 kg/m3Table 2 The mix proportions of concrete

1.3 清水混凝土保護(hù)劑

清水混凝土保護(hù)劑體系通常包括底漆、中間漆和面漆，由于中間漆的主要作用是調(diào)整色差和更好地銜接底漆和面漆，對混凝土耐久性本身提升不大，故本研究僅采用底漆加面漆的組合，所有試塊涂刷均為底漆兩層和面漆兩層。對市場上應(yīng)用較廣泛的清水混凝土保護(hù)劑體系進(jìn)行調(diào)研后，最終遴選了如下體系：

丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系：采用QD丙烯酸樹脂透明保護(hù)劑底漆和QD丙烯酸樹脂透明保護(hù)劑面漆。

有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系：采用LB有機(jī)硅清水混凝土保護(hù)劑底漆和LB有機(jī)硅清水混凝土保護(hù)劑面漆。

氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系：采用QD氟碳樹脂透明保護(hù)劑底漆和QD氟碳樹脂透明保護(hù)劑面漆。

2 混凝土耐久性試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)方法

混凝土的吸水率試驗(yàn)參照J(rèn)C/T 902—2002《建筑表面用有機(jī)硅防水劑》進(jìn)行；碳化試驗(yàn)參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行；氯離子滲透性采用濃度5%的NaCl溶液，通過浸泡法進(jìn)行測定。

2.2 吸水率試驗(yàn)結(jié)果分析

將靜置完畢的涂層混凝土試件放入容器中開始吸水試驗(yàn)，分別在0、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h、48 h時(shí)取出試件，擦干進(jìn)行稱重處理，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 混凝土吸水率的測定結(jié)果Figure 1 Test results of water absorption of concrete

由圖1可以見，所有混凝土試件在浸水8 h時(shí)的吸水率均基本趨于飽和，之后隨著浸水時(shí)間的延長，吸水率的增長速率放緩，涂刷清水混凝土保護(hù)劑體系后，均有效降低了混凝土的吸水率。當(dāng)浸水時(shí)間達(dá)到48 h時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系的混凝土試件的吸水率分別比基準(zhǔn)試件下降了78.9%、67.0%和45.1%，即氟碳類保護(hù)劑體系防水效果最好，有機(jī)硅類保護(hù)劑體系效果次之，丙烯酸類保護(hù)劑體系防水效果最差。其主要原因是氟碳類清水混凝土保護(hù)劑本身性能優(yōu)越，涂膜致密性遠(yuǎn)高于丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑，從而可以有效阻止水分的侵入，而有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑本質(zhì)上為硅烷，硅烷可以滲透到混凝土內(nèi)部與水發(fā)生水解反應(yīng)從而在混凝土表面和內(nèi)部形成一層以Si—O—Si為主鏈的憎水層，可以有效地阻止水分的侵入，具備較好的防水效果。

2.3 碳化試驗(yàn)結(jié)果分析

將靜置完畢的涂層混凝土試件放入碳化試驗(yàn)箱中，分別在碳化3 d、7 d、14 d、28 d、56 d時(shí)，取出試件破型，測定其碳化深度，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可見，混凝土試件的碳化深度隨著碳化時(shí)間的延長而增加，所選3種清水混凝土保護(hù)劑體系均能顯著降低混凝土的碳化深度。當(dāng)碳化齡期達(dá)到56 d時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系的混凝土試件的碳化深度分別比基準(zhǔn)試件下降了65.3%、46.9%和20.4%，其中氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系抗碳化效果最好，有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系抗碳化效果次之，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系抗碳化效果最差。主要原因是氟碳類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系均為表面成膜類保護(hù)劑，氟碳類清水混凝土保護(hù)劑的成膜致密性遠(yuǎn)高于丙烯酸類保護(hù)劑，可以有效阻止氣體及水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而大大降低CO2的碳化作用，故防碳化效果最好，而有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑由于其在混凝土表面及內(nèi)部生成的憎水層具備較好的防水效果和一定的抗碳化能力，所以其抗碳化能力同樣強(qiáng)于丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑。

圖2 混凝土的碳化深度Figure 2 The carbonization depth of concrete

2.4 氯離子滲透性試驗(yàn)結(jié)果分析

將靜置完畢的混凝土試件放入容器中，倒入濃度5%的NaCl溶液浸泡，分別在30 d和60 d時(shí)取出試件，經(jīng)0.1 mol/L的AgNO3溶液顯色后得到的結(jié)果如圖3所示（為保證溶液濃度，每20 d更換一次溶液）。

圖3 混凝土的氯離子滲透深度Figure 3 Chloride ion penetration depth of concrete

由圖3可見，浸泡天數(shù)為30 d和60 d時(shí)，3種清水混凝土保護(hù)劑體系均降低了混凝土中氯離子的滲透深度。當(dāng)浸泡天數(shù)為60 d時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系的混凝土試件的氯離子滲透深度對比基準(zhǔn)試件分別降低了47.3%、44.1%和31.2%，其中有機(jī)硅類和氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系效果較好且彼此相差不大，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系效果稍差。主要原因是，涂刷道數(shù)較少時(shí)，有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑由于其滲透性的特點(diǎn)不容易被破壞，較好地保護(hù)了混凝土免受氯離子的侵蝕，而氟碳類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑為表面成膜類保護(hù)劑，涂刷道數(shù)較少時(shí)容易被破壞導(dǎo)致效果下降。

3 結(jié)語

（1） 3種清水混凝土保護(hù)劑體系均能顯著降低混凝土的吸水率，其中氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系防水效果最好，有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系防水效果次之，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系防水效果最差。

（2） 3種清水混凝土保護(hù)劑體系均能有效延緩混凝土的碳化速度，降低混凝土的碳化深度，其中氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系抗碳化效果最好，有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系抗碳化效果次之，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系抗碳化效果最差。

（3） 3種清水混凝土保護(hù)劑體系均有效降低了混凝土中氯離子的滲透深度，其中有機(jī)硅類和氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系效果較好且相差不大，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系效果較差。

綜上所述，3種清水混凝土保護(hù)劑體系均能有效提升混凝土的耐久性，與丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系相比，有機(jī)硅類和氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系效果更好，但是由于技術(shù)的局限性和造價(jià)等因素的影響，大多數(shù)工程還是采用價(jià)格更為便宜的丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系，效果更好的有機(jī)硅類和氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系并未得到大范圍推廣。