硅烷抗水劑在混凝土防護中的應用

崔 巍

(黑龍江省交通科學研究所)

0 前言

水泥混凝土橋梁和路面在公路建設事業的發展上起到了巨大的作用，但同時也出現了一些技術和質量問題，主要是耐久性不足造成的路面、橋面早期損壞問題，而且這些問題在近幾年已經突出地擺在世人面前。橋梁的主要病害是混凝土裂縫、表面開裂與剝蝕、骨料與鋼筋裸露、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等。橋梁病害中多發且危害最大的是橋墩水位變化區域混凝土剝落和鋼筋銹蝕。水泥混凝土路面的主要病害體現為有的面層局部發生裂紋、起皮、麻面、坑洞等損壞，有的是縱橫向裂縫、交叉裂縫和板角裂縫等，影響路面通車質量。尤其是在氣候嚴寒、水文地質條件不良地區，其早期損壞現象更為嚴重影響混凝土橋梁結構耐久性的主要內在因素有很多，諸如鋼筋銹蝕、混凝土堿集料反映和混凝土凍融循環損壞等等。這些破壞過程都少不了水的存在和參與，即水的侵蝕。黑龍江省地處高緯度、嚴寒地區，受到冰凍作用的程度更為強烈，因此防水技術問題造成的橋梁結構的早期損壞問題更為嚴重。

可見，混凝土防水，對路面和橋梁結構的使用性能，尤其是對結構的耐久性的影響，起著至關重要的作用。混凝土防水是結構防腐的第一道屏障，有了防水屏障，就會大幅改善橋梁結構的運營安全性，從而大大提高結構的耐久性。作為國家交通運輸體系重要組成部分的路面和橋梁結構，其耐久性和安全性迫切需要加以改善。因此，做好混凝土的防水防護意義重大，針對黑龍江省寒冷地區，開展混凝土防水技術的研究，并將此項技術在實際工程中加以應用，符合黑龍江省公路建設的需要，同時也符合“預防性養護”新思維。

1 硅烷浸漬技術簡介

“硅烷浸漬”就是將無色、透明、無味、滲透型的硅烷混凝土保護劑產品，均勻地噴涂到水泥混凝土表面，憑借先進的科技與質量，不僅能防水、防凍融循環對混凝土的持續性損害，而且還能抵御氯離子(除冰鹽，融雪劑)的侵蝕，極大地延長了寒冷環境下混凝土的使用壽命。這種方法已被很多重大工程所采用，俗稱“硅烷浸漬”。據國外文獻報導，用硅烷抗水劑浸漬混凝土，只要施工得當，滲透層(DOP)可達2.0 mm以上，混凝土使用壽命可延長8～10年。

硅烷抗水劑的活性化學成分為異丁基—三乙氧基硅烷，公路及橋梁工程專用型為JC-9802型。這種硅烷抗水劑產品的優點是。

產生憎水性，抑制水分滲入基體中，透氣性好，可調節濕度，紫外線穩定，減少體積變形，增加處理層的使用壽命，小分子結構，深入滲透到混凝土內部，不會改變混凝土的外觀和顏色，優異的抗氯離子能力，耐酸堿腐蝕，減少由于凍融和風化產生的開裂和剝落，從而提高基材的使用壽命。

至今為止，應用過硅烷抗水劑的工程包括:美國匹茲堡鋼鐵大廈、美國宇航大廈;澳大利亞悉尼歌劇院混凝土結構、澳大利亞TOWNSSVILLE碼頭;英國SEVERN大橋，英國M5伯明翰大橋;新加坡樟宜碼頭;臺灣高雄機場跑道工程等等。美國匹茲堡鋼鐵大廈使用道康寧有機材料歷經40年，至今完好無損。美國宇航大廈于2002年建設時使用了道康寧防水系列產品(地下、屋面、混凝土養護、石材養護等)。芝加哥理工學院大廈防水工程施工失敗后，于1992年選用道康寧產品，至今使用完好。澳大利亞悉尼歌劇院混凝土結構體使用道康寧抗水劑進行了全面養護。

利用硅烷活性物質的滲透性，并與混凝土基材中的堿性物質作用，可以生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水薄膜，這層憎水薄膜在混凝基材表面以下，所以不會因噴涂而改變混凝土表面的外觀，也不會因表面磨損而破壞防水薄膜，從而提高混凝土表面的防水、抗滲能力，進而提高混凝土的抗凍融能力，防止氯離子對混凝土的損害，抵御除冰鹽、融雪劑對公路混凝土路面的鹽腐蝕破壞，增加混凝土的耐久性，有效地延長高寒地區混凝土公路的使用壽命，降低其維護成本。

2 硅烷抗水劑使用性能室內試驗研究

室內試驗采用濃度為20%的硅烷對混凝土表面進行處理，開展滲透深度、氯離子吸收量降低、氯離子擴散系數試驗。

2.1 硅烷滲透深度試驗

隨著時間的推移，混凝土表面的硅烷能夠逐步滲入到混凝土內部一定深度。硅烷在混凝土中的滲透試驗結果見表1。

表1 硅烷滲透深度

硅烷在混凝土中的滲透深度與混凝土的強度等級有關，強度等級越高滲透深度越低，這主要是強度高的混凝土具有較低的水灰比，其內部的孔隙數量較少，故滲透深度相對較低。

2.2 氯離子吸收量降低率試驗

混凝土試件涂刷硅烷前后的氯離子擴散系數試驗結果見表2。

表2 涂刷硅烷前后混凝土的氯離子吸收量降低率

通過表2可以看出，混凝土在涂刷硅烷后，氯離子吸收量均有大幅度的降低，降低率均在93%以上。

2.3 氯離子擴散系數試驗

混凝土試件涂刷硅烷前后的氯離子擴散系數見表3。

表3 涂刷硅烷前后混凝土的氯離子擴散系數

從試驗數據可以看出，混凝土在涂刷硅烷后，氯離子擴散系數均降低，約降低42% ～48%。

以上兩項試驗表明，涂刷硅烷的混凝土，可以有效抵抗氯鹽的侵蝕作用。

2.4 混凝土抗鹽凍試驗

涂刷硅烷后混凝土的在氯化鈉溶液中的凍融次數見表4。

表4 涂刷硅烷后混凝土的在氯化鈉溶液中的凍融次數

試驗結果可以看出，在涂刷硅烷后混凝土的抗鹽凍能力有大幅度的提高。

3 硅烷抗水劑實體工程應用

在實體工程應用過程中，分別對路面和橋面、墩柱混凝土的防水效果進行了研究。

3.1 現場噴涂混凝土滲入深度試驗

經過兩個冬季之后，對訥克公路試驗路路面、橋面、橋梁墩柱的硅烷滲透深度進行了現場檢驗。平均滲透深度檢驗結果見表5。

表5 路面、橋面、墩柱水泥混凝土中硅烷平均滲透深度 mm

現場應用結果表明，經過一定時間，硅烷可通過混凝土表面，以不同程度滲入到混凝土內部，從而提高混凝土的抗水能力，延長混凝土抗水損害的時間，提高混凝土的耐久性。

3.2 現場噴涂路面混凝土吸水率試驗

水泥路面、收費站路面現場噴涂混凝土吸水率試驗結果見表6。

硅烷處理后的混凝土，吸水率有所降低，說明硅烷可以有效防止水分侵入混凝土內部，避免造成強度降低，從而達到較好的防水、抗水效果，提高混凝土材料的耐久性。

通過照片對比可以看出，未經硅烷處理的水泥路面，表面灑水后，水分立即滲入到混凝土空隙中，經過硅烷處理的水泥路面，表面水分形成漫流，不會滲入到混凝土內部，具有良好的防水效果。

表6 噴涂硅烷的水泥混凝土路面吸水率

3.3 橋面欄桿基座損壞情況

同樣暴露于自然環境，經硅烷處理的“聯眾橋”橋面及人行道混凝土雖經歷兩個冬季的冰凍作用，其混凝土表面狀況仍比較完好，無嚴重脫落現象。而處于同樣條件的另一側未經硅烷處理的人行道混凝土，則明顯出現表層剝落現象。

4 結論

室內試驗和現場應用的結果表明，采用硅烷抗水劑對路面和橋梁混凝土表面進行噴涂處理，可以取得良好的防水、抗水效果，降低吸水率。硅烷抗水劑有利于提高混凝土的抗凍性、改善混凝土的路用性能，特別是耐久性。硅烷抗水劑的使用可以有效降低氯離子的吸收和擴散，提高抗鹽凍能力，保護水泥混凝土不受凍融、鹽凍以及鹽腐蝕的效果，有利于路面、橋梁混凝土的冬季養護，能夠有效延長混凝土的使用壽命。利用硅烷處理水泥路面、橋面以及橋梁下部結構，可以有效提高混凝土抵抗惡劣自然環境的能力，抑制混凝土病害的發生，降低混凝土表面損壞的發生率。為保證硅烷處理的效果，施工時須采取措施，保證所用材料合理、配比準確、施工工藝合理，并應在合適的氣候條件施工。建議氣溫較低，風速較大時不進行硅烷噴涂施工。

總之，使用硅烷抗水劑，有利于提高水泥路面和橋梁混凝土的綜合使用性能，適用于公路、橋梁工程建設和養護。