疏水型改性有机硅涂料对混凝土耐久性的影响

■ 畅亚文 何廷树 宋学锋

混凝土耐久性通常是指环境作用下的耐久性，主要涉及温度、湿度及其变化（干湿交替、冻融循环），以及环境中的水、气、盐、酸等物质对混凝土的劣化作用和对钢筋的锈蚀。环境作用对混凝土材料的侵蚀和损伤主要发生在混凝土表层，通常以水为载体，以混凝土中的孔隙为通道，由表及里地侵蚀。因此，强化表层或加保护层是提高混凝土耐久性事半功倍的方法。

以武广高速铁路混凝土结构寿命100年为目标，自行研制了高分子改性疏水型有机硅无色涂料，将其施涂于混凝土表面，观感质量可达到清水混凝土的要求，并可大幅提高混凝土的耐久性。

1 试验用原材料及混凝土配比

（1）试验用原材料：

水泥：P·O42.5。

粉煤灰：湖北汉川电厂F类1级。

外加剂：HT－HPC聚羧酸高效减水剂。

砂：湖南洞庭湖中砂；羊楼司碎石，5～31.5 mm。

（2）配比（kg）：

C∶F∶S∶G∶HPC∶W＝281∶109∶765∶1101∶164∶3.9。

2 试验结果分析

2.1 对混凝土抗碳化能力的影响

混凝土碳化是指混凝土中水泥水化产物Ca（OH）2与空气中CO2反应生成CaCO3的过程，CaCO3为中性，故也称中性化。混凝土碳化降低了混凝土的碱度（即pH值），引发钢筋锈蚀。碳化前混凝土内部孔溶液pH值可达13（强碱性），使得钢筋表面生成一层致密钝化膜，能隔绝水份和氧气与内部钢筋接触，阻止钢筋锈蚀。若混凝土因碳化变为中性，空气中的CO2通过扩散进入混凝土内部，通过混凝土保护层到达钢筋表面，此时钢筋表面不存在钝化膜，进入混凝土内部的水和氧气将钢筋锈蚀而产生体积膨胀6倍的不稳定红色锈蚀物Fe2O3·nH2O。

将改性有机硅涂料均匀施涂于用武广高速铁路施工现场原材料制作的C30混凝土试块表面，在SJ-2型标准碳化箱内进行碳化试验，结果见图1，试块断面喷涂1%酚酞溶液后的照片见图2。图中J为未施涂涂料混凝土试件的碳化深度，碳化28 d已达1 cm以上；T为施涂有机硅涂料混凝土试件的碳化深度，随涂料与稀释水的比例增加而增大，碳化28 d时仅为2.7～3.8 mm。

可见，混凝土表面均匀施涂一层疏水型改性有机硅涂料可大幅降低碳化深度，延缓混凝土中钢筋锈蚀时间，提高结构耐久性。

2.2 对混凝土抗氯离子渗透能力的影响

水和土体等环境介质中的氯离子侵入混凝土，通过保护层到达钢筋表面并逐步富集到一定浓度，将破坏钢筋表面的钝化膜而产生电化学锈蚀。《客运专线高性能混凝土技术条件》对混凝土原材料中的氯离子含量提出严格限制，同时严防外部环境中氯离子的侵入。采用武广高速铁路所用原材料和配比，制作成100 mm×100 mm×50 mm的混凝土试件，采用NEL-PDR混凝土渗透性电测仪，测定涂和不涂改性有机硅涂料试件的氯离子渗透系数，其试验电压-电流关系曲线见图3，氯离子渗透系数见表1。

由表1可知，混凝土表面均匀施涂2遍改性有机硅防水涂料，可使混凝土氯离子渗透系数最高降低90%，大大延长钢筋表面钝化膜因氯离子侵入而破坏的时间，显著提高钢筋混凝土结构耐久性。

2.3 对混凝土抗冻融能力的影响

冻融循环作用是造成混凝土结构损伤及破坏的常见形式。因为混凝土内部饱和毛细孔隙水受冻结冰膨胀9%，融解时致毛细管收缩，膨胀、收缩的反复作用导致混凝土开裂、剥落直致破坏。

冻融破坏程度与混凝土内部饱和水程度、冻结最低温度、降温速率、含气量及反复冻融次数有关。测试方法有慢冻法和快冻法。考虑试验周期和试验可靠性等因素，采用快冻法研究改性有机硅涂料对混凝土抗冻融能力的影响，试验结果见表2。

由表2可知，在混凝土表面均匀施涂一层改性有机硅涂料（涂料∶水＝1∶4）后，快冻250个循环，混凝土质量损失率降低63.4%，强度损失率降低32.4%，DF值提高11%。表明在混凝土表面施涂改性有机硅涂料后，混凝土抗冻融能力显著提高。

表1 混凝土试件氯离子的渗透系数（56 d）

表2 混凝土试件的抗冻性（56 d）

2.4 对混凝土表面渗透性和疏水性的影响

混凝土是典型亲水性材料，水滴在混凝土表面会很快铺展开来，即润湿边角小于90°。为了验证所研制的改性有机硅涂料的疏水性和粘附性，将1∶4改性有机硅涂料在混凝土表面施涂2遍，用量约200 g/m2，用染色法测定其渗透深度（施涂24 h后测定）为3～4 mm，用涂料耐洗刷测定仪对混凝土表面洗刷2 000次后，在其表面所滴水珠呈“球状”，保持7 d无变化，润湿边角始终大于90°（见图4、图5）。

综上所述，改性有机硅涂料在混凝土表面的渗透性、粘附性、疏水性优异，可以长久、有效阻断水和其他有害介质对混凝土的侵蚀，提高耐久性。

3 结论

（1）施涂改性有机硅涂料混凝土28 d，标准碳化深度比未施涂时减少8～9 mm。

（2）施涂改性有机硅涂料混凝土的抗氯离子渗透系数比未施涂时最高降低90%。

（3）施涂改性有机硅涂料混凝土快速冻融250个循环后的质量损失率、强度降低率与未施涂时比较分别降低63.4%和32.4%，DF值提高11%。

（4）改性有机硅涂料疏水性优异，渗透性良好，与混凝土的粘附性可靠。

综上所述，混凝土表面均匀施涂2遍改性有机硅涂料不仅可改善混凝土表面质量，同时大幅提高混凝土耐久性，延长混凝土和钢筋的结构寿命。