有機硅凝膠防水劑在混凝土結(jié)構(gòu)維護中的應(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入混凝土的便捷通道,對混凝土進行表面防水處理,則可有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性。實驗研究了在不同的裂縫寬度、不同的防水處理時機下,用有機硅凝膠防水劑進行防水處理的效果。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)之前還是之后進行,與不進行防水處理相比,沿裂縫的氯離子含量都有大幅度的下降。 關(guān)鍵詞:裂縫;有機硅凝膠防水劑;防水處理;氯離子含量 中圖分類號:TU57+6 文獻標識碼: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[1]采用數(shù)學模型的方法對帶裂縫混凝土的氯離子滲透進行了預(yù)測,傳輸機制包括濃度梯度下的擴散,以及壓力梯度下的對流。不管是哪一種傳輸機制,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 實驗 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,保護層厚度是25 mm。用三點受彎的方法在試件的中部誘導產(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,用裂縫讀數(shù)顯微鏡測量其寬度,取8 個點的平均值,使其平均寬度分別達到0.1 mm、0.2 mm 和0.4 mm,由于實驗條件所限,偏差為寬度的10%。 試件從養(yǎng)護室取出后,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硅凝膠防水劑(用量為400 g/m2),然后放在(20±3)℃、濕度為60%的實驗室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 組先誘導產(chǎn)生0.1 mm、0.2 mm 和0.4mm 的裂縫,再進行和第2 組相同的防水處理,并放在實驗室中養(yǎng)護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,毛細吸收28 d,溫度為(20±3)℃、濕度為60%。有機硅凝膠防水劑StoCrylHG 200(HG)的各項性能指標如表2 所示。 鹽水的毛細吸收實驗完成后,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,然后用球磨機粉磨(在粉磨之前烘干是因為使用球磨機時試樣不能含水)。本試驗用pH- meter 儀器測量氯離子的含量。 2 結(jié)果及討論 因為有裂縫,所以氯離子的毛細吸收、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,距離裂縫的距離x,并把裂縫兩邊對稱點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 不進行防水處理時氯離子含量(見圖2) 從圖2 可以看出,不進行防水處理時,沿裂縫的氯離子含量比離裂縫稍遠的地方氯離子含量高出很多,在毛細吸收作用下,鹽水可迅速充滿整個裂縫,并向裂縫兩邊擴散,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,需要進一步實驗研究。 2.2 先進行凝膠防水劑防水處理、再誘導產(chǎn)生裂縫時氯離子含量(見圖3) 從圖3 可以看出,進行凝膠防水處理后,沿裂縫的氯離子含量有了大幅度下降,僅相當于沒有進行防水處理時且離裂縫較遠處的氯離子含量,甚至稍有降低。說明進行凝膠防水處理后,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 先誘導產(chǎn)生裂縫、再進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。 先誘導裂縫、后進行防水處理時,凝膠防水劑可以沿著裂縫毛細吸收進入混凝土,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,后進行凝膠防水處理取得了顯著的效果。 3 結(jié)論 ?。?)不進行有機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,氯離子進入混凝土的方式是從試件的底面滲透、擴散的一維過程。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、后進行有機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,氯離子很難進入混凝土,滲透進入混凝土的深度不超過15 mm,且含量很低。 (3)有機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由于裂縫的出現(xiàn)帶來的負面作用。 參考文獻: [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.有機硅高分子化學[M].北京:科學出版社,1999:62- 75. [3] 徐彩宣,陸文雄.有機硅化合物的疏水性能及其在水性建筑涂料中的應(yīng)用研究進展[J].上海大學學報(自然科學版),2000(5):40- 42. [4] 肖燕平,聶昌頡.有機硅防水劑的制備及應(yīng)用[J].有機硅材料及應(yīng)用,1999(4):23- 24. [5] 黃月文,劉偉區(qū),羅廣建.有機硅建筑材料[J].廣州化學,2001(1):57- 63. [6] Mastair W Stupart.Water repellent treatments for brickwork [J].Chemistry & Industry,1993(10):809- 811. |
原作者: 郭平功 朱桂紅 張鵬 趙鐵軍 |
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