改性二硅酸钠(混凝土的持久性可以改善，就靠这个东西)

Posted 2023-05-27

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改性二硅酸钠(混凝土的持久性可以改善，就靠这个东西)

导读：混凝土有很多种类，按胶凝材料不同，分水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表观密度不同，分重混凝土、普通混凝土、轻混凝土；按使用功能不同，分结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等；按施工工艺不同，又分喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。混凝土的分类还可以根据混凝土的强度等级来分的。硫酸盐腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀以及由混凝土碳化、氯离子侵蚀等都会引起钢筋锈蚀，会对混凝土结构造成严重的危害；例如：海浪冲刷、风沙磨蚀及干湿循环等环境荷载会加速这些危害的发生。因此需要采用合适的混凝土养护措施，才能够充分发挥混凝土材料的优势。钢筋混凝土结构的保护可以通过采用高性能混凝土，足够的混凝土保护层厚度、合适的浇筑及养护等措施来实现。但是对于侵蚀性环境中的结构，对使用寿命有较高要求的结构以及结构的修复，还需采取一些额外的保护措施，如阻锈剂、不锈钢筋、阴极保护法及混凝土表面处理剂等，而在这些保护措施中，混凝土表面处理剂无疑是最经济、有效的。小虎今天为大家分享这篇文章，简要总结了不同无机表面处理剂的研究进展以及无机表面处理剂对混凝土性能的改善效果，以期为无机表面处理技术的进一步研究和其在工程中的应用提供指导和帮助。1、混凝土表面处理剂按化学性质，混凝土表面处理剂可以分为有机类和无机两类。混凝土表面有机处理剂：目前使用的大部分表面处理剂是具有挥发性的有机化合物和有机涂层，常用的有硅氧烷、环氧树脂、丙烯酸酯、氯丁橡胶等，其在制造及使用过程中易污染空气，且容易在紫外线、高温下老化。混凝土表面无机处理剂：与表面有机处理剂相比，表面无机处理剂具有更好的抗老化性能，因此，越来越多的学者开始研究混凝土表面无机处理剂。表面无机处理剂可分为水玻璃系列、磷酸盐系列和水泥基系列等，制备时可在基本材料中加入各种颜料、填料、助剂和固化剂（需要时）等配制而成。水玻璃(硅酸钠)、氟硅酸钠、氟硅酸镁等表面处理剂是目前最常用的。表面无机处理剂能够渗入混凝土内部，与水泥水化产物发生复杂的物理化学反应，生成新的物质来堵塞毛细孔，从而可以长久地阻止外界环境中的腐蚀介质进入混凝土，保护混凝土与钢筋免受侵蚀，改善钢筋混凝土结构的耐久性。2、混凝土表面无机处理剂的作用机理目前，混凝土表面最常用的无机处理剂主要有水玻璃涂料与水泥基渗透结晶型防水涂料两大类，以下分别介绍两种表面处理剂的作用机理。水玻璃：水玻璃是一种良好的涂料，可分为钠水玻璃、钾水玻璃及锂水玻璃等。在各种水玻璃中，硅酸钠水玻璃是应用最广泛的，硅酸钠水玻璃能在常温下水解，电离出的二氧化硅凝胶失水缩合，形成以Si-O-Si为框架的网状结构，其反应方程式为：该反应会形成一层体型结构的薄膜，起到一定隔离作用，但由于硅酸钠中存在大量易溶于水的钠离子，因此该涂膜并不耐水。当硅酸钠溶液涂刷在混凝土表面时，溶液通过毛细作用渗入混凝土表面，与水泥水化产物氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙凝胶，填充混凝土孔隙，形成与混凝土一体化的隔离层：水泥基渗透结晶型防水涂料：水泥基渗透结晶型防水涂料中的活性物质通过毛细作用向混凝土内部渗透，与混凝土中氢氧化钙反应，生成不溶于水的结晶，堵塞毛细孔。不同类型的水泥基渗透结晶型防水涂料的活性物质不同，因此其结晶机理也不同。目前常见的两种结晶机理分别为沉淀反应和络合－沉淀反应。沉淀反应的原理认为，水泥基渗透结晶型防水涂料中的活性物质溶于水，随着毛细作用向混凝土内部渗透，与混凝土中氢氧化钙及游离钙离子反应，生成不溶于水的碳酸钙晶体，堵塞混凝土中孔隙，达到防水的效果。沉淀反应可以很好地解释水泥基渗透结晶型防水涂料对混凝土结构的长期防水及修复作用，但该原理尚有缺陷，即水泥基渗透结晶型防水涂料的涂刷厚度一般为(1-2)mm，其中活性物质的含量有限，并不能在理论上保证对混凝土结构的长久防护及修复。因此，有学者提出了络合－沉淀反应原理。该原理认为涂料中的活性物质与混凝土中的游离钙离子反应，生成一种络合物，当络合物遇到未水化水泥颗粒时，活性基团被硅酸根取代，生成水化硅酸钙凝胶，堵塞混凝土孔隙，而活性物质得以继续向混凝土内部渗透，持续催化水化硅酸钙凝胶的生成。该原理能够很好地弥补沉淀反应理论中存在的缺陷，但尚有许多问题需要进一步实验证明：（1）活性物质能否与游离钙离子反应生成这种络合物；（2）硅酸根能否取代络合物中的活性基团，生成水化硅酸钙凝胶。只有通过实验解决这些问题，该理论才能得到完善。3、混凝土表面无机处理剂对混凝土耐久性能的影响水渗透性：Jia等使用Autoclam试验方法研究了采用氟硅酸盐及硅酸钠两种物质处理对混凝土水渗透性的影响，结果如图1。从图1可以看出，采用30%(质量分数)氟硅酸镁溶液处理后混凝土水渗透指数最低，且对28d水渗透指数的影响也最大。这表明氟硅酸镁表面处理要在28d龄期后才能发挥较好作用。图1 氟硅酸镁处理对混凝土水渗透指数的 (1-1：空白组、1-2：10%氟硅酸镁、1-3：20%氟硅酸镁、1-4：30%氟硅酸镁)氯离子渗透性：Dai等将表面采用硅酸钠处理过的试件及采用硅烷、硅氧烷基材料处理过的试件暴露于室外，使用海水浴干湿循环1年，测量其氯离子渗透深度，结果如图2所示。由图2可见，硅烷及硅氧烷基材料处理过的Ａ、Ｂ、Ｃ三组试件的氯离子渗透深度及浓度均有明显降低；硅酸钠处理及丙烯酸改性硅酸钠处理过的Ｅ、Ｆ两组试件的氯离子渗透深度及浓度与对照组相比并没有明显变化。这说明，与硅烷及硅氧烷基材料处理相比，采用硅酸钠进行表面处理并不能有效阻止氯离子向混凝土内部渗透。图2 混凝土试样氯离子渗透深度(Ａ－硅烷溶液、Ｂ－硅烷脂、Ｃ－硅烷基凝胶、Ｄ－硅烷／硅氧烷溶液、Ｅ－硅酸钠溶液、Ｆ－丙烯酸改性硅酸钠溶液）Ibrabim等使用硅酸钠溶液、硅烷及硅氧烷涂层处理混凝土表面，并将处理后的试件置于5%(质量分数)氯化钠溶液中浸泡3个月。结果表明，未处理试件的氯离子扩散系数为21.83×10-8cm2/s，硅酸钠溶液处理后的试件氯离子扩散系数为20.6×10-8cm2/s，硅烷及硅氧烷涂层处理后试件的氯离子扩散系数为7.83×10-8cm2/s，这同样说明采用硅酸钠处理表面并不能改善混凝土的抗氯离子渗透能力。气体渗透性图3中的结果表明，采用30%(质量分数)氟硅酸镁溶液进行表面处理后的试件，其28d时的气体渗透指数为-0.166Ln(mbar)/min，比空白组试件降低了42.56%，降幅最大。从图3还可以看出，采用氟硅酸钠进行预处理，能使硅酸钠处理后试件的气体渗透指数进一步降低，采用2%(质量分数)的氟硅酸钠进行预处理的效果最佳。这表明氟硅酸镁表面处理与硅酸钠表面处理均能降低混凝土的表面气体渗透性，且氟硅酸钠预处理能增强硅酸钠表面处理的效果。这是因为氟硅酸钠能够加速硅酸钠的硬化，生成硅胶、C-S-H凝胶等不溶物，堵塞混凝土表面孔隙，解决硅酸钠前期作用效果不明显的问题。水玻璃的模数对硅酸钠表面处理的效果也有影响：研究表明，水玻璃模数越大，其黏度越大，渗透深度会随着黏度的增加而显著减小，因此水玻璃模数越大，表面处理的作用效果越差。图3 氟硅酸钠预处理及硅酸钠处理对混凝(1-6：模数为３的水玻璃；1-10：1%氟硅酸钠预处理；1-11：2%氟硅酸钠预处理；1-12：3%氟硅酸钠预处理)碳化性能：Han等研究了多层表面处理对混凝土碳化深度的影响，其分层处理方法如图4所示，处理结果如图5所示。Level Ⅰ、Level Ⅱ及Level Ⅲ三种处理方法均能降低混凝土碳化深度，其中LevelⅠ和Level Ⅱ在14d碳化深度差距较小，28d到56d碳化深度差距逐渐增大。这说明COAT coating的保护能力较强、作用时间持久，28d以后仍可以持续地减缓混凝土的碳化。对比14d碳化深度，可以看出Level Ⅲ低于Level Ⅱ，但是在56d时与Level Ⅱ比较接近，这说明TOP coating不能持久地发挥作用，56d以后起不到抗碳化作用。图4 混凝土表面的多层处理方法图5 混凝4、展望虽然表面无机处理剂能够有效改善钢筋混凝土结构的耐久性，但其仍然存在明显的不足之处：（1）由于表面无机处理剂只是通过化学反应堵塞混凝土表面的毛细孔，并没有从根本上改变混凝土亲水的特性，因此防水效果并没有有机憎水性涂料显著。（2）表面采用硅酸钠处理会提升混凝土的碱度，可能增加碱骨料反应发生的概率。为了更好地利用表面处理技术来改善混凝土的耐久性，需要进一步开展以下研究工作：（1）无机处理技术与有机处理技术相结合的效果研究，因为理论上这样做能够发挥优势互补的效应，效果可能更加。（2）通过试验，研究表面不同处理方法间的相互作用，为表面复合处理技术的推广应用提供理论依据。（3）既然二氧化碳能够促进硅酸钠的硬化并生成硅胶，应在表面硅酸钠处理技术基础上，开展二氧化碳养护技术应用效果的研究，以开发出更加环保、有效的混凝土表面处理技术。以上就是小虎今天为大家分享的关于改善混凝土持久性的方法。