硅烷浸渍对提高混凝土结构寿命的作用

闫炳润，王 芳，赵述萍

（青岛市润邦化工建材有限公司，山东青岛266321）

0 前言

混凝土结构具有的高强度和耐久性，低弹减震性、原料易得、施工简单，特别是能耗较低，因而用途极为广泛。不仅在各种土木工程上使用，目前在造船业，机械工业，海洋开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标，以往工程中习惯上只重视混凝土的强度或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力，关系结构物的使用寿命，随着结构物老化和环境污染的加重，混凝土耐久性问题已引起各主管部门和广大设计、施工部门的重视。

1 影响混凝土结构耐久性的因素

混凝土的严重受损，将直接威胁建筑结构的稳定性，影响混凝土结构寿命。混凝土结构耐久性的破坏作用主要有冰冻-融解循环、风化、中性化、碱-集料反应、氯离子腐蚀等。

1.1 环境因素对混凝土结构的腐蚀

（1）冰冻-融解循环作用。冻融循环在混凝土中产生内应力，促使裂缝发展、结构疏松，直至表层剥落或整体崩溃。

（2）风化作用。包括干湿、冷热的循环作用。在温度、湿度变幅大、变化快的地区，以及兼有其他破坏因素（例如盐、碱、海水、冻融等）作用时，常能加速混凝土的崩溃。

（3）中性化作用。在空气中的某些酸性气体,如Cl2、H2S和CO2在适当温、湿度条件下使混凝土中液相的碱度降低，引起某些组分的分解，并使体积发生变化。

新浇注的混凝土呈碱性，对钢筋起钝化作用。空气中的酸性气体，如二氧化碳，需要很长时间才能中和钢筋外面混凝土的碱性，这个过程称之为碳化。最终，这种非碱性的碳化区域逐步达到钢筋的表面，并破坏其钝化的保护层。然后，空气中的氧气和水分，开始对钢筋造成腐蚀。由于金属铁被腐蚀之后体积急剧膨胀，导致钢筋附近的混凝土层碎裂，从而造成严重的破坏。

（4）碱-集料反应。最常见的是水泥或水中的(碱分Na2O、K2O)和某些活性集料 (如蛋白石、燧石、安山岩、方石英)中的SiO2起反应，在界面区生成碱的硅酸盐凝胶,使体积膨胀，最后能使整个混凝土建筑物崩解。

1.2 氯离子腐蚀

对于混凝土的损害主要涉及到水。水分可导致纯粹的物理破坏，例如，霜冻及解冻而产生的张力。同时水还是传递腐蚀性物质（例如来自海水及道路除冰盐中的氯离子）导致钢筋腐蚀的有害化学反应的重要媒介。

水中溶解的盐类，包括淡水的浸溶作用、含盐水和酸性水的侵蚀作用等。其中硫酸盐、氯盐、镁盐和酸类溶液在一定条件下可产生剧烈的腐蚀作用，导致混凝土的迅速破坏。尤其是氯离子，如果渗透入钢筋混凝土中，将不受混凝土酸碱性的影响，能够在极短的时间内对混凝土造成灾难性的腐蚀。因此混凝土吸收海水及除冰盐中的氯离子，码头，道路和桥梁更容易受到腐蚀破坏。

2 异丁基三乙氧基硅烷浸渍液的保护机理

对混凝土最有效的保护方法，就是防止混凝土与水分及有害物质接触。为此可以在混凝土上涂覆保护涂料或防水层得以实现。近年来硅烷等有机硅产品被认为是最适合这种用途的物质之一。

了解混凝土结构的影响因素后，青岛润邦公司技术人员以自主研究为主，联合高校为辅的方式，查阅相关专利、论文及防腐蚀技术标准等方法，找到非常耐久、经济的混凝土保护方法—硅烷浸渍。接着，加大投资力度，兴建了中国异丁基三乙氧基硅烷生产基地。

硅烷浸渍液对混凝土的保护机理：硅烷与水反应，释放出乙醇，形成聚合的硅树脂网络，在毛细管的表壁上形成一层憎水性的薄膜。使用硅烷浸渍剂对混凝土保护后，浸渍剂与混凝土直接发生化学反应形成稳定硅树脂层，进一步填充表层混凝土中的空隙，使得混凝土表层具有憎水性和良好的密实度，有降低氯离子吸收量效果。这是因为浸渍剂的渗透熔度较大时，水及氯离子通过保护层达到混凝土内部的毛细孔越曲折，路径越长，氯离子吸收量的降低效果更明显。普通混凝土的密实度不高，硅烷浸渍剂在普通混凝土具有更高的渗透深度。

用硅烷浸渍对混凝土保护处理后，混凝土的毛细管仍然打开，对于气体及水汽的扩散，几乎没有影响，混凝土内部的水分可释放出来，从而保持长期干燥，延缓腐蚀的发生。这是由于有机硅具有优异的憎水性和耐久性。能长久地抵抗物理、化学及微生物的破坏。如果正确地选择材料，有机硅可起到长久的保护作用。

3 硅烷浸渍技术的应用

硅烷浸渍是将异丁基三乙氧基硅烷浸渍液均匀地喷涂到水泥混凝上路面、防撞墙、隔离墩、桥面、桥身和桥墩等混凝土结构表面上，利用硅烷活性物质的渗透性，并与混凝土基材中的碱性物质作用，生成几毫米至十几毫米厚的憎水薄膜。这层憎水薄膜在混凝土基材表面以下，所以不会因喷涂而改变混凝土表面的外观，也不会因表面磨损而破坏防水薄膜。它能提高混凝土表面的防水、抗渗能力，进而提高混凝土的抗冻融能力，防止氯离子对混凝土的损害，抵御除冰盐、融雪剂对公路混凝土路面的盐腐蚀破坏，提高混凝土的耐久性，有效地延长高寒地区混凝土路面的使用寿命，降低其维护成本。

异丁基三乙氧基硅烷是《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ275-2000）指定的混凝土防腐防护材料。特殊的小分子结构，与混凝土基材有着良好的亲和力，能轻易渗透到混凝土内部几毫米，与暴露在酸性和碱性环境中的空气及基底中的水分产生化学反应，生成羟基团。这些羟基团将与基材及其本身产生交联、堆积，结合在毛细孔的内壁，不阻塞毛细孔，防水透气，形成牢固的有机硅网络保护层，被有机硅网络覆盖的混凝土表层多孔部分形成一个憎水层，能够有效地阻止外部水分及溶解于水分中的盐类（如氯离子）和有害物质的入侵，并让内部水气和有害气体逸出。从而大大提高混凝土结构的防水性、耐盐碱性、抗冻融性等特性，延长混凝土的耐久性。特别是在碱性环境，如浇制不久的混凝土会刺激该反应并加速保护层的形成。

硅烷浸渍在国外应用非常广泛，自进入中国市场以来，已经在国内许多大城市的标志性建筑结构中成功使用，如北京五环高架、天津公路大桥、上海东海大桥、深圳盐田港二期和三期工程、江苏连云港庙三码头及嘉兴电厂二期码头等等。青岛市润邦公司已进行硅烷防腐处理的工程有长春绕城高速公路、连云港市海湾桥、连云港行政路景观桥、潍坊路堤河中桥等。实践证明，硅烷浸渍技术具有优异的防护能力，能有效地防止环境因素（空气中的水分、冰融、CO2、SO2、汽车尾气）对混凝土结构的腐蚀和氯离子等对混凝土表面的腐蚀。据理论推算，使用硅烷浸渍技术防护的工程，其使用年限能够达到100 a。它施工简便，几乎不需要基材处理，能够采用喷涂、刷涂、滚涂等多种常用施工方法施工。硅烷浸渍剂与普通涂料相比，具有渗透性好，裂缝防水能力强，耐磨耗能力高，不起皮等特点，尤其适合对建筑外观有特殊需求的工程。它能够保持混凝上的原貌，并能与普通涂料配合使用，达到更加优异的防腐、防水性能和涂装效果。从而大大地延长了公路的使用寿命，降低了公路的养护成本。

4 异丁基三乙氧基硅烷的发展前景

要提高混凝土的耐久性，必须从抵抗力和作用力两个方面入手。增加抵抗力就能抑制或延缓作用力的破坏。因此提高混凝土的强度和密实性常常有利于耐久性的改善，其中密实性尤为重要，因为孔缝常是破坏因素进入混凝土内部的途径，所以混凝土的抗渗性和抗冻性密切相关。另一方面通过改善环境以削弱作用力，也能提高混凝土的耐久性。异丁基三乙氧基硅烷能很好地解决这一问题。

硅烷类产品是用于保护钢筋混凝土的理想浸渍剂。它们还具有优越的耐久性，交联产生的硅树脂可以与混凝土材料形成稳定的共价键连接，从而保证有机硅对紫外线辐射、热、腐蚀性化学物质，以及微生物等环境因素具有良好的抵抗力。

防腐涂料作为提高混凝土结构寿命的辅助手段，随着发展的需要，其性能指标有了大幅提高，主要表现在施工简单、常温快速固化、有效地延长防护对象的使用寿命等，使其更好地服务于人类社会。由于异丁基三乙氧基硅烷良好的防护性能，应用领域也十分广泛，无论是基础设施的防护，还是工程机械、船舶、汽车等都有防腐涂料的用“武”之地，尤其是海洋工程设施更是需要大量的重防腐涂料用于保护船只和设备免受海水的侵蚀。

我国基础设施建设的步伐不断加快，大量高速公路、铁路项目，以及各地大型市政项目纷纷投入建设，对防腐涂料产业的发展将起到不可估量的推动作用。改革开放三十年来，我国从高速公路为零发展到成为世界第二里程大国，将带动防腐涂料的快速发展，无疑是为防腐涂料开辟了一个新的市场。

[1]熊建波，王胜年，吴平.硅烷浸渍对混凝土保护作用的研究[J].混凝土，2004，(9).

[2]周晨，王妍妍，江波.钢筋混凝土保护剂的发展应用研究[J].山西建筑,2008,(4).

[3]季井满.应用硅烷漫渍技术预防硷路面剥蚀[J]交通科技与经济，2006(05).