水泥砂浆外涂有机硅烷防护效果研究

data-full-width-responsive="true"> 水泥砂浆外涂有机硅烷防护效果研究刘杰胜，木子佳靓，冯彪，梁超峰，李祥，余荆城，江凯，刘辉凯( 武汉轻工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430023)水泥砂浆材料至今已有180 多年的历史，被广泛应用于土木、水利与建筑工程，海洋及港口建设工程，交通运输、公路与铁路工程，甚至航空与航天工程等。但近年来，水泥砂浆材料常因防水抗渗性、氯离子抗渗性、抗碳化性等耐久性能不足问题而引起巨大的经济损失。因此，水泥砂浆材料防腐蚀研究尤为重要，水泥砂浆的抗渗防水性、氯离子抗渗性已成为水利、交通、建筑工程上最为关注的热点问题之一。水泥砂浆在搅拌、浇注、成型过程中剩余水挥发以及干燥收缩后，会在其内部形成各种毛细孔和孔隙，这使得水泥砂浆实际上是一种多组分、非均质的多孔材料。这些大多数为连通开放式的孔隙是造成水泥砂浆渗水的主要原因，而水泥砂浆渗水问题会给水泥砂浆构筑物的耐久性、安全运行等方面带来严重安全隐患。有机硅烷主链是Si-O-Si 链组成，具有许多优良的性能，比如: 耐氧化、耐候、耐油、抗紫外老化、憎水、耐热、耐寒等性能。本研究采用水泥砂浆外涂烷氧基有机硅烷的方法，系统地研究了外涂有机硅烷对水泥砂浆的防水抗渗性能、抗碳化性能、抗氯离子渗透等性能的改良效果，为烷氧基有机硅烷作为水泥砂浆防护材料实际工程应用奠定一定的基础。1 材料与方法1． 1 试验材料水泥: 普通硅酸盐P． O 32． 5 水泥。砂: 标准砂。有机硅烷: KH560，湖北环宇化工有限公司生产。水泥砂浆的配合比如表1 所示。1． 2 试验方法试样涂覆硅烷浸渍剂后，置于温度为( 20 2)℃、相对湿度为50%70%的环境中养护7 d 后，进行相关性能测试。作为对比，选用空白样和涂有丙烯酸涂层防护材料的试样进行参比试验。不同处理剂对水泥砂浆表面防护处理如表2 所示。1． 3 测试与表征1． 3． 1 防水抗渗性能( 1) 吸水率: 到28 d 龄期，将试件放在( 80 2) ℃的烘箱中干燥48 h 后取出，放在干燥器中冷却至室温，迅速称取试件的质量; 再把试件浸泡在( 20 2) ℃的水中48 h 后取出，用湿布擦去表面浮水，立即称其质量。( 2) 水滴试验: 分别选取一定数量的空白样和硅烷防护试样，用滴管在其表面各滴两滴水，试验开始10 min 后观察水泥砂浆表面疏水现象做好记录，照片存底，以作对比。1． 3． 2 氯离子抗渗试验( 1) 氯离子渗透深度: 按照配合比成型水泥砂浆进行NaCl 浸泡试验( 浸泡时间分别为30 d) 。标准养护28 d 后，从试块浇筑4 个侧面中选取一个光整面作为浸透面，其余3 个侧面、顶面及底面用石蜡密封，然后浸泡在浓度为2． 8 mol 的NaCl 溶液中，室温保持在( 20 2) ℃。在达到预定的浸泡时间以后，取出来在室内放置30 d 至干燥。将试样沿轴线劈开，取样磨碎，制备水泥砂浆氯离子提取液，采用硝酸银化学滴定法，测定水泥砂浆样品中的氯离子浓度，然后扣除初始氯离子浓度，得到浓度深度曲线，并用Fick 第二定律进行非线性回归，求得水泥砂浆氯离子表观扩散系数。( 2) 氯离子扩散系数: 氯离子扩散系数如( 1) 式所示。其中，D Ｒ气体常数，值为8． 314 J FFaraday 常数，值为96 480 J /V; Z氯离子的电荷数，值为－ 1; xd氯离子渗透深度; 当E =－ 600 V/m，T = 298 K 时，a = 1． 061，b = 0． 589。1． 3． 3 抗碳化性能碳化达到相应龄期后，取出试件，沿中间将其劈成两半，在断面上喷涂1%酚酞溶液，不能显红色的边缘部分即为已碳化部分。测量时在红色区域处取三处，取平均值为深度测量点，精确到0． 5 mm。1． 3． 4 SEM 扫描电子显微镜采用日本电子株式会社产JSM 一5610LV 型扫描电镜( SEM) 对养护56 d 的空白样试块和加了有机硅的试样的表面进行微观形貌表征。2 结果与讨论2． 1 抗渗防水试验水泥砂浆疏水试验结果如图1 所示。由图1 可看出: 有机硅外涂水泥砂浆呈现出较好地疏水效果，即进一步证实了使用有机硅外涂水泥砂浆的防水抗渗性能大大改善了。主要原因基于以下两点: ①有机硅外涂水泥砂浆中更多的缝隙和孔洞被硅烷粒子所填充，水分的渗透受到阻碍，使得吸水率降低; ②有机硅具有柔顺的主链，且分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多，因此，它比同分子量的碳氢化合物黏度低，表面张力弱，表面能小，这种低表面张力和低表面能使它具有良好的疏水作用，因此当水泥砂浆外涂有机硅涂料后，就赋予了有机硅外涂水泥砂浆一定的疏水作用，使得砂浆的抗渗性能提高。