中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150001
摘要：近年来，混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术得到了快速发展和广泛应用，研究其相关课题有着重要意义。本文首先介绍了硅烷浸渍处理技术的防护机理，分析了硅烷浸渍处理用材料分类。在探讨硅烷浸渍材料技术要求的基础上，结合相关实践经验，就硅烷浸渍处理技术对混凝土性能的影响展开了研究，阐述了个人对此的几点认识。
关键词：混凝土结构表面；硅烷浸渍；融雪剂；氯离子
一、前言
作为一项实际操作要求较高的技术方法，混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对该项技术方法的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与方法，进一步优化该项工作的整体效果。
二、融雪剂使用现状
目前我国开发的融雪剂种类较多，按物态分为固态和液态；按组成分为无机物、有机物的混合物两种；其中以无机物与有机物的混合物为最多。东北地区城市中目前大量使用氯盐型，对混凝土具有较强的腐蚀性。特别是哈尔滨冬季降雪量大，多次采用融雪剂融雪后桥梁防撞墙底部混凝土受腐蚀严重，建成后两年即已出现大量混凝土受损、表皮脱落、漏筋等现象，对混凝土结构物的使用寿命产生极大的影响，为行车安全留下隐患。
三、硅烷浸渍处理技术的防护机理及物理性能
1.化学结合机理
利用硅烷特殊的小分子结构，穿透混凝土的表层，渗透到混凝土内部几到十几毫米，分布在混凝土毛细孔内壁，甚至到达最小的毛细孔壁上，在毛细孔中空气、水的作用下，硅烷水解形成硅醇，新生成的硅醇与硅酸盐中羟基反应形成硅氧烷链，并相互缩合在基材表面形成一层坚固、刚柔的斥水层网状结构的硅树脂憎水层。硅烷与混凝土基体的化学结合原理第一步为水解过程；第二步为缩合过程；第三步为缩聚产物与混凝土基体中的水发生反应，以氢键键合；第四步为脱水缩合形成硅树脂。
硅烷浸渍处理后所形成基材的表面张力远低于水的表面张力，并产生毛细逆气压现象，且不堵塞毛细孔，既能够防水又能保持混凝土结构“呼吸”的功能。另外，因化学反应形成的硅树脂憎水层与混凝土有机结合为一整体，使基材具有一定的韧性，能够防止基材开裂且能弥补0.2mm以下裂缝。
2.物理性能
硅烷浸渍技术是利用硅烷活性物质的渗透性，与混凝土基材中的碱性物质作用，生成几毫米至十几毫米厚度的憎水层，从而提升混凝土表面的防水，抗渗能力，进而提高混凝土的抗冻融能力，防止氯离子对混凝土的损害，抵制除冰盐、融雪剂对混凝土的盐腐蚀破坏，增加混凝土的耐久性，有效的延长高寒地区混凝土的使用寿命，降低维护成本。
硅烷浸渍处理后的混凝土结构，空气与硅烷界面将替代空气与混凝土界面，将固气界面转变为固液界面，表面张力将发生改变。研究表明，当表面浸渍处理材料的表面能小于25mN／m、即与水的接触角大于98°时就具有优良的憎水效果。由于硅烷的表面张力较小，远小于水的表面张力72mN／m，当水与此新界面接触时，其润湿角大于90°，表现出憎水特性，使水无法润湿混凝土。
四、硅烷浸渍处理用材料分类及实际应用
按硅烷的主要成分可将硅烷浸渍材料分为烷基烷氧基硅烷和烯烃基烷氧基硅烷，烷基烷氧基硅烷类应用较多，因为它具有优异的憎水性，在碱性条件下可达到最大渗透深度。
按照形态的不同，硅烷浸渍材料可以分为溶液状、乳液状、膏体、凝胶和干粉状等多种形态，目前常用的为液体硅烷和膏体硅烷。我单位分别对香福桥采用液体硅烷、学府立交桥采用膏体硅烷两种形式进行施工对比。通过对比发现香福桥中采用的液体硅烷对防撞墙垂直表面处理时必须多次涂刷，且产生涂刷不均匀的现象，造成浪费和喷涂时形成气溶胶等问题。学府立交桥采用膏体硅烷，采用一种以C1-C20烷基／c2-C6烷氧基硅烷、含烷氧基的有机聚硅氧烷和适当的乳化剂为材料，形成水乳剂即膏体硅烷，施工简便易控制，节约施工成本，效果优异。
五、硅烷浸渍材料的技术要求
施工中通过查询资料发现硅烷浸渍材料的技术要求上升为标准规范源于欧洲路桥设计手册，不同规范对硅烷浸渍材料提出了不同的技术要求。
施工中参考防护涂层功能要求，从基本功能、基于作用环境功能以及辅助功能这3个方面提出了硅烷浸渍处理作为混凝土结构表面防护技术措施的基本功能，主要包括硅烷自身性能（有效物质含量、可施工性、耐老化性能）、浸渍混凝土的性能以及硅烷与混凝土界面性能等。
六、硅烷浸渍处理技术对混凝土性能的影响
1.吸水率
硅烷液体具有较小的表面张力，渗入混凝土内，同混凝土基材中的碱性物质相互作用，生成几毫米至十几毫米厚度的憎水层，通过硅烷分子的斥水性，切断了水进入结构体的通道，极大的降低混凝土吸水量。试验表明混凝土应用硅烷保护后，其吸水降低率为92%。显著的降低混凝土的吸水率，提高了混凝土抗渗和防水能力，使得混凝土冻融循环危害降低。
2.抗氯离子渗透性
硅烷浸渍处理可以使混凝土氯离子吸收量降低，这已被大量证实。硅烷处理和硅烷黏土复合涂层处理均能在很大程度上降低混凝土中的总氯离子含量，以硅烷浸渍处理效果最好，未进行表面处理的混凝土中氯离子含量占水泥总量0.23%，经过硅烷浸渍处理的降低了92%，而经过硅烷一黏土复合涂层处理则降低了69%。同时研究lOd、28d、90d不同龄期下浸渍硅烷的混凝土的氯离子吸收量，降低值均达到94％以上，硅烷渗透深度随龄期延长略有增大。
3.抗磨蚀性能
硅烷浸渍技术目前在高寒地区应用越来越广泛，近几年哈尔滨城市桥梁中开始逐渐应用取得了良好的应用效果，哈尔滨市桥梁施中建设单位及我单位曾委托哈尔滨工业大学对6种渗透型混凝土防护材料进行磨耗性能测试，其中包括硅烷、丙烯酸和环氧树脂等。测试前混凝土的抗氯离子渗透有效率均为9O％左右。当磨掉处理1mm后，丙烯酸和环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降为3O%左右；当磨掉3～4mm，丙烯酸和环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降约为0%，而硅烷处理的混凝土表面，低浓度、浅渗透的表面下降为30%～4O%，而高浓度、深渗透的表面仍保持为9O%左右。这一方面说明硅烷渗透深度较深，另一方面也间接证明硅烷浸渍能够提高混凝土的抗磨蚀性能，即便是磨蚀3～4mm后，混凝土中的毛细孔依然被硅烷渗透。另外，对不同表面处理方式混凝土的强度进行试验，硅烷浸渍处理能够提高7%-10%的抗压强度，这也证明硅烷浸渍能够提高混凝土的抗磨蚀性能。
七、结束语
综上所述，加强对混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，特别是在高寒地区大量使用除冰盐、融雪剂的桥梁中重点使用，防止混凝土受到侵蚀，延长桥梁使用寿命。在今后的混凝土结构表面硅烷浸渍处理实践中，应该加强对其关键技术要素的重视程度，并注重其具体实施过程的严谨性。
参考文献：
[1] 李中华，巴恒静.除冰盐环境下混凝土有机硅涂层防护性能研究[J].中国矿业大学学报.2015（10）：60-62.
[2] 赵尚传，俞海.混凝土表面硅烷浸渍吸水率与抗冻性试验研究[J].混凝土.2015（02）：115-116.
论文作者:王哲
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/7
标签：硅烷论文; 混凝土论文; 表面论文; 基材论文; 技术论文; 水层论文; 材料论文; 《基层建设》2016年4期论文;