改性有机硅涂料对混凝土耐久性的影响

张伟1，史琛1，项志敏2，宋学锋1，李振周2
（1. 西安建筑科技大学，陕西西安710005；2. 中铁一局，陕西西安710054）

0 引言
混凝土的耐久性通常是指在环境因素作用下混凝土长期保持其良好使用性能的能力，环境因素的作用主要包括干湿交替、冻融循环，以及环境中的水、气、酸、碱、盐等物质对混凝土的劣化作用和对钢筋的锈蚀作用。通常，这些作用首先发生在混凝土表层，然后以水为载体，以混凝土中的微细裂缝或毛细管孔为通道，由表及里对混凝土进行侵蚀破坏。提高混凝土抵抗环境有害介质侵蚀能力的有效方法之一就是对混凝土进行防水处理，一是通过添加外加剂和矿物掺合料配制高性能混凝土，提高整体混凝土质量，从而增大其抵抗有害介质侵蚀的能力，但这种方法对既有混凝土结构无法实施，对体积较大的混凝土也不经济，同时，无法克服实际混凝土建（构）筑物不可避免地存在的微细裂缝对其耐久性的影响；另一种方法是对混凝土结构进行表面涂层处理，它不仅能有效提高混凝土结构表层的防水性能，防止混凝土结构微细裂缝的危害，提高混凝土抵抗有害物质侵入的能力，而且比较方便、经济，特别是对体积较大的海工混凝土及桥梁混凝土工程[1-4]。
混凝土表面涂层材料很多，如环氧树脂、聚合物水泥基防水涂料、改性沥青、有机硅烷等[5-7]，而各种有机硅及其改性产品，由于其对混凝土具有良好的渗透性和黏附性，并且涂刷后混凝土表面具有很好的疏水性，能有效提高混凝土抵抗有害介质的侵入能力，同时涂刷后不改变混凝土表面颜色，而且可提高混凝土的观感质量，所以被广泛用于混凝土的表层处理，以提高混凝土的耐久性能，特别是用于清水混凝土的表层防水处理[6-8]。采用自行研制的水溶性改性有机硅涂料，将其稀释成不同浓度的水溶液，用于涂刷所配制的C30 高性能混凝土表层，系统研究了改性有机硅涂料对混凝土的抗碳化、抗氯离子渗透和抗冻融循环等性能的影响。

1 试验
1.1 原材料
试验用湖南华新水泥集团公司的华新牌P·O 42.5 级水泥；湖北汉川电厂的I 级粉煤灰；山西黄腾外加剂厂的HT-HPC 聚羧酸高效减水剂（固含量25.3%）；湖南洞庭湖的中砂，细度模数μf=2.67；羊楼建材公司的5~31.5 mm 碎石；自行研制的疏水性改性有机硅涂料，淡黄色溶液。
1.2 方法
采用上述原材料配制C30 混凝土，所用配合比、拌合物坍落度及标养28 d 混凝土的抗压强度如表1 所示。

1.2.1 碳化试验
依据GBJ 82—85 标准，用SJ-2 型标准碳化箱，研究表面施涂改性有机硅无色涂料对混凝土碳化的影响。试验采用100mm×100 mm×100 mm 立方体试件，在标准条件下养护26 d 后，取出试件擦干表面吸附水，放入60 ℃烘箱中烘48 h，冷却至室温。将所研制的改性有机硅涂料稀释成不同浓度的溶液，然后在混凝土试件表面均匀施涂两次相应浓度的有机硅涂料，总用量约为200 g/m2，两次间隔时间12 h，待第二次施涂完12 h 后，将试件放入碳化箱中进行碳化试验。碳化箱中CO2浓度为（20±3）%，相对湿度约（70±5）%，温度（20±5）℃。碳化达到相应龄期后，取出试件，沿中间将其劈成两半，在断面上喷涂1%酚酞溶液，不能显红色的边缘部分即为已碳化部分。
1.2.2 氯离子渗透性试验
依据铁建设[2005]160 号行业标准，用NEL-PDR 混凝土渗透性电测仪，研究表面施涂改性有机硅涂料对混凝土抗氯离子渗透性的影响。试验所用试件的制作方法是：首先制得标准养护55 d 的150 mm×150 mm×150 mm 立方体试件，然后于其中心部位钻取准100 mm 芯样，再将芯样两头切去50 mm，即得准100 mm×50 mm 的抗渗试验用圆柱体试件，后在圆柱体试件表面施涂两次改性有机硅涂料，施涂方法同碳化试验，施涂及干燥时间1 d，则56 d 龄期开始进行氯离子渗透性试验。
1.2.3 抗冻融性能试验
依据GBJ 82—85 标准，采用慢冻法，研究表面施涂改性有机硅无色涂料对混凝土抗冻融性能的影响。试验用100 mm×100 mm×100 mm 立方体试件，在标准条件下养护28 d 后，取出试件擦干表面吸附水，并在室内环境下干燥24 h，然后在其表面施涂两次改性有机硅涂料，施涂方法同碳化试验。施涂完涂料12 h 后，将试件放入15~20℃水中浸泡4 d，然后进行冻融循环试验。

2 结果与分析
2.1 改性有机硅涂料对混凝土表面疏水性的影响
混凝土是典型的亲水性材料，水滴滴在混凝土表面会很快铺展开来，并沿着微细裂缝和毛细管孔渗入到内部。笔者所开发的改性有机硅涂料，水溶性好，涂刷在混凝土表面24 h 后，其渗透深度达3~4 mm。待涂层干燥后，混凝土表面具有良好的疏水性，水珠效应非常明显。为了验证所研制的改性有机硅涂料的疏水性及与混凝土的黏附性，进行了在混凝土表面施涂两次改性有机硅涂料（改性有机硅原液∶水=1∶4），施涂方法同1.2.1中的。随后用TLXY-II 型涂料耐洗刷测定仪对混凝土表面洗刷1 000 次和2 000 次，刷洗之后混凝土表面的水珠效应如图1 所示。图1 所示结果表明：经2 000 次洗刷后，混凝土表面所滴水珠仍呈“似球状”，与洗刷之前相比变化不大，说明所研制的改性有机硅涂料在混凝土表面的渗透性、黏附性好，并具有较强的疏水性，能有效阻断水及有害介质对混凝土的侵蚀，提高混凝土的耐久性。

2.2 改性有机硅涂料对混凝土抗碳化能力的影响
所谓混凝土的碳化是指混凝土中水泥的水化产物氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙的过程，其化学反应如下：
Ca（OH）2+CO2+H2O→CaCO3+2H2O