复合硅酸锂溶液对混凝土地坪的维护性能研究

陈 锋 周晓兰（福建省建筑科学研究院，福建 福州 350000）

复合硅酸锂溶液对混凝土地坪的维护性能研究

陈 锋 周晓兰
（福建省建筑科学研究院，福建 福州 350000）

本文通过甲基硅酸钠对硅酸锂溶液进行复合改性，采用VOC、pH值、凝胶化时间、24h表面吸水量等试验方法来研究其对混凝土地坪的保护性能。试验证明复合硅酸锂溶液为环保的碱性溶液，与混凝土固化环境相近，可与水化产物中的氢氧化钙反应，生成凝胶物质，且该溶液可在水泥砂浆试块表面形成一层具有一定防水性的薄膜，该薄膜在水泥砂浆试块上的附着性能及防水效果均优于硅酸锂溶液所形成的薄膜。

硅酸锂；复合改性；混凝土地坪；维护

1 前言

按作用方式不同，混凝土地坪保护材料可分为物理作用方式和化学作用方式。物理作用方式即地坪涂料，它利用混凝土地坪保护材料自身所形成的膜，隔绝混凝土地坪与外界的联系，以此来阻止外界腐蚀介质渗入混凝土地坪的内部，这种方式与混凝土地坪保护层的效用及膜的性能密切相关[1]。这种技术发展较早，目前比较成熟，但因其为有机高分子物质，与混凝土相容性有限，使用寿命较短，且施工和使用过程中会释放有害物质，污染环境[2]。

化学作用方式是指保护材料渗入到混凝土内部，与混凝土内部的水化产物发生复杂的物化反应，堵塞毛孔，从而阻止腐蚀介质的渗入。化学作用方式的保护材料主要为碱金属硅酸盐类，其中硅酸锂溶液因锂离子分子小、可减小碱-集料反应，性能优于钠、钾基硅酸盐，但目前硅酸锂类材料仍未能取得较为理想的使用效果。甲基硅酸钠可与基体的结构材料发生化学反应，在其表面生成一层极薄可透气的不溶性聚硅氧烷膜而具有防水性。[3]

本文以硅酸锂溶液为原料，采用甲基硅酸钠对其进行复合改性，通过VOC、pH值、凝胶化时间、24h表面吸水量等试验研究其性能，并简单探讨了其与混凝土地坪的作用机理。

2 试验部分

2.1 试验原料

硅酸锂溶液（4.7M-4.9M、1.174g/mL）、甲基硅酸钠、氟碳表面活性剂、促进剂、渗透剂、分散剂、消泡剂、氢氧化钙（分析纯）。

水泥砂浆试块（75mm×25mm×12.5mm）：水泥（P.O 42.5），ISO标准砂，自来水；配料比为水泥：ISO标准砂：水=1:4:0.55。

2.2 复合硅酸锂溶液的制备

2.2.1 复合硅酸锂溶液的制备工艺

称取一定质量的硅酸锂溶液，在室温下加入甲基硅酸钠，待分散均匀后，在磁力搅拌下升温至（60～80）℃，在该温度下磁力搅拌均匀反应一定时间后，降至室温，再加入表面活性剂、渗透剂、分散剂、消泡剂等，在磁力搅拌下充分反应分散12h，静置待用。

2.3 分析与测试

2.3.1 pH值、密度：按标准GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定。

2.3.2 含水量、挥发性有机化合物（简称VOC）：气相色谱法测定VOC含量，采用GB 18582-2008《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》的色谱条件1测定。

2.3.3 凝胶化性能：按JC/T 1018-2006《水性渗透型无机防水剂》测定。

2.3.4 24h表面吸水量及24h表面吸水量降低率：

将水泥砂浆试块水平放置，在试验面（水泥砂浆抹光面的背面）上立方直径约20mm，长120mm的玻璃管，用松香-石蜡密封玻璃管与试件间缝隙，如图1所示。将水溶液加入玻璃管中，初始液面高度为100mm，静置24h，记录液面下降高度，该下降高度即为24h表面吸水量W。

基准砂浆不做处理，直接进行试验；处理后砂浆块在试验面上分两次涂刷硅酸锂溶液或复合硅酸锂溶液，待表面干燥后静止1天后，开始试验。

表1 复合硅酸锂溶液的密度、含水量、VOC含量、pH值

3.1 VOC及匀质性

从表1中可知，复合硅酸锂溶液的VOC含量均小于120g/L（标准GB 18582-2008《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》中的限量值要求），满足目前我国标准规定。且该溶液的pH值在11以上，为强碱性溶液，与混凝土的水固化环境相近，不会破坏混凝土内部结构，相容性较好。

图1 24h表面吸水量试验

3.2 凝胶化性能

图2 复合硅酸锂溶液凝胶化前后对比

本文通过研究复合硅酸锂溶液与饱和氢氧化钙的反应活性即凝胶化性能，来反映其与混凝土地坪中钙、镁离子及水化产物中氢氧化钙的反应活性。

从图2中可以看出，凝胶化前，溶液为均质半透明液体，溶液下层为过量氢氧化钙粉末；凝胶化后，可流动的溶液通过化学反应变成半透明均质胶体，底部过量的氢氧化钙粉末也反应固化凝结成统一的整体。这说明溶液中的复合硅酸组分可与固态的氢氧化钙和液态的钙离子发生化学反应，生成凝胶物质，由此可知，复合硅酸锂溶液也可与混凝土地坪中的钙、镁离子及水化产物中的氢氧化钙进行反应，生成凝胶物质，填充混凝土内部孔隙，增加混凝土的强度。

3.3 24h表面吸水量及24h表面吸水量降低率

图3 未处理基准水泥砂浆试块（A）及处理后的水泥砂浆试块（B、C）

表2 24h表面吸水量和24h表面吸水量降低率

图3-A为基准水泥砂浆试块，图3-B为硅酸锂溶液处理后的水泥砂浆试块，图2-C为复合硅酸锂溶液处理后的水泥砂浆试块。由图可知，经硅酸锂溶液和复合硅酸锂溶液处理后的水泥砂浆试块表面均可形成一层透明薄膜，但前者所形成的薄膜发生了龟裂现象，未填充水泥砂浆试块表面的孔隙。这是因为复合硅酸锂溶液中含有较多的极性的羟基，且在失水固化过程中复合硅酸锂组分与水泥砂浆中的水化产物之间会发生复杂的化学反应。因此复合硅酸锂溶液可在水泥砂浆表面形成一层透明薄膜，且该薄膜与水泥砂浆表面附着性较好，不会出现龟裂现象。图3-C中可以看出，复合硅酸锂溶液可以渗入水泥砂浆试块表面的孔隙中，并可在孔隙中失水固化，从而填充孔隙。

由表2可知，处理后的水泥砂浆的24h表面吸水量较基准砂浆低，且经复合改性后，硅酸锂溶液的24h表面吸水量由10mm降低为5mm，24h表面吸水量降低率由17%增大到58%。这一结果表明了，在水泥砂浆表面形成的透明薄膜可以起到一定的防水作用，且复合硅酸锂溶液在水泥砂浆表面形成的薄膜的防水效果较好。这是由于复合硅酸锂溶液以液体的形态通过水泥砂浆试块表面的孔隙渗入砂浆块内部，与水化产物中的氢氧化钙反应生成不溶于水的凝胶物质，堵塞孔隙，从而达到防水的目的。

3.4 作用机理

水泥作为混凝土中的胶黏剂，通过水化将各骨料胶结在一起，因此水泥的水化产物对混凝土地坪后期的强度发展以及使用寿命有着不可忽视的的影响。水化产物中氢氧化钙约占20%，以层状结晶存在，层间强度较弱，容易滑移，这也就决定了其是混凝土地坪中较为薄弱的部分。

复合硅酸锂溶液涂刷在混凝土地坪表面，溶液中硅酸盐和甲基硅酸钠组分以液态的形式通过混凝土地坪中的微孔渗入到混凝土基体内部，与混凝土的水化产物氢氧化钙及少量的钙、镁离子反应，生成强度较高的不溶于水凝胶物质，该凝胶物质可以填充混凝土结构中的微孔，从而达到堵塞混凝土孔隙的目的。有相关研究表面，锂离子的离子半径小，电荷密度高，不会出现返碱现象。

4 结论

复合硅酸锂溶液的VOC含量低，为环保的碱性溶液，与混凝土固化环境相近，相容性较好。该溶液可与混凝土水化产物中的氢氧化钙及少量的游离钙、镁离子反应生成凝胶物质，填充混凝土中的孔隙，可在水泥砂浆试块表面形成一层薄膜，该薄膜在水泥砂浆块上的附着性和防水性较硅酸锂溶液所形成的薄膜好。

[1]徐峰，我国地坪涂料的应用与发展，上海建材，2009（1），22-23

[2]孙顺杰，乔亚玲，地坪材料中有害物质分析，涂料技术与文摘，2013.34（11），13-16

[3]路锋，聂江涛，甲基硅酸钠（有机硅防水剂）的应用研究，江西化工，1995 （11），31-34

G322

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1007-6344（2016）04-0269-02

陈锋（1981—），男，大学本科，工程师，从事建筑工程材料研发及检测。