有機(jī)硅防水劑的性能與應(yīng)用

付長濤 宇富生

我國現(xiàn)階段正處于大規(guī)模建設(shè)階段,混凝土和鋼筋混凝土是建設(shè)中最主要的材料。混凝土常因耐久性不足而影響建筑物的使用壽命。影響混凝土耐久性一個(gè)很大因素就是水分的侵入。水分的侵入是混凝土碳化、硫酸鹽腐蝕、氯鹽對鋼筋腐蝕的必要條件。水作為運(yùn)輸載體,把溶于水中的CO2,SO2,SO2+4,Cl-帶入混凝土中,對混凝土造成腐蝕破壞。同時(shí),水分的侵入使膠結(jié)體Ca(OH)2和CSH-gel溶解,嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。因此,對混凝土進(jìn)行防水處理以提高混凝土的抗?jié)B性是提高耐久性的有效方法。

有機(jī)硅防水劑是一種理想的防水劑,它不僅有良好的防水性,而且具有良好的耐酸、耐堿、耐高溫性,還具有良好的防污性,能防止混凝土土壤化。

1 有機(jī)硅防水劑的作用機(jī)理

有機(jī)硅防水劑是斥水性防水劑。當(dāng)有機(jī)硅防水劑硅基基材表面時(shí),在毛細(xì)管的毛細(xì)作用下滲入基材內(nèi)部。有機(jī)硅分子與基材中的硅醇基發(fā)生脫水反應(yīng),在基材表面和毛細(xì)孔表面形成定向排列有機(jī)硅氧烷增水膜。這種增水膜有幾個(gè)納米厚,不影響混凝土的外觀,能阻止基材毛細(xì)管對水的毛細(xì)作用,從而阻止了水分的侵入。同時(shí)又不堵塞毛細(xì)管,使混凝土保持良好的通氣性。

2 有機(jī)硅防水劑的種類及特點(diǎn)

2.1 水溶性有機(jī)硅防水劑

水溶性有機(jī)硅防水劑是一種以水為介質(zhì),有機(jī)揮發(fā)物低的環(huán)保型防水材料。主要有烷基硅酸鹽、烷基硅氧烷硅烷、高沸硅醇鹽、聚烷基羥基硅氧烷等。

2.1.1 烷基硅酸鹽

烷基硅酸鹽包括甲基硅酸鈉(鉀)、乙基硅酸鈉(鉀)等。其中,甲基硅酸鹽最為普遍使用,它是第一代有機(jī)硅防水劑,為無色或淡黃色透明液,呈堿性,pH=12～14,為小分子水溶性聚合物。甲基硅酸鹽硅基基材表面與大氣中的CO2反應(yīng)生成甲基硅酸,甲基硅酸中的羥基與硅基基材中羥基產(chǎn)生脫水反應(yīng),甲基硅酸中的羥基之間也發(fā)生脫水反應(yīng)形成表面帶有烷基的增水膜。此增水膜使水與基材表面和毛細(xì)管表面的接觸角為100°～130°以上,水分無法滲入。同時(shí)又沒有堵塞毛細(xì)管,水氣可以自由出入,使基材保持良好的“呼吸性”。

烷基硅酸鹽的憎水性在一定范圍內(nèi)隨烷基碳數(shù)的增加而增加。乙基硅酸鈉7 h吸水率僅為甲基硅酸鈉的1/14。而烷基中的碳數(shù)過大時(shí),吸水率反而有所增加。烷基的碳數(shù)增加,增加了增水膜的厚度,從而提高了基材的抗?jié)B性。而當(dāng)烷基的碳數(shù)過大時(shí)使烷基硅酸鹽的滲透能力降低,和基材結(jié)合能力下降,進(jìn)而造成憎水能力下降。

烷基硅酸鹽防水劑的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、使用方便,缺點(diǎn)是與CO2反應(yīng)慢,需24 h才能固化。由于使用的防水劑在一定時(shí)間內(nèi)仍是水溶性,因此易被雨水沖刷掉。此外,甲基硅酸鹽對于含有鐵鹽的石灰石、大理石會產(chǎn)生黃色的鐵銹斑點(diǎn),因此不能用于處理含有鐵鹽的大理石,也不能用來使已具有憎水性的材料作進(jìn)一步的處理。

2.1.2 烷基烷氧基硅烷

烷基烷氧基硅烷是近年來發(fā)展比較迅速的有機(jī)硅防水劑,是低揮發(fā)、環(huán)保型的斥水性防水劑。其典型分子結(jié)構(gòu)式如下:

其中,R*為非活性基烷基,碳數(shù)4～10為佳,碳數(shù)過小時(shí),硅烷易揮發(fā),烷基過大時(shí),硅烷的滲透能力差。烷氧基碳數(shù)1～4均可,但甲氧基在堿性條件下穩(wěn)定性差,易與基材結(jié)合,影響滲透能力。德國wacker公司研發(fā)的SIL RESBS 1701有機(jī)硅防水劑主要成分為辛基三乙氧基硅烷,其分子結(jié)構(gòu)式為:

當(dāng)其濃度為 100%時(shí),基材的滲透深度可達(dá)到 6 mm～12 mm;當(dāng)濃度為40%時(shí),滲透深度為 4 mm～5 mm;而濃度僅為5%時(shí),滲透深度也能達(dá)到1 mm～2 mm。烷基烷氧基硅烷是目前國外普遍采用的防水劑,由于技術(shù)空白,在國內(nèi)尚未得到推廣。烷基烷氧基硅烷與烷基硅酸鹽相比,有明顯的優(yōu)越性:1)與基材反應(yīng)迅速,適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng),不易被雨水沖洗掉。2)應(yīng)用面廣,可用于各種硅基基材,不會出現(xiàn)烷基硅酸鹽的“泛堿”“鐵銹斑”現(xiàn)象。3)滲透能力強(qiáng),斥水效果好。4)耐久性、耐酸堿性好。

2.2 溶劑型有機(jī)硅防水劑

溶劑型有機(jī)硅防水劑多為聚甲基三乙氧基硅烷樹脂、含氫聚硅氧烷等,溶劑多選用醇類溶劑。其分子結(jié)構(gòu)式如下:

聚甲基三乙氧基硅烷樹脂呈中性,其與硅基基材反應(yīng)原理與烷基烷氧基硅烷相同。但防水效果明顯優(yōu)于烷基硅氧烷單體。相同條件下,其吸水率僅為烷基硅氧烷單體的1/2;摻入使用時(shí)其對混凝土的緩凝作用與其單體相比也大大降低;而且其穩(wěn)定性也明顯優(yōu)于其單體。

含氫聚硅氧烷中含有活性很高的Si—H鍵,它能與硅基基材中的Si—OH鍵反應(yīng),脫出H2,生成末端帶有烷基的憎水膜。由于反應(yīng)生成氫氣而發(fā)泡,不易摻入混凝土使用。

溶劑型有機(jī)硅防水劑與烷基硅酸鹽相比,受外部環(huán)境影響較小,但是由于其溶劑揮發(fā)造成環(huán)境污染、易燃,因此,其應(yīng)用受到一定的限制。

2.3 乳液型有機(jī)硅防水劑

乳液型有機(jī)硅防水劑為加入適量催化劑和助劑的純有機(jī)硅防水劑或改性有機(jī)硅防水劑經(jīng)乳化劑乳化制得。乳化劑分為陰離子型、陽離子型、非離子型三種。不同乳化劑的選擇對有機(jī)硅防水劑的穩(wěn)定性影響很大,從而影響了其防水性能。應(yīng)根據(jù)有機(jī)硅自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用乳化劑,有的適合兩種乳化劑復(fù)合使用。

乳液型有機(jī)硅防水劑的種類很多,包括甲基含氫硅油乳液、羥基硅油乳液、烷基烷氧基硅烷乳液等,也包括改性有機(jī)硅乳液。

3 結(jié)語

隨著資源的不斷短缺,建筑物的耐久性被人們廣為關(guān)注。而混凝土的抗?jié)B防水性是有關(guān)耐久性最重要的方面,它對混凝土抗碳化、抗凍性、抗離子腐蝕,都有十分重要的影響。因此,提高混凝土的抗?jié)B防水性,就能大幅度提高混凝土的耐久性。有機(jī)硅防水劑是混凝土相對理想的防水劑,是混凝土的“透氣”型防水劑。

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