有机硅凝胶防水剂在混凝土结构维护中的应用

摘要：混凝土结构中存在的裂缝为侵蚀性离子如氯离子进入混凝土的便捷通道，对混凝土进行表面防水处理，则可有效提高结构的耐久性。实验研究了在不同的裂缝宽度、不同的防水处理时机下，用有机硅凝胶防水剂进行防水处理的效果。结果表明，在0.1～0.4 mm的裂缝宽度范围内，不管防水处理是在裂缝出现之前还是之后进行，与不进行防水处理相比，沿裂缝的氯离子含量都有大幅度的下降。

关键词：裂缝；有机硅凝胶防水剂；防水处理；氯离子含量

中图分类号：TU57+6 文献标识码：A 文章编号：1001- 702X（2007）07- 0034- 03

0 引言

　　微裂缝是混凝土的固有特征，混凝土结构中的裂缝主要成因包括荷载作用、混凝土的变形（膨胀和收缩）以及化学腐蚀（如碱骨料反应、钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀等）。微裂缝的存在为气相、液相和可溶性离子的侵入提供了便捷的通道，直接影响到混凝土的渗透性和耐久性。

　　裂缝对于混凝土耐久性的影响关键在于加快了有害介质的传输，文献[1]采用数学模型的方法对带裂缝混凝土的氯离子渗透进行了预测，传输机制包括浓度梯度下的扩散，以及压力梯度下的对流。不管是哪一种传输机制，都必须有水分存在，因此如果混凝土是斥水的，则可以有效阻止氯离子的侵入。

　　多年来，有机硅防水剂用于建材防水得到了广泛的研究和应用[2- 5]，依据防止潮气入侵的方法不同，防水剂可分为防水型和斥水型两大类[6]。

　　本文主要研究有机硅凝胶防水剂（属斥水型防水剂）对氯离子侵蚀带裂缝混凝土的影响。

1 实验

　　混凝土试件的水灰比为0.5，配合比见表1，其中减水剂掺量是其与水泥质量之比。所有原材料均来自青岛本地，其中碎石最大粒径20 mm，砂的细度模数为2.9，属于中砂；水泥为32.5 普通硅酸盐水泥（山水牌）。试件规格为100 mm×100 mm×300 mm，在试件的底部配2 根直径8 mm 的钢筋，保护层厚度是25 mm。用三点受弯的方法在试件的中部诱导产生1 条裂缝，加入钢筋的作用就是防止试件的脆断。在试件底面沿裂缝等分取8 个点，用裂缝读数显微镜测量其宽度，取8 个点的平均值，使其平均宽度分别达到0.1 mm、0.2 mm 和0.4 mm，由于实验条件所限，偏差为宽度的10%。

　　试件从养护室取出后，放在50 ℃的烘箱中干燥3 d，从烘箱取出，4 个侧面用石蜡密封。第1 组试件不经过防水处理，分别诱导产生0.1 mm、0.2 mm 和0.4 mm 的裂缝，分别记为B- 1、B- 2、B- 4；第2 组试件在其底面涂上有机硅凝胶防水剂（用量为400 g/m2），然后放在（20±3）℃、湿度为60%的实验室7 d，期间防水剂组分和混凝土充分反应，形成斥水层，再分别诱导产生0.1 mm、0.2 mm和0.4 mm的裂缝，分别记为B- G- 1、B- G- 2、B- G- 4；第3 组先诱导产生0.1 mm、0.2 mm 和0.4mm 的裂缝，再进行和第2 组相同的防水处理，并放在实验室中养护7 d，分别记为B- 1- G、B- 2- G、B- 4- G。最后将所有的试件都放在3%盐水中，浸入盐水中的深度为（5±1）mm，毛细吸收28 d，温度为（20±3）℃、湿度为60%。有机硅凝胶防水剂StoCrylHG 200（HG）的各项性能指标如表2 所示。

　　盐水的毛细吸收实验完成后，将试件切割、磨粉。试件的切割方法如图1 所示。切出的混凝土小条在50 ℃的烘箱中烘1 d，然后用球磨机粉磨（在粉磨之前烘干是因为使用球磨机时试样不能含水）。本试验用pH- meter 仪器测量氯离子的含量。

2 结果及讨论

　　因为有裂缝，所以氯离子的毛细吸收、渗透等作用有2 个方向：一个是从试件的底面向顶面，另外一个是从裂缝向两边。前者为渗透深度，后者把裂缝定义为原点，距离裂缝的距离x，并把裂缝两边对称点的氯离子含量取平均值。为了更清楚地显示裂缝的影响，用origin 软件画出裂缝区的氯离子含量等势线图。

2.1 不进行防水处理时氯离子含量（见图2）

　　从图2 可以看出，不进行防水处理时，沿裂缝的氯离子含量比离裂缝稍远的地方氯离子含量高出很多，在毛细吸收作用下，盐水可迅速充满整个裂缝，并向裂缝两边扩散，裂缝两边11 mm 以内的氯离子含量比较高，超过11 mm 后，裂缝的影响不是很明显。裂缝的影响深度都超过了80 mm，在一般情况下都会达到钢筋的位置，使钢筋较早锈蚀。但裂缝宽度的影响不是很明显，需要进一步实验研究。

2.2 先进行凝胶防水剂防水处理、再诱导产生裂缝时氯离子含量（见图3）

　　从图3 可以看出，进行凝胶防水处理后，沿裂缝的氯离子含量有了大幅度下降，仅相当于没有进行防水处理时且离裂缝较远处的氯离子含量，甚至稍有降低。说明进行凝胶防水处理后，在短期内，即使裂缝的宽度较大，沿裂缝的氯离子含量也不会很大。防水处理取得了较好的效果。

2.3 先诱导产生裂缝、再进行凝胶防水剂防水处理时氯离子含量（见图4）

　　从图4 可以看出，裂缝宽度为0.4 mm 时，沿裂缝氯离子含量和远离裂缝的氯离子含量几乎相同，用等势线图不能表现出裂缝的影响，所以没有给出其等势线图。

　　先诱导裂缝、后进行防水处理时，凝胶防水剂可以沿着裂缝毛细吸收进入混凝土，使裂缝面形成斥水层，沿裂缝的氯离子含量就会明显降低。沿裂缝的氯离子含量和离裂缝超过11mm区域的氯离子含量相差不大，且都比较小。裂缝宽度小于0.4 mm时，后进行凝胶防水处理取得了显著的效果。

3 结论

　　（1）不进行有机硅凝胶防水剂防水处理时，裂缝的影响宽度在11 mm 左右，即裂缝中氯离子向两边扩散、渗透的距离没有超过11 mm，距离裂缝超过11 mm 时，氯离子进入混凝土的方式是从试件的底面渗透、扩散的一维过程。沿裂缝的氯离子含量比没有裂缝地方的氯离子含量高很多，从而成为混凝土构件的薄弱区，极易造成钢筋锈蚀，引起结构破坏。

　　（2）不管是在裂缝出现前、后进行有机硅凝胶防水剂防水处理，都取得了较好的效果。在离裂缝较远的地方，由于混凝土表层建立起来的氯离子隔离层，氯离子很难进入混凝土，渗透进入混凝土的深度不超过15 mm，且含量很低。

　　（3）有机硅凝胶防水剂防水处理后，沿裂缝的氯离子含量也有了大幅的下降，防水处理在某种程度上可以弥补由于裂缝的出现带来的负面作用。

参考文献:

　　[1] Mohamed Boulfiza，Koji Sakai，Nemkumar Banthia，et al.Predic -tion of chloride ions ingress in uncracked and cracked concrete[J]. ACI materials Journal，2003，100（1）：38- 48.

　　[2] 李光亮.有机硅高分子化学[M].北京：科学出版社，1999：62- 75.

　　[3] 徐彩宣，陆文雄.有机硅化合物的疏水性能及其在水性建筑涂料中的应用研究进展[J].上海大学学报（自然科学版），2000（5）：40- 42.

　　[4] 肖燕平，聂昌颉.有机硅防水剂的制备及应用[J].有机硅材料及应用，1999（4）：23- 24.

　　[5] 黄月文，刘伟区，罗广建.有机硅建筑材料[J].广州化学，2001（1）：57- 63.

　　[6] Mastair W Stupart.Water repellent treatments for brickwork [J].Chemistry & Industry，1993（10）：809- 811.