有機硅烷浸漬技術在橋梁混凝土養護中的應用研究

王亮

（甘肅武威公路事業發展中心試驗檢測室，甘肅 武威733000）

0 引言

混凝土的使用性能關系著建筑物的結構安全，其耐久性主要受到環境等外界破壞因素的影響，混凝土的耐久保持性能直接影響外觀結構的完整性和安全性。混凝土耐久性是工程使用壽命的關鍵，而提高混凝土結構的使用壽命是節約橋梁養護資源的重要途徑。所以，為了延長混凝土結構壽命，積極采用新的養護技術已成必然。從橋梁建設施工養護的經驗分析，混凝土的耐久性受到可穿透性或滲水性的影響，對其進行養護是保證工程使用性能的關鍵，而有機硅烷浸漬技術很好地解決了這一問題，它具有操作簡單、性價比高的特點，且施工技術成熟，適合橋梁混凝土結構表面養護。武威公路事業發展中心實施的G569線K366+666三河嘴橋預防性養護項目中，對橋梁混凝土結構表面保護中使用卡本科技集團股份有限公司研發的硅烷浸漬劑對混凝土進行防腐、防水處理，成功地解決了橋梁混凝土結構養護的難題。

1 硅烷浸漬方法技術指標

硅烷浸漬的混凝土養護主要依靠其優異的憎水性，保持混凝土的額表面結構干燥不受潮，不產生混凝土表面脫落、有害離子侵入的情況，保證混凝土的結構性能、保證橋梁質量安全。硅烷中的小分子結構與混凝土水泥進行水化反應、隔絕水分和氯離子的進入，混凝土發生腐蝕的可能性減小。此外，硅烷不會改變混凝土的外觀結構，且當混凝土出現表層的破損后，其防水和耐氯離子侵蝕性能不會下降，目前已廣泛應用于橋梁混凝土結構的養護工程[1]。

1.1 較高的滲透深度

對硅烷的滲透深度進行測量時，應選擇最終噴涂的7d后，對混凝土進行直徑70mm、深度為200mm的芯樣提取，采取“染料指示法”對滲透的深度進行測量。試驗分析發現，硅烷滲透深度4.7mm，普通涂層或涂料滲透深度0mm，可見，硅烷的滲透效果良好。

1.2 優異的憎水性能

C30混凝土試塊在經過硅烷浸漬處理后，選擇溫度在23℃，相對濕度50%的條件下，進行14d的標養，再使用20℃飲用水進行浸沒，時間為28d，結果分析發現，未經處理和硅烷浸漬處理后28d吸水率分別為4.5%和1.6%。

1.3 極佳的抗氯離子性能

C30混凝土試塊在經過硅烷浸漬處理后，選擇溫度在23℃，相對濕度50%的條件下，進行14d的標養，再進行飽和NaCl溶液（20℃）的10d浸沒。試驗結果可知，硅烷浸漬處理后10d飽和NaCl溶液吸收率（0.2%），未經處理硅烷浸漬處理后10d飽和NaCl溶液吸收率（4.3%），可有效減少飽和NaCl溶液的吸收率，約為95.3%。

1.4 優異的耐堿性能

C30混凝土試塊在經過上述條件的14d標養后，選擇0.11mol/L的KOH溶液，進行20℃恒溫下的12d浸沒后，取出干燥，再次進行28d浸沒，帶取出干燥后觀察發現，硅烷浸漬處理后表面無白色泛堿現象，未經處理表面大部分有白色泛堿現象。可知，硅烷浸漬劑能夠實現對堿性破壞的抵制。

1.5 優異的抗表面碳化性能

C30混凝土試塊通過碳化試驗箱進行表面碳化，箱內的C02濃度保持在20%±3%。應在碳化到3d、7d、14d、28d時分別出去試件，破型進行碳化深度檢測。經28d試驗，硅烷浸漬處理后碳化深度為1.5mm，未經處理的深度為5.9mm。可見硅烷浸漬劑具有優異的抗表面碳化性能[2]。

1.6 極佳的耐酸性能

C30混凝土試塊通過酸性溶液浸泡后烘干，對試件進行稱量及表面觀察判斷試件的抗酸性能。硅烷浸漬處理后，C30混凝土試塊耐酸性質量損失率2.1%，未經處理的表面掉皮、局部麻面，耐酸性質量損失率6.2%，硅烷浸漬劑具有優異的抗酸性能。

1.7 優異的抗凍融、風化性能

C30混凝土試塊通過凍融循環試驗記錄凍融循環次數。硅烷浸漬劑具有優異的抗凍融、抗風化性，抗凍融性能經硅烷浸漬處理后的最終凍融351次，基準混凝土的最終凍融162次。由此可見，通過硅烷浸漬方法對混凝土的凍融剝落和風化效果有明顯改善，可實現較長時間的保護。

1.8 極佳的混凝土表面保護性能

通過對磨損后性能進行測試實驗，發現丙烯酸、環氧樹脂和不同比例的硅烷3種防護混凝土滲透的材料，試驗前的性能沒有較大差異，磨耗后，硅烷比例越大，其保護效果越明顯，而前兩種材料已經沒有了保護性能，對比結果見表1。

表1 磨耗后性能試驗數據表

1.9 硅烷與防腐涂層的比較

硅烷與普通防腐涂層相比，具有滲透深度大、混凝土結構物使用壽命長、氯離子及水的吸收率低、防酸性腐蝕好、抗堿性能好、抗表面碳化性能強、抗凍融抗風化性能強的特點。硅烷與普通防腐涂層性能對比，結果性能明顯提升。

2 硅烷浸漬施工工藝

2.1 環境要求及預處理

當周邊環境出現較強的降溫時，即溫度小于5℃或在硅烷浸漬施工后沒有表干前的10h內出現大風大雨或陽光強烈直射的情況，不可以進行硅烷浸漬施工。如果施工環境臨近水域，需要在低水位時進行施工，確保混凝土的表面沒有水浸入，噴涂硅烷前需要進行干燥處理。修補好表面破損，清潔基材表面，保持干燥。

2.2 施工方法

施工時需要注意，混凝土施工完成的28d后，方可進行噴涂硅烷浸漬，如果進行混凝土修補，則需要在14d后進行噴涂；混凝土表面溫度控制在5℃～45℃；噴涂過程需要連續進行，確保噴涂的表面達到飽和。對于立面的處理需要由下至上，噴涂的垂流長度控制在15～20cm，并在5s內不會出現干燥的情況。需要間隔6h進行兩次噴涂，其中每次保持250ml/m2的噴涂量。施工工具根據條件選擇密封噴槍、滾筒和刷子。注意密封噴槍操作時，其壓力應小于60kPa，確保噴涂的過程無水。施工后至少10h不沾水自然風干。

3 硅烷浸漬使用注意事項

3.1 濃度對硅烷防腐蝕性能的影響

從表2中可以看出，硅烷濃度越高，滲透深度越深，防腐蝕性能越高。腐蝕條件惡劣環境下的混凝土保護必須使用未經稀釋的硅烷。

表2 硅烷濃度與性能比較表

3.2 不同養護條件對硅烷防腐性能的影響

由于硅烷密度小于水密度并不溶于水，且是自然滲透入混凝土，當混凝土中充滿水溶液，則不能夠繼續滲透硅烷。從試驗分析可以，干燥環境養護的方式，硅烷的滲透深度最大為4.56mm，而自然養護和潮濕養護的硅烷滲透深度分別為2.32mm和3.28mm。

3.3 硅烷涂覆量對其性能的影響

涂覆量的多少直接影響著噴涂效果和保護性能的強弱，硅烷涂覆量越小，硅烷的滲透深度越小。

3.4 硅烷在施工過程中的控制

施工過程中需要對噴涂量和噴涂位置進行嚴格的監管，防止施工操作不當引起的涂刷不均勻，影響后期的混凝土結構性能。

4 結論

通過G569線K366+666三河嘴橋預防性養護項目中對硅烷浸漬技術的應用實踐，得出硅烷浸漬技術具有以下優點：

其一，優異的抗凍融及抗鹽凍性能，使用硅烷浸漬對混凝土表面進行噴涂后，會阻隔水和混凝土之間的滲透作用，使混凝土表面不易受潮，不會大量吸收水分出現混凝土結構的凍融，從而破壞整體性能；減少了混凝土由于鹽凍導致的剝落，促進混凝土的防水保護結構周期延長。其二，優異的耐久性保護性能，一般的橋梁涂層能夠實現5～10年的防腐養護，而硅烷在橋梁混凝土養護施工中的應用，能夠實現對其的25年混凝土防腐養護。且性價比更好，施工操作簡單。其三，可創造經濟效益，通過硅烷浸漬養護的方式，能夠減少混凝土的修補工作，節約維修成本的同時，節約能源和資源。其四，保持混凝土建筑自然外觀，相比于其他的涂層材料，硅烷浸漬可使混凝土建筑達到耐久、干凈、污染小的特點，且觀賞性不會發生改變。其五，施工簡便、使用安全，通常情況下，硅烷浸漬的施工相對簡單、易于操作，使用噴槍或者刷子進行液體硅烷涂刷，使用無氣噴涂、輥筒進行膏體硅烷施工，兩種施工方式的安全性均可得到保障。