有機(jī)硅凝膠防水劑在混凝土結(jié)構(gòu)維護(hù)中的應(yīng)用

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)中存在的裂縫為侵蝕性離子如氯離子進(jìn)入混凝土的便捷通道，對混凝土進(jìn)行表面防水處理，則可有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性。實(shí)驗(yàn)研究了在不同的裂縫寬度、不同的防水處理時機(jī)下，用有機(jī)硅凝膠防水劑進(jìn)行防水處理的效果。結(jié)果表明，在0.1～0.4 mm的裂縫寬度范圍內(nèi)，不管防水處理是在裂縫出現(xiàn)之前還是之后進(jìn)行，與不進(jìn)行防水處理相比，沿裂縫的氯離子含量都有大幅度的下降。

關(guān)鍵詞：裂縫；有機(jī)硅凝膠防水劑；防水處理；氯離子含量

中圖分類號：TU57+6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001- 702X（2007）07- 0034- 03

0 引言

　　微裂縫是混凝土的固有特征，混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫主要成因包括荷載作用、混凝土的變形（膨脹和收縮）以及化學(xué)腐蝕（如堿骨料反應(yīng)、鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕等）。微裂縫的存在為氣相、液相和可溶性離子的侵入提供了便捷的通道，直接影響到混凝土的滲透性和耐久性。

　　裂縫對于混凝土耐久性的影響關(guān)鍵在于加快了有害介質(zhì)的傳輸，文獻(xiàn)[1]采用數(shù)學(xué)模型的方法對帶裂縫混凝土的氯離子滲透進(jìn)行了預(yù)測，傳輸機(jī)制包括濃度梯度下的擴(kuò)散，以及壓力梯度下的對流。不管是哪一種傳輸機(jī)制，都必須有水分存在，因此如果混凝土是斥水的，則可以有效阻止氯離子的侵入。

　　多年來，有機(jī)硅防水劑用于建材防水得到了廣泛的研究和應(yīng)用[2- 5]，依據(jù)防止潮氣入侵的方法不同，防水劑可分為防水型和斥水型兩大類[6]。

　　本文主要研究有機(jī)硅凝膠防水劑（屬斥水型防水劑）對氯離子侵蝕帶裂縫混凝土的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

　　混凝土試件的水灰比為0.5，配合比見表1，其中減水劑摻量是其與水泥質(zhì)量之比。所有原材料均來自青島本地，其中碎石最大粒徑20 mm，砂的細(xì)度模數(shù)為2.9，屬于中砂；水泥為32.5 普通硅酸鹽水泥（山水牌）。試件規(guī)格為100 mm×100 mm×300 mm，在試件的底部配2 根直徑8 mm 的鋼筋，保護(hù)層厚度是25 mm。用三點(diǎn)受彎的方法在試件的中部誘導(dǎo)產(chǎn)生1 條裂縫，加入鋼筋的作用就是防止試件的脆斷。在試件底面沿裂縫等分取8 個點(diǎn)，用裂縫讀數(shù)顯微鏡測量其寬度，取8 個點(diǎn)的平均值，使其平均寬度分別達(dá)到0.1 mm、0.2 mm 和0.4 mm，由于實(shí)驗(yàn)條件所限，偏差為寬度的10%。

　　試件從養(yǎng)護(hù)室取出后，放在50 ℃的烘箱中干燥3 d，從烘箱取出，4 個側(cè)面用石蠟密封。第1 組試件不經(jīng)過防水處理，分別誘導(dǎo)產(chǎn)生0.1 mm、0.2 mm 和0.4 mm 的裂縫，分別記為B- 1、B- 2、B- 4；第2 組試件在其底面涂上有機(jī)硅凝膠防水劑（用量為400 g/m2），然后放在（20±3）℃、濕度為60%的實(shí)驗(yàn)室7 d，期間防水劑組分和混凝土充分反應(yīng)，形成斥水層，再分別誘導(dǎo)產(chǎn)生0.1 mm、0.2 mm和0.4 mm的裂縫，分別記為B- G- 1、B- G- 2、B- G- 4；第3 組先誘導(dǎo)產(chǎn)生0.1 mm、0.2 mm 和0.4mm 的裂縫，再進(jìn)行和第2 組相同的防水處理，并放在實(shí)驗(yàn)室中養(yǎng)護(hù)7 d，分別記為B- 1- G、B- 2- G、B- 4- G。最后將所有的試件都放在3%鹽水中，浸入鹽水中的深度為（5±1）mm，毛細(xì)吸收28 d，溫度為（20±3）℃、濕度為60%。有機(jī)硅凝膠防水劑StoCrylHG 200（HG）的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表2 所示。

　　鹽水的毛細(xì)吸收實(shí)驗(yàn)完成后，將試件切割、磨粉。試件的切割方法如圖1 所示。切出的混凝土小條在50 ℃的烘箱中烘1 d，然后用球磨機(jī)粉磨（在粉磨之前烘干是因?yàn)槭褂们蚰C(jī)時試樣不能含水）。本試驗(yàn)用pH- meter 儀器測量氯離子的含量。

2 結(jié)果及討論

　　因?yàn)橛辛芽p，所以氯離子的毛細(xì)吸收、滲透等作用有2 個方向：一個是從試件的底面向頂面，另外一個是從裂縫向兩邊。前者為滲透深度，后者把裂縫定義為原點(diǎn)，距離裂縫的距離x，并把裂縫兩邊對稱點(diǎn)的氯離子含量取平均值。為了更清楚地顯示裂縫的影響，用origin 軟件畫出裂縫區(qū)的氯離子含量等勢線圖。

2.1 不進(jìn)行防水處理時氯離子含量（見圖2）

　　從圖2 可以看出，不進(jìn)行防水處理時，沿裂縫的氯離子含量比離裂縫稍遠(yuǎn)的地方氯離子含量高出很多，在毛細(xì)吸收作用下，鹽水可迅速充滿整個裂縫，并向裂縫兩邊擴(kuò)散，裂縫兩邊11 mm 以內(nèi)的氯離子含量比較高，超過11 mm 后，裂縫的影響不是很明顯。裂縫的影響深度都超過了80 mm，在一般情況下都會達(dá)到鋼筋的位置，使鋼筋較早銹蝕。但裂縫寬度的影響不是很明顯，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

2.2 先進(jìn)行凝膠防水劑防水處理、再誘導(dǎo)產(chǎn)生裂縫時氯離子含量（見圖3）

　　從圖3 可以看出，進(jìn)行凝膠防水處理后，沿裂縫的氯離子含量有了大幅度下降，僅相當(dāng)于沒有進(jìn)行防水處理時且離裂縫較遠(yuǎn)處的氯離子含量，甚至稍有降低。說明進(jìn)行凝膠防水處理后，在短期內(nèi)，即使裂縫的寬度較大，沿裂縫的氯離子含量也不會很大。防水處理取得了較好的效果。

2.3 先誘導(dǎo)產(chǎn)生裂縫、再進(jìn)行凝膠防水劑防水處理時氯離子含量（見圖4）

　　從圖4 可以看出，裂縫寬度為0.4 mm 時，沿裂縫氯離子含量和遠(yuǎn)離裂縫的氯離子含量幾乎相同，用等勢線圖不能表現(xiàn)出裂縫的影響，所以沒有給出其等勢線圖。

　　先誘導(dǎo)裂縫、后進(jìn)行防水處理時，凝膠防水劑可以沿著裂縫毛細(xì)吸收進(jìn)入混凝土，使裂縫面形成斥水層，沿裂縫的氯離子含量就會明顯降低。沿裂縫的氯離子含量和離裂縫超過11mm區(qū)域的氯離子含量相差不大，且都比較小。裂縫寬度小于0.4 mm時，后進(jìn)行凝膠防水處理取得了顯著的效果。

3 結(jié)論

　?。?）不進(jìn)行有機(jī)硅凝膠防水劑防水處理時，裂縫的影響寬度在11 mm 左右，即裂縫中氯離子向兩邊擴(kuò)散、滲透的距離沒有超過11 mm，距離裂縫超過11 mm 時，氯離子進(jìn)入混凝土的方式是從試件的底面滲透、擴(kuò)散的一維過程。沿裂縫的氯離子含量比沒有裂縫地方的氯離子含量高很多，從而成為混凝土構(gòu)件的薄弱區(qū)，極易造成鋼筋銹蝕，引起結(jié)構(gòu)破壞。

　?。?）不管是在裂縫出現(xiàn)前、后進(jìn)行有機(jī)硅凝膠防水劑防水處理，都取得了較好的效果。在離裂縫較遠(yuǎn)的地方，由于混凝土表層建立起來的氯離子隔離層，氯離子很難進(jìn)入混凝土，滲透進(jìn)入混凝土的深度不超過15 mm，且含量很低。

　?。?）有機(jī)硅凝膠防水劑防水處理后，沿裂縫的氯離子含量也有了大幅的下降，防水處理在某種程度上可以彌補(bǔ)由于裂縫的出現(xiàn)帶來的負(fù)面作用。

參考文獻(xiàn):

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