有机硅防水剂修复冻融损伤混凝土的耐久性试验研究

data-full-width-responsive="true"> 有机硅防水剂修复冻融损伤混凝土的耐久性试验研究马志鸣1，赵铁军1，陈际洲2，张明敏1（1青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033；2青岛市政集团砼业工程有限公司，山东青岛266033）冻融破坏是混凝土结构耐久性劣化的重要原因之一，这是由于冻融环境中，混凝土结构在内部压应力的作用下裂缝急剧增加并贯通，一方面降低了混凝土的力学性能，另一方面水分携带有害腐蚀介质侵入混凝土内部，使混凝土结构的耐久性降低。有足够的水分参与是混凝土耐久性提前破坏的必要条件，而对混凝土进行表面防水处理是提高混凝土抗渗透性和耐久性的有效可行的方法。本文对不同冻融损伤下的混凝土试件进行表面防水处理，研究不同冻融损伤后的混凝土经有机硅防水剂修复后的耐久性能，对实际工程应用具有一定的指导意义。1 原材料与配合比试验采用的水泥为青岛山水水泥厂生产的PO425 级普通硅酸盐水泥，基本性能指标见表1；粗骨料选用粒径为5~25 mm 连续级配花岗岩质碎石；细骨料为最大粒径5 mm 的青岛大沽河砂，细度模数29；拌合水为普通自来水；外加剂为一种聚羧酸型高效减水剂。试验所用防水剂为德国申德欧（Sto）公司生产的凝胶型StoCryl HG 200 有机硅防水剂（下称有机硅防水剂）。该防水剂以烷基烷氧基硅烷为主要成分，是一种触变凝胶防水剂，其性能见表2。2 试验内容及方法21 试件制备混凝土的水灰比为05，按设计的配合比计算出各材料用量，在容量100 L 的卧轴强制式混凝土搅拌机中搅拌，先干拌1 min，然后将所需水加到拌合料中继续搅拌，控制总搅拌时间为3 min。将搅拌均匀的混凝土装入到100 mm100 mm100 mm 和100mm100 mm400 mm 的两种试模中，在振动台上振动直至混凝土表面出现泛浆，将高出试模的部分用抹刀抹平。为了不影响混凝土的防水处理效果，浇筑时不使用脱模剂。混凝土成型24 h 后拆模，将混凝土立方体试件放入标准养护室[温度（203）℃、相对湿度90%]养护，待达到规定养护龄期后将试件从养护室取出。22 试验方法1）抗冻融循环试验采用TDR-3 型全自动混凝土快速冻融设备，此设备是DL/T 51502001《水工混凝土试验规程》要求选用的。按照GB/T 500822009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，冻融试件尺寸为100 mm100 mm400 mm，养护龄期为24 d 时将试件从养护室取出，放到水中浸泡4 d 后放入冻融试验箱内开始冻融试验。2）毛细吸水试验将0 次、50 次和100 次冻融循环后的混凝土试件（100 mm100 mm100 mm）从冻融箱中取出，在室内环境静置7 d 待水分充分挥发后，分别将有机硅防水剂按0 g/m2、200 g/m2 和400 g/m2 涂于试件外表面，继续在室内环境静置7 d，确保有机硅防水剂更好地侵入混凝土试件内部。然后按照GB/T 500822009 的毛细吸水试验规定，对试件进行切割、烘干、密封，并在图1 所示的平底容器中进行毛细吸收试验。混凝土试件与水接触时开始计时，分别在吸水时间为0 h、05 h、1 h、2 h、4 h、8 h、24 h，将试件从容器中取出，用湿布擦掉试件表面的明水，称重，称完并记录后再立即将试块放回原处，整个毛细吸水试验持续24 h。3）氯离子自由扩散试验试件处理方法同毛细吸水试验，有机硅防水剂处理后，将混凝土试件放入清水中浸泡至饱水，然后将5 个面用石蜡密封，将未密封的面朝下放入3%NaCl溶液中浸泡56 d，然后取出试块，磨粉、滴定，测定试件中的氯离子含量。3 结果分析与讨论31 有机硅防水剂修复后的毛细吸水试验将冻融循环次数为0 次、50 次和100 次的混凝土试件取出，经有机硅防水剂修复后的毛细吸水试验结果见图2。图2 冻融损伤后有机硅防水剂修复混凝土的毛细吸水曲线由图2（a）数据经线性拟合得到不同试件的毛细吸水系数。0 次冻融循环下，有机硅防水剂用量为0g/m2、200 g/m2 和400 g/m2 的试件，经24 h 后的吸水量分别为1 880 g/m2、416 g/m2 和215 g/m2，其毛细吸水系数为A0 =7321 g/（m2h05）、A200 =1113 g/（m2h05）和A400=692 g/（m2h05），其中A200 和A400 约为A0 的1/6 和1/10。可以看出，未受冻融损伤的混凝土试件，采用有机硅防水剂处理可提高其抗渗透性。由图2（b）数据可得，50 次冻融循环下，有机硅防水剂用量为0 g/m2、200 g/m2 和400 g/m2 的试件，经24 h 后的吸水量分别为2 183 g/m2、436 g/m2 和298g/m2，其毛细吸水系数为A0 =7569 g/（m2h05）、A200=15703 g/（m2h05）和A400=1022 g/（m2h05）。经有机硅防水剂处理后的混凝土试件具有良好的抵抗水分侵入的能力，并且随着有机硅防水剂用量的增加，其抗渗透性增强。对比0 次循环，由于冻融环境下混凝土内部压应力的作用，试件内部裂缝增多导致毛细吸水系数增加，但经有机硅防水剂修复后的受冻融损伤试件仍具有良好的抵抗水分侵入的能力。由图2（c）可得，100 次冻融循环下，有机硅防水剂用量为0 g/m2、200 g/m2 和400 g/m2 的试件，经24h 后的吸水量分别为2 392 g/m2、678 g/m2 和322 g/m2，其吸水系数为A0=80471 g/（m2h05）、A200=22518g/（m2h05）和A400=11625 g/（m2h05）。当混凝土试件冻融损伤较大时，经过有机硅防水剂修复的试件较未处理的试件毛细吸水系数和吸水量大大降低，这是由于有机硅防水剂的憎水性提高了混凝土的抗渗透性[5]。对比0 次、50 次和100 次试验数据可知，毛细吸水系数和吸水量随着冻融循环次数的增加而增加，经有机硅防水剂修复的混凝土试件仍具有较好的抵抗水分侵入的能力，并且随着有机硅防水剂用量的增加，混凝土试件的抗渗透性增强。32 有机硅防水剂修复后的氯离子自由扩散试验将冻融循环次数为0 次和100 次的混凝土试件取出，分别将有机硅防水剂按0 g/m2、200 g/m2 和400g/m2 外涂于混凝土试件表面，并在3%NaCl 溶液中浸泡56 d，然后将试件磨粉、滴定，得出混凝土试件中的氯离子含量。氯离子含量随深度的变化曲线见图3。由图3（a）可知，未受冻融损伤时，经有机硅防水剂处理的混凝土试件较未处理的混凝土试件具有较好的抵抗氯离子侵入的性能，这是由于有机硅防水剂的憎水性，减缓了作为介质的水的侵入，从而导致氯离子侵入混凝土试件内的含量和深度减小。由图3（b）可知，当冻融循环为100 次时，混凝土试件在内部膨胀应力的作用下损伤较大，但经有机硅防水剂修复后，氯离子含量大幅降低，并随着有机硅防水剂用量的增加，氯离子含量减小，说明在不同冻融损伤下，有机硅防水剂修复后的混凝土试件仍具有良好的抗渗透性。4 结论1）在未受冻融损伤下，经有机硅防水剂处理的混凝土试件具有较好的抵抗水分和氯离子侵入的能力。2）由毛细吸水试验数据可知，经不同冻融损伤的混凝土试件，其毛细吸水系数随冻融循环次数的增加而增加，但经有机硅防水剂修复的混凝土试件仍具有良好的抵抗水分侵入的能力，并且随着有机硅防水剂用量的增加，其抗渗透性增强。3）由氯离子自由扩散试验数据可知，采用有机硅防水剂修复冻融损伤混凝土试件，能减缓氯离子侵入混凝土内部的速率，且试件内部的氯离子含量也大大降低。4） 利用有机硅防水剂修复冻融损伤混凝土能有效提高混凝土的抗渗透性，从而有利于混凝土结构的耐久性。