硅烷浸渍液与混凝土防腐

硅烷浸渍液与混凝土防腐

中国腐蚀与防护学会会员  

  朗晖云防腐资深防腐蚀工程师  张作华

   混凝土结构是用途极为广泛的的人工耐久性材料，是建筑物主要组成部分。混凝土结构在工业民用建筑领域发挥着重要的作用，特别在海港码头、跨海大桥、高架及公路桥梁、沿海铁路桥墩、隧道、机场跑道、热电核电、高楼大厦等重要工程中具有举足轻重的地位。许多著名建筑使用了大体量的混凝土（如上海环球金融中心，混凝土工程总方量为234500m3正负零以上混凝土方量为99800m3），如此庞大的混凝土使用量，其设计之严谨、质量要求之高、施工技术之先进都刷新了多项世界纪录，并且对其使用寿命提出了百年以上甚至更高的要求。这就要求混凝土各项指标必须超过规范标准要求，最基础的就是混凝土病害和劣化防护。

   相对于环球金融中心室内环境的混凝土，大部分重点工程混凝土都暴露在外，有的还浸没在海水中。这些露天混凝土经常会受到环境污染和所处区域腐蚀介质及其他因素的影响，出现不同程度的病害和劣化，给混凝土使用带来安全隐患，并引起失效造成危害性事故和经济损失。据中国工程院2001-2003年《中国工业和自然环境腐蚀调查与对策》统计，1998年中国建筑部门（包括公路桥梁建筑）的腐蚀损失为1000亿人民币。为避免混凝土病害和劣化带来的危害和损失，国内外广大防腐蚀科技工作者进行了长期的实践和研究，发现硅烷浸渍液能够有效的保护混凝土不受腐蚀，而且能够大幅度提高混凝土的使用寿命。
   混凝土出现的病害和劣化就是常说的混凝土腐蚀，分析其原因有多种因素；但是最主要的原因就是混凝土碳化和氯离子侵蚀。混凝土碳化就是混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或者其他酸性气体在水环境中发生化学反应的过程。这个过程导致混凝土碱性过低，破坏了高浓度饱和碱对钢筋的钝化保护作用，最后发生锈蚀，出现混凝土膨胀开裂现象。氯离子侵蚀就是靠近海边、盐湖、含有氯化物盐份的区域，混凝土完全暴露在外，其毛细孔吸附了大量的氯离子（也就是说氯离子通过混凝土毛细孔侵入已经硬化的混凝土中）的过程。这个过程会引起混凝土膨胀反应并引起钢筋锈蚀，导致混凝土整体结构被破坏。无论哪一种原因，都是混凝土灾难的元凶，所以混凝土防腐必须重视。
   从以上两种主要原因可以看出，混凝土毛细孔通道是外界腐蚀介质进入混凝土内部引起混凝土失效的关键性因素。对于混凝土的保护除了增加自身密实度外，就是使用防腐蚀涂料物理式涂覆隔离。最理想的就是选择一种高渗透液体并参与其中化学反应，反应后的物质堵塞毛细孔，达到阻止腐蚀介质的侵入。硅烷浸渍液就是属于后者，这种小分子结构无色透明，喷涂于混凝土基层具有超强的渗透性能和良好的亲和力，其活性成分与暴露在酸性或者碱性环境中的空气及基材中的水分发生化学反应，生成羟基团。这些羟基团与基材及本身产生交联、堆积，结合在混凝土毛细孔的内壁，最终在混凝土毛细孔表面形成一层牢固的憎水性有机硅网络保护层，有效的阻止了外部腐蚀介质和水分的入侵，让内部的水汽和腐蚀介质被赶出，从而大大的提高混凝土结构防水性能、耐盐耐酸碱性能、抗冻融性能，有效的避免了钢筋的锈蚀，延长了混凝土结构使用寿命，达到了25年以上的水平。
   硅烷浸渍液主要成分为异丁基三乙氧基硅烷，这种物质耐氯离子、耐紫外线、耐磨、耐沾污具有自洁功能，还能保持混凝土的透气性。硅烷浸渍液小分子结构渗透性超强，在混凝土毛细孔中可以进入2-10㎜的深度，而且使用量较小，喷涂后不影响混凝土自身的外观，新浇筑混凝土使用该材料可以加速憎水层的形成。

   硅烷浸渍液在混凝土基层施工比较简单和方便，但是必须执行《海港工程混凝土结构工程防腐蚀技术规范》（JTJ275-2000）中相关条款规定要求，确保施工质量。具体工艺如下：
   1. 清理混凝土基层表面污染物，灰尘，油污，包括脱模剂等。
   2. 用同标号水泥砂浆修补混凝土蜂窝，洞眼等瑕疵，填充>0.2㎜的裂缝。
   3. 用高压洁净水冲洗，并且自然干燥72小时或者强制性吹风干燥。
   4. 试喷涂几个平方做成小样，再钻芯取样检测，符合规定要求时才能大面积施工。
   5. 大面积施工建议采用高压无气喷涂机，小面积可以采用辊筒毛刷施工。
   6. 混凝土必须干燥让硅烷浸渍液充分渗透润湿，保持3-6小时的吸收反应期，表干前（约10小时）可能降雨或者大风，或者强烈阳光直射都不允许施工。
   7. 一次或者多次施工，应连续进行，使得混凝土毛孔充溢硅烷浸渍液。立面施工次序自下而上；底板顶板必须成湿透镜面状态。两次施工间隔时间不得<6小时。
   8. 新浇筑混凝土自然养护不低于28天，修补混凝土不低于15天，才能喷涂硅烷浸渍液。
   9. 硅烷浸渍液施工温度建议在10-30℃，湿度<80%环境下进行。
     10.开封后使用的硅烷浸渍液必须在72小时内用完，超过时间的不得使用，必须废弃。
     11.硅烷浸渍液可以配套环氧树脂封闭漆、中间漆及各种颜色面漆，严禁和氯丁橡胶、沥青质材料接触。
     12.做好施工记录，包括温度湿度，气候状况，使用量及每一次施工时间，渗透表观程度变化等。

   硅烷浸渍液对混凝土的保护，特别是对防碳化、防氯侵的绝佳效果堪比经典，有效的解决了海港码头，海洋栈桥管桩等混凝土腐蚀难题，也对混凝土高架桥及高铁桥墩箱梁露天防粉化、耐水性、耐蚀性和抗冻融性提供了宝贵的经验，为研究混凝土长久使用年限防腐蚀材料积累了丰富的基础数据。

   硅烷浸渍液除了大量用于工业及交通设施混凝土建筑结构防护外，在民用混凝土建筑结构上面也有其特殊的应用领域。随着民用建筑混凝土结构风格的多元化，一些诸如清水混凝土，微水泥混凝土也不断的展现在公众视野里，而且在重点工程项目上广泛推广。这些多元化风格混凝土讲究的就是混凝土自身本色，要求在混凝土被保护的同时不能改变其自然本色和外观；因此硅烷浸渍液成了不可多得的防护材料。这种延伸应用启发笔者不断关注硅烷浸渍液新品的开发，关注其更宽泛的应用领域。

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