混凝土表面硅烷浸漬吸水率與抗凍性試驗(yàn)研究

1、公路2009年9月第9期HIGHWAYSep12009No19文章編號(hào):0451-0712(2009)09-0260-04中圖分類號(hào):TU503文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B混凝土表面硅烷浸漬吸水率與抗凍性試驗(yàn)研究趙尚傳1,徐永利2,俞海3(11交通部公路科學(xué)研究院北京市100088;21山東高速路橋集團(tuán)有限公司濟(jì)南市;31瓦克化學(xué)貿(mào)易(上海)有限公司北京分公司100176摘要:測試了混凝土表面硅烷浸漬后硅烷的滲透深度58mm;對(duì)比了硅烷與其他表面浸漬材料的吸水率,06,010106mm/min1/2,而且滿足不大于0101mm/min1/2;,抗凍融循環(huán)性能大幅度提高,而且混凝土致密性越高,采用硅烷浸漬進(jìn)行

2、耐久性維護(hù),關(guān)鍵詞:;吸水率;抗凍融循環(huán)性;耐久性水侵蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低的重要因素,除了部分化學(xué)侵蝕外,混凝土的凍融破壞、硫酸鹽侵蝕、混凝土中鋼筋銹蝕、堿集料反應(yīng)等均與水侵蝕密切相關(guān)1?；炷潦且环N多孔材料,在水環(huán)境中,若不采取涂層防護(hù)措施,水分向混凝土內(nèi)部的滲透是不可避免的。而如果涂層把微孔水完全密封在混凝土內(nèi),那么外界環(huán)境發(fā)生變化導(dǎo)致混凝土內(nèi)空隙體積變化或空隙氣壓變化時(shí),表面涂層局部區(qū)域會(huì)受到非常大的內(nèi)部壓力,在涂層中產(chǎn)生很大的張應(yīng)力,造成涂層起泡、開裂和剝落,失去表面防護(hù)作用。硅烷和硅氧烷類化合物涂料,是良好的表面涂覆滲透型材料。涂覆后可滲入到混凝土內(nèi)一定深度的微孔中,并與微孔水發(fā)

3、生反應(yīng),形成硅酮樹脂憎水層(排斥水進(jìn)入)。采用硅烷和硅氧烷類化合物涂料進(jìn)行表面防護(hù)有如下特點(diǎn):(1)硅烷和硅氧烷類化合物涂料與已水化的水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)物使毛細(xì)孔壁憎水化,使水分以及水分所攜帶的腐蝕性物質(zhì)都難以滲入混凝土;(2)滲透型涂料可滲透進(jìn)入一定深度的混凝土中,因而其憎水性不受結(jié)構(gòu)表面磨損、劃傷等機(jī)械作用的影響,在受到紫外線照射時(shí)不發(fā)生降解反應(yīng),即使混凝土表面出現(xiàn)細(xì)小的裂紋(<012mm),也會(huì)因?yàn)橥苛显魉阅芏柚顾智秩?(3)硅烷和硅氧烷類化合物屬于浸入性涂料,不在混凝土表面上成膜,不會(huì)形成隔離層,也不充滿混凝土毛細(xì)孔隙,因此不會(huì)影響混凝土的透氣性,混凝收稿日期:2009

4、-08-07土中的水分可以化為水蒸氣自由蒸發(fā)出去,但是卻能顯著降低混凝土的吸水性,使混凝土保持干燥2?；炷帘砻婀柰榻n是一種施工簡便、經(jīng)濟(jì)、長效的防腐蝕技術(shù),尤其適用于海港工程大氣區(qū)和浪濺區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)表面防腐蝕保護(hù)3,已成功地應(yīng)用于跨波羅的海Storebelt橋的浪濺區(qū)的梁、板底側(cè)面、澳大利亞悉尼海岸上的歌劇院屋頂、德國萊茵河口Flehe橋、香港青馬大橋等沿海橋梁結(jié)構(gòu)3-4。由于硅烷滲入混凝土內(nèi)部、并與混凝土中的水化產(chǎn)物反應(yīng)生成新的的增水性物質(zhì),其受光照影響小,老化慢,使用年限長。據(jù)記載,有最久30年的戶外使用實(shí)例,見圖1慕尼黑老松林小學(xué)校舍,1975年使用硅樹脂涂料涂刷,迄今還保持良好的狀

5、態(tài)。圖1慕尼黑老松林小學(xué)校舍2009年第9期趙尚傳等:混凝土表面硅烷浸漬吸水率與抗凍性試驗(yàn)研究261本文結(jié)合北方沿海某大橋的橋梁混凝土耐久性維護(hù),對(duì)硅烷浸漬后的混凝土的吸水率和抗凍性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,為該工程應(yīng)用提供了技術(shù)支持。1硅烷浸漬深度試驗(yàn)111試件制作混凝土表面硅烷浸漬試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm的立方體試件(3個(gè)),試件齡期達(dá)8個(gè)月左右;其混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,水泥選用3215(R)普通硅酸鹽水泥,砂為河砂,粗骨料的最大粒徑為20mm碎石,配合比見表1。表1組成材料用量/(kg/m3)水泥31027d。除硅烷表面浸5mm的周邊,均涂以無溶劑環(huán)氧涂料

6、,若該涂層有針孔,尚應(yīng)加涂予以密封。全部試樣放進(jìn)電熱鼓風(fēng)干燥箱在40下烘48h后稱重。在塑料盆底部,放置多根玻璃棒,將這些試樣原表面朝下放在這些玻璃棒上,注入自來水,使水面在玻璃棒上12mm,以5min、10min、30min、60min和120min的時(shí)間間隔,取出試樣,稱重后立即放回去,直到完成所有這些間隔時(shí)間的測試。212試驗(yàn)結(jié)果與分析吸水率平均值的計(jì)算是將每一個(gè)時(shí)間間隔的吸水增量,折算為吸水高度(mm),然后以吸水高度為縱坐標(biāo),以該時(shí)間間隔平方根為橫坐標(biāo)作圖。如圖3所示,取該關(guān)系直線的斜率(mm/min1/2)為吸水率值。12221602117112混凝土硅烷浸漬方法11211混凝土表

7、面處理用水泥漿修補(bǔ)蜂窩、露石等明顯缺陷;用鋼鏟刀清除表面碎屑及不牢固的附著物;清除不利于硅烷浸漬的灰塵、油污等有害物與污染物;用飲用水沖洗后,要放在室內(nèi)自然干燥72h,以確保噴涂硅烷的混凝土表面應(yīng)為面干狀態(tài)。11212浸漬方法將立方體試樣置于水平桌面上,試樣的頂面為被涂面。用毛刷蘸取硅烷浸漬劑,在試樣被涂面上均勻涂刷,使被涂表面浸漬飽和并開始溢流,重復(fù)用毛刷由上而下在被涂面涂刷37次,保持被涂面至少5“s看上去是濕的鏡面”狀態(tài),涂覆量根據(jù)產(chǎn)品要求而定。若試件的立面是被涂面,應(yīng)自下向上地在試樣被涂面上均勻涂刷,使被涂表面浸漬飽和并開始溢流,保持被涂面至少5s“看上去是濕的”狀態(tài)。浸漬硅烷施工方法

8、采用刷涂兩遍,兩遍之間的間隔時(shí)間至少為6h。11213硅烷滲透深度測試應(yīng)在最后一次噴涂硅烷后至少7d進(jìn)行測試。試驗(yàn)時(shí),將立方體試件放在壓力機(jī)下,沿縱斷面劈開,在劈開試件的表面上噴涂一層水,顏色變灰白的為滲透深度,無顏色變化的是無硅烷滲入,見圖2。滲透深度約為58mm。2混凝土表面硅烷浸漬吸水率試驗(yàn)211試驗(yàn)方法與過程圖3硅烷及其他滲透類材料吸水率另外,MCI阻銹劑、Sika阻銹劑也依照測試硅烷吸水率的試驗(yàn)方法和硅烷同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),進(jìn)行對(duì)比分析,見表2。表2硅烷與其他滲透型材料的吸水率名稱吸水率mm/min1/2基準(zhǔn)組010106硅烷浸漬010036MCI阻銹劑010020Sika阻銹劑01011

9、5基準(zhǔn)混凝土配合比見表1。吸水率的測試應(yīng)在262公路2009年第9期吸水率的試驗(yàn)結(jié)果表明:硅烷的吸水率平均值為010036mm/min1/2,小于0101mm/min1/2,即混凝土表面硅烷浸漬的確能顯著降低混凝土的吸水性;MCI阻銹劑的吸水率平均值為01002mm/min1/2遠(yuǎn)小于基準(zhǔn)組的吸水率(=010106mm/min1/2),其降低混凝土的吸水性與硅烷浸漬差不多,MCI阻銹劑含有兩種成分:硅烷類成分和阻銹劑成分,其中對(duì)降低吸水率起主要作用的也是硅烷類成分;Sika阻銹劑的吸水率平均值為010115mm/min1/2和基準(zhǔn)組的吸水率差不多,基本上沒有降低混凝土吸水性的效果。果見表4和圖

10、4。表4基準(zhǔn)試件凍融試驗(yàn)結(jié)果凍融次數(shù)/次試件編號(hào)C30C3050C30C30C30C30C30C30C30C30C30C30C30C30C30C30C30C30相對(duì)動(dòng)彈性模量/%基準(zhǔn)混凝土硅烷浸漬混凝土初始3311試件制作175C30進(jìn)行設(shè)計(jì),分別采用兩種配合比,見表3,試件尺寸為100mm×100mm×400mm。混凝土工作性滿足普通配筋率的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土的要求,坍落度(60±10)mm。表3混凝土配合比材料水泥細(xì)集料粗集料水外加劑水灰比組成材料用量/(kg/m3)C30385(3215級(jí))6901175200-0152C30310(4215級(jí))3253

11、00275200250目前,一般以混凝土強(qiáng)度為指標(biāo)來評(píng)價(jià)混凝土性能,而隨著對(duì)混凝土性能研究的深入,發(fā)現(xiàn)混凝土的性能尤其是耐久性能不僅與混凝土強(qiáng)度有關(guān),而且與混凝土組成,尤其是內(nèi)部孔隙率關(guān)系密切。采用強(qiáng)度等級(jí)相同而配合比不同的2種混凝土組成,其主要目的是檢驗(yàn)硅烷的滲透性對(duì)混凝土配合比的敏感性。混凝土C30水泥用量大,混凝土C30水泥用量小,雖然兩者水灰比一致、強(qiáng)度等級(jí)一致,但是混凝土內(nèi)部的致密程度卻存在差別,C30相對(duì)C30比較致密。312浸漬過程硅烷采用膏體CrèmeC,涂敷量為200g/m2,涂敷浸漬后在室溫下放置14d。浸漬過程同上。313試驗(yàn)結(jié)果與分析基準(zhǔn)混凝土和硅烷浸漬混凝土

12、的抗凍性試驗(yàn)結(jié)圖4基準(zhǔn)混凝土與硅烷浸漬混凝土凍融循環(huán)次數(shù)根據(jù)動(dòng)彈性模量變化確定混凝土的抗凍標(biāo)號(hào),見表5。表5混凝土抗凍標(biāo)號(hào)項(xiàng)目C30C30D100D200抗凍標(biāo)號(hào)基準(zhǔn)混凝土表面涂CrèmeC混凝土D175D3252009年第9期趙尚傳等:混凝土表面硅烷浸漬吸水率與抗凍性試驗(yàn)研究263試驗(yàn)結(jié)果表明,混凝土表面浸漬硅烷以后對(duì)混凝土的抗凍性能有大幅度提高;對(duì)于相對(duì)致密的混凝土而言,硅烷浸漬后抗凍性能提高幅度更大。硅烷對(duì)于混凝土抗凍性能的提高主要是由于硅烷滲透入混凝土內(nèi)部、在縫隙內(nèi)壁形成憎水層、通過該層的憎水性而阻擋或降低水分的入侵來實(shí)現(xiàn)的,憎水層的致密程度與混凝土本身的致密程度密切相關(guān)。混

13、凝土本身的致密程度高,雖然硅烷滲透的深度淺,但是憎水層相對(duì)致密,憎水效果好;若混凝土本身孔隙率較大,雖然硅烷滲透深度大,但是部分水分還是可以通過大的孔隙滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部,抗凍性能。同樣,4實(shí)際工程應(yīng)用率及硅烷材料滲透深度測試,將每一個(gè)時(shí)間間隔的吸水增量,折算為吸水高度(mm),然后以吸水高度為縱坐標(biāo),以該時(shí)間間隔平方根為橫坐標(biāo)作圖(圖6所示),計(jì)算出的吸水率值一并列于表6中。在山東某沿?；炷翗蛄旱哪途眯跃S護(hù)中采用了混凝土表面硅烷浸漬技術(shù)。圖5是現(xiàn)場涂覆硅烷膏體以后混凝土表面的憎水性狀況,在硅烷浸漬以前,混凝土表面吸水性很強(qiáng),而混凝土表面浸漬硅烷以后,水分呈條狀或水珠狀流下,表面基本不吸水。由

14、此可見:采用硅烷浸漬以后,混凝土對(duì)水侵蝕或以水分作媒介而侵入的侵蝕介質(zhì)的抵抗能力大大增強(qiáng),即混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性大為改善。針對(duì)涂刷硅烷材料的部位,通過取芯對(duì)芯樣混凝土進(jìn)行吸水表6混凝土吸水率和硅烷滲透深度測試結(jié)果測試部位5min吸水高度計(jì)算結(jié)果/mm吸水率mm/min1/2硅烷滲透深度/mm頂部(S1)0號(hào)蓋梁上游側(cè)面?zhèn)让?S2)頂部(X1)0號(hào)蓋梁下游側(cè)面?zhèn)让?X2)由以上圖表可知,硅烷材料滲透深度在615710mm之間,滿足設(shè)計(jì)要求;各試件吸水率計(jì)算值介于0100101004mm/min1/2之間,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0101mm/min1/2的要求。截止目前,經(jīng)過了2006年、2007年和2008年3

15、個(gè)冬季,基本沒有發(fā)現(xiàn)凍壞現(xiàn)象,效果良好。由于混凝土凍融破壞在自然環(huán)境中是一個(gè)漫長的過程,硅烷浸漬后實(shí)際工程的長期凍融循環(huán)特性還需要時(shí)間的進(jìn)一步驗(yàn)證。5結(jié)論度降低混凝土的吸水率,有效地提高混凝土結(jié)構(gòu)抵抗水侵蝕和以水分為侵蝕媒介的侵蝕,改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。大量的工程實(shí)例都表明,混凝土表面硅烷浸漬能夠有效地提高混凝土抗凍性、降低氯鹽向混凝土的滲透,對(duì)遭受凍融破壞和氯鹽侵蝕的混凝土結(jié)構(gòu)具有明顯的保護(hù)效果。硅烷浸漬施工簡便、保護(hù)費(fèi)用低,可以預(yù)見混凝土表面硅烷浸漬是未來延長混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命較經(jīng)濟(jì)和有效的技術(shù)措施。硅烷浸漬可以在混凝土表面形成憎水層,大幅公路2009年9月第9期HIGHWAYSep120

16、09No19文章編號(hào):0451-0712(2009)09-0264-05中圖分類號(hào):U414118文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A荷載作用下混凝土中氯離子侵蝕性研究現(xiàn)狀與發(fā)展趙尚傳1,2(11交通部公路科學(xué)研究院北京市100088;21摘要:。根:混凝土中氯離子傳輸機(jī)理。提出荷載,是氯鹽環(huán)境中承受荷載作用的混。關(guān)鍵詞:橋梁工程;現(xiàn)狀與發(fā)展;氯離子侵蝕;荷載;混凝土鋼筋銹蝕是當(dāng)今世界混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之一1。根據(jù)美國的統(tǒng)計(jì),在所有結(jié)構(gòu)耐久性破壞中,鋼筋腐蝕破壞可占到55%。英國調(diào)查統(tǒng)計(jì)了271項(xiàng)混凝土工程劣化破壞事例,其中碳化銹蝕占17%,環(huán)境氯鹽銹蝕占33%。日本每年僅用于房屋結(jié)構(gòu)維修的費(fèi)用就達(dá)到約400

17、億日元,大約有2114%的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞是因鋼筋銹蝕引起凝土結(jié)構(gòu),氯離子侵蝕是鋼筋銹蝕的最主要原因。氯離子在混凝土中的實(shí)際傳輸過程比較復(fù)雜。對(duì)于不存在裂縫的混凝土材料而言,通常認(rèn)為氯離子在混凝土中的傳輸以擴(kuò)散為主。而氯離子傳輸不僅受混凝土材料自身微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響,而且受到混凝土所處環(huán)境因素和荷載因素的影響2-3,環(huán)境因素和荷載因素改變氯離子傳輸邊界條件,影響其侵蝕性能。圖1和圖2是在海洋環(huán)境中空心板梁和T型梁跨中和梁端部遭受氯離子侵蝕的耐久性狀況。從圖中可以看出,跨中底部由于承受荷載應(yīng)力較大,已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的鋼筋銹蝕現(xiàn)象,而端部相對(duì)輕微,表明了荷載應(yīng)力對(duì)氯離子傳輸和結(jié)構(gòu)耐久性的重要影響。目

18、前,跨海工程已經(jīng)發(fā)展到了跨越海灣和連島工程的建設(shè)時(shí)代,在國際上有規(guī)劃中的直布羅陀海的。日本運(yùn)輸省檢查103座混凝土碼頭,發(fā)現(xiàn)使用20年以上的均有明顯的需要立即修補(bǔ)的順筋開裂現(xiàn)象。在我國,受氯離子侵蝕而導(dǎo)致耐久性失效甚至結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象越來越多,如建成使用僅7年時(shí)間的某大橋出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力橋面板突然斷裂事故,建成使用12年的某高速公路干線混凝土橋梁普遍出現(xiàn)鋼筋銹蝕。處于海洋環(huán)境下以及撒除冰鹽環(huán)境中的鋼筋混收稿日期:2009-08-07參考文獻(xiàn):1BlightGE1AstudyoffourwaterproofingsystemsforconcreteJ1MagazineofConcreteResearch,1991,4312黃桂柏,黨濤1硅烷封閉涂料用于建構(gòu)筑物的維護(hù)J,新型建筑材料,1998,(5):23-2513IbrahimM,Al2