硅烷浸渍技术（共5篇）
硅烷浸渍技术 篇1
0 引言
有机硅化合物诞生于19世纪中叶,到20世纪中期欧、美等国家将硅烷技术成功应用于道桥、码头、机场等混凝土结构的防水防腐[1]。硅烷浸渍技术是美国公路路桥防护中采用最广泛的防腐方案,据1994年《美国高速公路研究设计计划(NCHRP)》(第209号)调查资料显示,硅烷占美国高速公路路桥防护材料33%以上[2]。在欧洲路桥设计手册中,所提出的憎水型浸渍剂技术要求就是依据硅烷的性能提出的[3]。除海洋工程外,硅烷在防止除冰盐侵蚀混凝土方面的应用也有25年的历史。我国于2000年将硅烷浸渍处理技术纳入《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》[4]行业标准,随后的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》[5]、《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》[6]、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》[7]以及《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》[8]等规范也将硅烷浸渍处理作为防腐蚀强化措施。
1 硅烷浸渍处理技术的防护机理
硅烷浸渍处理技术的防护机理包括化学结合机理和物理憎水机理。
1.1 化学结合机理
利用硅烷特殊的小分子结构,穿透混凝土的表层,渗透到混凝土内部几到十几毫米,分布在混凝土毛细孔内壁,甚至到达最小的毛细孔壁上,在毛细孔中空气、水的作用下,硅烷水解形成硅醇,新生成的硅醇与硅酸盐中羟基反应形成末端带有-Si-R*基的硅氧烷链,并相互缩合在基材表面形成一层坚固、刚柔的斥水层网状结构的硅树脂憎水层。硅烷与混凝土基体的化学结合原理[9,10]如图1所示,第一步为水解过程;第二步为缩合过程;第三步为缩聚产物与混凝土基体中的水发生反应,以氢键键合;第四步为脱水缩合形成硅树脂。硅烷浸渍处理后所形成基材的表面张力远低于水的表面张力,并产生毛细逆气压现象,且不堵塞毛细孔,既能够防水又能保持混凝土结构“呼吸”的功能。另外,因化学反应形成的硅树脂憎水层与混凝土有机结合为一整体,使基材具有一定的韧性,能够防止基材开裂且能弥补0.2mm以下的裂缝。
1.2 物理憎水作用
硅烷浸渍处理后的混凝土结构,空气-硅烷界面将替代空气-混凝土界面,将固气界面转变为固液界面,表面张力将发生改变。研究表明[11],当表面浸渍处理材料的表面能小于25mN/m、即与水的接触角大于98°时就具有优良的憎水效果。由于硅烷的表面张力较小,远小于水的表面张力72mN/m,当水与此新界面接触时,其润湿角大于90°,表现出憎水特性,使水无法润湿混凝土。
2 硅烷浸渍处理用材料分类
按硅烷的主要成分可将硅烷浸渍材料分为烷基烷氧基硅烷和烯烃基烷氧基硅烷。烷基烷氧基的分子式如图2(a)、(b)所示,烯基烷氧基的分子式如图2(c)、(d)所示[12]。烷基烷氧基硅烷类应用较多,其主要产品有异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异辛基烯三甲氧基硅烷、异辛基烯三乙氧基硅烷。烯烃基烷氧基材料主要有乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丁烯三乙氧基硅烷等。关于异丁基与异辛基硅烷的优劣,争议仍较大,有人认为异丁基三乙氧基硅烷或正丁基三乙氧基硅烷性能更好,因为它具有优异的憎水性,在碱性条件下可达到最大渗透深度;相比之下,带较长基团(辛基)的硅烷的表面凝珠效果虽然良好,但其在非常致密的高强混凝土中的最大渗透深度较小。事实上异辛基硅烷的粒径也仅有1~10nm,完全能满足渗透效果,而且由于异辛基硅烷具有较长的基团,其稳定性更好,经反应缩合后的有效成分含量应高于异丁基硅烷[13,14]。
按照形态的不同,硅烷浸渍材料可以分为溶液状、乳液状、膏体、凝胶和干粉状等多种形态,目前常用的为液体硅烷和膏体硅烷。针对液体硅烷在高处作业时乳液易于滴落,对垂直表面处理时必须多次涂刷造成浪费和喷涂时形成气溶胶等问题,瓦克公司以C1-C20烷基/C2-C6烷氧基硅烷、含烷氧基的有机聚硅氧烷和适当的乳化剂为材料,采用高速定子-转子搅拌器,开发出一种粘稠的水乳剂,即膏体硅烷,并申请了中国专利[15]。最早使用新型硅烷膏体技术修复混凝土的工程之一是瑞士St Gallen的Fürstenland大桥。该大桥建造于20世纪30年代,采用钢筋增强混凝土建造,但因碳化和除冰盐破坏而严重受损。膏体浸渍剂的用量为200g/m2,活性组分平均渗透深度可达3mm,对水分的吸收可减少80%[16]。
3 硅烷浸渍材料的技术要求
参考防护涂层功能要求[17],从基本功能、基于作用环境功能以及辅助功能3方面提出了硅烷浸渍处理作为混凝土结构表面防护技术措施的基本功能(如图3所示),主要包括硅烷自身性能(有效物质含量、可施工性、耐老化性能)、浸渍混凝土的性能以及硅烷与混凝土界面性能等。硅烷浸渍材料的技术要求上升为标准规范源于欧洲路桥设计手册,不同规范对硅烷浸渍材料提出了不同的技术要求,如表1所示[3,5,7,9,18]。
注:a主要成分有的标准采用异辛基三乙氧基硅烷[8],有的标准采用异丁基三乙氧基硅烷[3,4],还有的标准规定两种硅烷都可采用[6];b有的标准规定氯离子吸收降低率大于80%[8];c渗透深度所采用的基准混凝土强度不同,有的标准采用C40强度等级的混凝土[8],小于C40,渗透深度4~10mm,C40混凝土,渗透深度大于等于1~4mm
4 硅烷浸渍处理技术对混凝土性能的影响
4.1 吸水率
硅烷浸渍处理能降低混凝土的吸水率是公认的,但是对水胶比较大的混凝土效果好还是对水胶比较小的混凝土效果好尚未得到一致的结论。Reinhardardt和Massino Sosoro由吸水试验得出硅烷溶液的吸收量和渗透深度与时间的平方根呈现线性关系,将这一关系称之为时间开方定律[19,20]。Geedes等研究指出水的吸附量在24h之内基本符合时间开方定律,而硅烷的吸附时间超过8h时,试验数据与计算值将产生偏差,偏差的程度与防水剂的种类有关[9]。图4为笔者研究液体硅烷(L-silane)、膏体硅烷(P-silane)和渗透结晶材料(CCM)表面处理混凝土和未处理基准混凝土(No)的吸水高度,对于未进行表面处理和渗透结晶材料在10h左右吸水高度与时间的开方呈较好的线性关系,之后则出现吸水高度变化较为平缓的趋势。对于采用硅烷浸渍处理的混凝土,其吸水高度很低,很难体现出与吸水高度吸水时间的线性关系[21]。战洪艳等以水灰比为0.4、0.5和0.6的混凝土进行吸水试验,3种未处理混凝土的毛细吸收系数分别为194g/(m2·h0.5)、254g/(m2·h0.5)和261g/(m2·h0.5),经过硅烷浸渍处理的混凝土毛细吸收系数分别下降至16g/(m2·h0.5)、21g/(m2·h0.5)和15g/(m2·h0.5),经过硅烷浸渍处理后的混凝土吸水量仅为未处理混凝土的1/10左右。随着水灰比从0.4增加到0.6,未处理混凝土的吸水系数依次增大,而防水处理后,3种混凝土的吸水系数都较小,并且相差不大,这也说明硅烷憎水处理对水灰比较大的混凝土依然具有良好的效果[22]。也有研究者认为,如果混凝土水胶比过大,内部孔隙过多,可能有部分孔隙没有被憎水膜覆盖,导致吸水率增大。有研究者通过空气渗透性试验与表层水吸附试验(ISAT)分别研究了有机硅烷、透水衬里模板单独使用时,以及有机硅烷与透水衬里模板共同使用时对混凝土表面渗透性的影响,结果表明有机硅烷能有效降低普通混凝土表层的水吸附作用,但对空气渗透性没有明显影响,透水衬里模板对普通混凝土表层的空气渗透性与水吸附作用都有明显降低作用[23],这也证明硅烷浸渍处理技术能够降低混凝土的抗水渗性能,同时能保留混凝土的呼吸功能。
4.2 抗氯离子渗透性
硅烷浸渍用于海洋工程较多,其主要原因是硅烷浸渍处理可以使混凝土氯离子吸收量大大降低,这已被大多数研究者所证实。不同研究者所采用的评价指标不同,采用较多的方法为氯离子吸收量降低率和混凝土电学性能指标(如电通量、氯离子扩散系数、电阻率或交流阻抗值[17]等)。Ricky采用硅烷-黏土纳米复合涂层对混凝土结构表层进行处理,通过混凝土结构表层50mm内的氯离子含量来评价其抗氯离子渗透性,结果表明,硅烷处理和硅烷-黏土复合涂层处理均能在很大程度上降低混凝土中的总氯离子含量,以硅烷浸渍处理效果最好,未进行表面处理的混凝土中氯离子含量占水泥总量的0.23%,经过硅烷浸渍处理的降低了92%,而经过硅烷-黏土复合涂层处理的则降低了69%[10]。蒋正武等[24]研究了10d、28d、90d不同龄期下浸渍硅烷的混凝土的氯离子吸收量,降低值均达到94%以上,硅烷的渗透深度随龄期的延长略有增大。
M J Mccarthy等研究了硅烷-硅氧烷表面处理、透水模板、硬脂酸盐防水剂、亚硝酸盐类阻锈剂等防腐蚀强化措施的抗氯离子渗透性,结果表明,经硅烷-硅氧烷浸渍处理的混凝土的氯离子扩散系数仅为基准混凝土的45%,降低效果最显著[25]。笔者曾研究了不同表面处理方式混凝土与基准混凝土的电通量比例,如图5所示。3种表面处理方式均能够降低混凝土的电通量,且表面处理对C30基准混凝土电通量的降低幅度大于C45基准混凝土的电通量,其原因是C45混凝土的致密度高于C30混凝土,硅烷和渗透结晶材料对C30混凝土渗透能力大,表现为经过处理后的混凝土电通量大幅度降低。渗透结晶材料对混凝土电通量降低幅度小于硅烷浸渍混凝土[26]。C.C.Yang[27]用电通量和氯离子含量来评价硅烷浸渍处理混凝土的传输特性,结果表明,当硅烷用量相同时,水胶比越小,混凝土中氯离子含量越小,混凝土的电通量也越小,且水胶比在0.35~0.55之间,混凝土抗氯离子渗透性效果一致。牛季收等[28]研究了硅烷浸渍对带裂缝混凝土的防护效果,以带有0.2mm宽裂缝混凝土试件为研究对象,对比研究了硅烷溶液、乳液或者凝胶浸渍处理混凝土的抗氯离子侵蚀行为。通过对试件氯离子二维含量的分析,验证了对带裂缝混凝土进行硅烷浸渍防护处理具有非常好抗氯离子渗透的效果。熊建波等[29]研究了表面使用硅烷浸渍剂后的混凝土电通量,结果表明,都有不同程度的降低,普通混凝土使用硅烷浸渍剂后的电通量降低幅度高于高性能混凝土。
笔者曾采用Permit研究了硅烷浸渍混凝土试验墩的抗氯离子渗透性[26]。图6为采用硅烷浸渍对普通模板浇筑的试验墩的Perimit测试结果的影响,其中图6(a)为电导率-时间曲线,图6(b)为电流-时间曲线,图6(c)为电导率变化率-时间曲线。由图6(a)可知,对于未采用硅烷浸渍的试验墩,其电导率随着时间延长而快速增加,而采用硅烷浸渍的试验墩,其电导率随着时间的延长几乎不变。由图6(b)可知,采用硅烷浸渍的试验墩,在测试过程中的测试电流几乎为一条水平线,在测试过程中几乎没有变化,且数值很低,在10mA以内,而未采用硅烷浸渍的混凝土测试电流最高在100mA以上。由图6(c)可知,未采用硅烷浸渍的混凝土的电导率变化率也大大高于采用硅烷浸渍混凝土的电导率变化率。未采用硅烷浸渍试验墩的氯离子扩散系数为1.07×10-12m2/s,采用硅烷浸渍试验墩的氯离子扩散系数仅为0.08×10-12m2/s,表明硅烷浸渍可大大降低混凝土表面的抗氯离子渗透性。
4.3 抗冻性
硅烷浸渍处理技术对混凝土抗冻性影响的研究多是基于除冰盐环境进行研究。Johansson在瑞士Eugenia隧道内的现场试验表明,硅烷浸渍处理对混凝土氯离子侵蚀降低的效果较明显,由于被雨水或车辆溅起来的水冲刷,混凝土结构表面的氯离子浓度降低,称为冲刷效应。久保善司等采用快冻法研究了硅烷浸渍处理混凝土的弹性模量和质量损失,结果表明,经过浸渍处理后混凝土冻弹性模量降低较快,但其质量损失却表现出相反的趋势,即硅烷浸渍处理能够降低冻融后混凝土的质量损失,但无法确保混凝土内部损伤,即弹性模量的降低[10]。李中华等[30]采用CDF混凝土抗盐冻试验方法对比研究了有机硅涂料、减小水灰比、添加引气剂与矿物掺合料3种技术途径对除冰盐环境下混凝土的防护性能,结果表明,涂刷有机硅涂料后,混凝土经56次盐冻后剥蚀量均降低了99%,相对动弹性模量损失率降低49%,混凝土表面无明显剥蚀痕迹,涂刷有机硅涂料是提高混凝土抵抗除冰盐最好的技术途径。赵尚传等[31]以C30混凝土(坍落度为60mm)为基准研究了混凝土的抗冻性,结果表明,硅烷浸渍处理的混凝土抗冻性大幅度提高,而其混凝土致密性越高则提高的幅度越大。基准混凝土的抗冻等级为D75和D100,硅烷浸渍混凝土的抗冻等级则为D325和D200。笔者曾对比研究了膏体硅烷对混凝土抗冻性的影响,硅烷浸渍混凝土的抗冻性略有提高[26]。解释硅烷浸渍处理能够提高混凝土抗冻性的原因多为:硅烷渗入混凝土内部,在缝隙内壁形成憎水层,减少对水分的吸附,降低混凝土的吸水率;而解释硅烷浸渍处理未能提高混凝土抗冻性的原因为:零度以下未结冰的水与冰之间产生非常高的压力差,冻和融的过程对混凝土产生极大的破坏力,而硅烷渗透到混凝土表层,降低了混凝土中可供冻融破坏力释放的空间,因此,并没有从本质上改善混凝土的抗冻性。
4.4 抗磨蚀性能
经过浸渍处理的混凝土表面在一定程度上能够提高混凝土表面的光洁度和强度,对于磨蚀作用来说,会起到一定的作用,但需要验证。加拿大阿尔伯塔州对6种渗透型混凝土防护材料进行磨耗性能测试,其中包括硅烷、丙烯酸和环氧树脂等。测试前混凝土的抗氯离子渗透有效率均为90%左右。当磨掉处理1mm后,丙烯酸和环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降为30%左右,而硅烷处理的混凝土表面仍为90%左右;当磨掉3~4mm,丙烯酸和环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降约为0%,而硅烷处理的混凝土表面,低浓度、浅渗透的表面下降为30%~40%,而高浓度、深渗透的表面仍保持为90%左右。这一方面说明硅烷渗透深度较深,另一方面也间接证明硅烷浸渍能够提高混凝土的抗磨蚀性能,即便是磨蚀3~4mm后,混凝土中的毛细孔依然被硅烷渗透[32]。另外,笔者曾对不同表面处理方式混凝土的强度进行试验,硅烷浸渍处理能够提高7%~10%的抗压强度,这也证明硅烷浸渍能够提高混凝土的抗磨蚀性能[26]。
4.5 抗酸雨性能
蒋正武等采用酸雨模拟的试验方法研究了两种硅烷(硅烷/硅氧烷产品(6689)和异丁基三乙氧基硅烷(6403))对不同配合比(普通混凝土与矿渣混凝土)混凝土耐酸雨性能的影响,并以硅烷浸渍混凝土的外观、体积、质量、强度及吸水率与碳化深度等为评价指标,建立了硅烷浸渍混凝土的服役寿命预测模型。两种硅烷可有效提高混凝土耐酸雨性能,明显减小酸雨浸渍后的混凝土强度下降、质量损失,大大减小混凝土的吸水率值和碳化深度。不涂硅烷的C0基准混凝土的耐酸雨寿命约为11a,不涂硅烷的掺矿渣粉的C1混凝土的耐酸雨寿命约为12.5a,喷涂6689硅烷的C0混凝土耐酸雨寿命约为21a,可延长混凝土寿命10a,喷涂6689硅烷的C1混凝土耐酸雨寿命约为21a,可延长混凝土寿命8a以上[33]。
5 结语
硅烷浸渍处理技术通过憎水以及与混凝土基体化学键合等多重功效来对混凝土结构进行防护,是一种较为有效的防辐射强化措施。
硅烷浸渍处理技术对于降低混凝土的吸水性、提高混凝土的抗氯离子渗透性具有显著的作用,在氯盐环境下,硅烷浸渍处理技术是提高混凝土结构耐久性的重要技术途径。
对于硅烷浸渍处理能否提高混凝土的抗冻性、耐磨性、耐硫酸盐侵蚀性以及耐盐类结晶破坏的研究还不多,应加强这方面的研究,以期使硅烷浸渍处理有更广泛的应用领域。硅烷浸渍处理技术的有效防护年限尚不清楚,需要进行深入研究。
摘要：混凝土结构硅烷浸渍表面处理技术已经被纳入规范,并广泛应用于以海洋环境为代表的严重腐蚀环境下的混凝土结构。介绍了硅烷浸渍表面处理技术的历史沿革以及硅烷的分类,探讨了硅烷浸渍技术的作用机理,总结了国内外硅烷浸渍处理用硅烷材料的技术要求,从基本功能、基于作用环境功能以及辅助功能3方面提出了硅烷浸渍处理的技术要求,阐述了硅烷浸渍处理技术对混凝土吸水性能、抗氯离子渗透性能、抗冻性能、抗磨性能与抗酸雨性能的影响,提出了混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术存在的问题,指出了硅烷浸渍处理技术适用的作用环境。
关键词：混凝土结构,硅烷,浸渍处理,防腐蚀
硅烷浸渍技术 篇2
潍坊市老国防路堤河桥位于潍坊北部沿海、渤海岸边, 处于潮汐、盐雾重防腐区域。该桥是潍坊北部沿海盐业运输、军事运输的重要通道, 桥梁防腐防水对该桥的耐久性至关重要。工程在开工建设前对桥梁的防腐防水做出严谨设计, 桥梁混凝土表面采用硅烷浸渍防腐技术, 为保护该桥梁的混凝土结构及耐久性奠定了基础。
2 材料选择
本工程选用青岛市润邦化工建材有限公司生产的GW-301异丁基三乙氧基硅烷浸渍液。异丁基三乙氧基硅烷浸渍液是一种化学浸透性浸渍剂, 具有小分子结构, 能深层地渗透到混凝土内壁与水化的水泥发生反应形成聚硅氧烷互穿网络结构, 通过牢固的化学键合反应, 赋予混凝土表面微观结构长期的憎水性, 并保持呼吸透气功能, 降低水和Cl-的侵害, 从而确保混凝土结构长期免受腐蚀。硅烷浸渍原理见图1。
3 施工工艺
3.1 施工工具
RB循环式硅烷防腐专用浸渍机、混凝土打磨机、吹风机、扁铲、灰刀、防护服、乳胶手套、水桶等。
3.2 施工流程与施工部位
施工流程:施工准备→孔洞修补→基层处理→浸渍喷涂试喷→第1遍浸渍喷涂→第2遍浸渍喷涂→现场检测→验收。
施工部位:防撞墙、底板、盖梁、立柱等混凝土外露表面。
3.3 具体施工工艺
3.3.1 基层处理
施工混凝土必须达到规范要求的养护日期, 基层处理前应修补好表面明显的破损、漏筋、孔洞等缺陷部位 (图2) 。修补好的混凝土应有足够的养护期。基层修补完毕后, 用混凝土打磨机对表面进行打磨处理, 将混凝土表面的碱垢、污物等清除干净, 以方便浸渍液浸渍充分, 达到良好的效果。
3.3.2 喷涂施工
施工环境温度应在5~35℃;如果基层表干前 (约8 h) 可能下雨, 不要施工。
施工前应进行喷涂试验。试验面积为1~5 m2, 参照JTG/T B07—01—2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》附录E进行。试验结果满足要求后, 再进行大面积施工。
在喷涂时垂直面和水平面上的喷涂材料均采用连续喷涂达到饱和浸渍, 共涂覆两遍, 两遍时间间隔应大于6 h。盖梁侧面喷涂应自下而上, 垂流长度为15~20 cm, 应使被涂表面保持湿润状态几分钟;顶板喷涂应顺风喷涂, 喷嘴离顶板距离在35~40 cm, 喷嘴压力不应大于70 k Pa, 喷涂时应尽量减少材料损耗 (图3—4) 。
养护:施工后24 h内不洒水, 应自然风干, 并保持已处理表面至少干燥48 h以上, 经过3 d完全固化即可产生最佳的防腐防水效果 (图5) 。
硅烷浸渍剂喷涂施工用量为:600m L/m2。
3.4 注意事项
1) 喷涂材料属易燃品, 应注意安全预防措施。施工现场应保持通风良好, 远离火花、明火。
2) 喷涂设备应为不断循环的泵送系统, 该系统提供的喷嘴压力为60~70 k Pa, 水不得进入该系统的任何部分。
3) 每次喷涂硅烷浸渍液区域应做明显记号, 避免下次漏涂或重涂;分批进行的喷涂区域, 注意接槎, 应保持一定的重叠量。
4) 硅烷浸渍混凝土的龄期不少于28 d, 混凝土修补后不少于14 d, 最后一遍喷涂后7 d再进行取芯试验。
5) 密封避光保存本品, 禁止与酸、碱、胺和重金属或其化合物一起贮存, 也不能放置在被其污染的场所;每次使用过后应封好产品包装以免失效, 启封后应在72 h内用完;应避免硅烷与氯丁橡胶、沥青基密封材料等可能引起腐蚀的材料接触。
3.5 安全保障措施
1) 针对本项目, 要求施工人员在施工过程中穿戴护目镜和防护手套;穿救生衣, 以防落入水中。
2) 施工人员呼吸道如不慎吸入硅烷浸渍液, 应立即将人员移到有新鲜空气的地方;如接触到皮肤, 立即用水清洗15 min;不慎接触到眼睛后, 立即用水清洗15 min, 并脱下受污染的衣服、鞋子并及时就医。
3.6 验收
参照JTG/T B07—01—2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》附录D进行验收。
4 结语
潍坊市老国防路堤河桥硅烷浸渍防腐防水工程, 通过对施工主要材料及施工工艺的严格控制, 保证了工程的防水质量。该防腐防水施工工艺普遍适用于水泥混凝土结构的保护, 具有较好的耐久性和经济性。
参考文献
混凝土桥梁防护用硅烷浸渍材料 篇3
1 国内外混凝土桥梁破坏概况
在美国, 1975年由于混凝土腐蚀引起的损失达700亿美元, 1985年达1 680亿美元, 目前整个混凝土工程的价值约为6万亿美元, 而今后每年用于维修或重建的费用预计将高达3 000亿美元[1]。在日本, 许多港湾建筑、混凝土桥梁建成后不到10年就频频发生破坏。就冲绳地区177座混凝土桥梁的调查表明, 桥面板肋梁损伤率已达到80%以上。在英国, 格兰岛中部环行快车道上的11座混凝土高架桥当初的建造费为2 800万英磅, 到1989年因维修而耗资4 500万英磅, 是当初造价的1.6倍, 估计以后的15年还要耗资1.2亿英磅, 累计接近当初造价的6倍[2]。
在我国, 50年代开始大规模的经济建设, 因那时经济基础薄弱, 采用的标准都很低, 现在这些结构大多进入“老龄”阶段, 急需进行维修改造。对华南18座海港钢筋混凝土码头、港口的调查发现, 由于钢筋腐蚀导致的结构破坏占89%。对上海公路系统的团港桥、内港河桥、医院桥、五灶港桥和六灶港桥等钢筋混凝土桥梁的调查显示, 混凝土性能已严重劣化, 强度大幅度下降, 对钢筋的保护作用已经很薄弱[3]。山东省是沿海地区, 海岸线长达3 000多km, 近几年对沿海的潍坊、东营、滨州、烟台等市的近100座桥梁进行了调查, 发现大部分桥梁在使用5~8年后即出现严重的破坏, 有的已倒塌重建。可见, 我国桥梁混凝土结构的腐蚀情况已相当严重, 由于混凝土的耐久性不足产生劣化或失效造成的损失大大超过人们的估计。沉重的代价使人们逐步认识到, 不仅要用耐久性良好的材料及时修复已出现损坏的混凝土桥梁工程, 更重要的是在新建工程中使用新型防护材料, 保证混凝土桥梁的使用寿命。
2 钢筋混凝土桥梁的破坏机理
2.1 混凝土的中性化作用
混凝土的中性化作用包括混凝土的碳化作用与硫化作用, 是指混凝土中的碱性物质与酸性物质进行反应, 造成混凝土p H值降低的现象。酸性物质主要有CO2、SO2、酸雨、酸性水、酸性固体物等。钢筋混凝土中水泥的水化产物氢氧化钙是一种高碱性物质, p H>12.5时, 混凝土中钢筋表面会形成氧化亚铁膜, 它可以钝化钢筋, 阻止氧接触钢筋, 对钢筋起保护作用。这种钝化作用在碱性环境中很稳定, 但是当外来的酸性物质渗入到混凝土内部后, 会与氢氧化钙发生化学反应变成Ca CO3或Ca SO4, 整个反应称为碳化或硫化作用。当大量的Ca CO3或Ca SO4形成后, 混凝土内部碱性环境受到破坏, 达到一定程度时 (p H<9) , 钝态铁的保护层就失去作用, 混凝土内部的钢筋就会产生锈蚀。
2.2 氯离子腐蚀
在液态水存在的情况下, 氯盐会以水为介质进入混凝土内部, 加速钢筋腐蚀。一般认为游离的氯离子能够破坏钢筋表面的钝化膜, 使钢筋发生局部腐蚀。因此, 在高氯离子含量的区域和北方经常使用化冰盐的环境下, 防止氯离子的腐蚀是非常重要的工作。对于非游离状态的氯离子, 如在水化作用前, 水泥中的水化氯化铝酸盐3Ca O·Al2O3·Ca Cl2·10H2O与3Ca O·Al2O3·Ca Cl2·3H2O不会对钢筋起锈蚀作用;但是混凝土中性化后, 水化氯化铝酸盐中的氯离子可以游离出来, 当氯离子接触到钢铁表面时, 便迅速破坏钢铁表面的钝化层, 即使在强碱性环境中, 氯离子引起的点锈腐蚀依然会发生。同时, 不论是气态还是液态的水, 渗透到混凝土中后都会形成带杂质的电解液, 由此产生的电化学作用将导致锈蚀加快进行。当氯离子渗透到达钢筋表面, 局部保护膜遭破坏成为活化态, 在氧和水充足的条件下, 活化的钢筋表面形成一个小阳极, 未活化的钢筋表面成为阴极, 结果阳极金属铁溶解, 形成腐蚀坑。
2.3 硫酸盐的侵蚀
水中的硫酸根离子进入混凝土内部, 与水泥的固相发生化学反应, 生成难溶的钙矾石和二水石膏, 然后吸收大量的水, 使体积膨胀, 造成混凝土的破坏。当溶液中硫酸根离子浓度较低时, 反应产物水化硫铝酸钙含有较多的结晶水, 体积比水化铝酸钙增加2倍以上;当溶液中硫酸根离子浓度较高时, 反应产生的二水石膏体积会增大1倍多。当侵蚀溶液中硫酸根离子浓度在1 000 mg/L时, 产生硫铝酸钙型侵蚀, 其特征是混凝土会出现粗大裂纹;当溶液中硫酸根离子大于1 500 mg/L时, 产生石膏-硫铝酸钙复合型侵蚀, 石膏侵蚀起主导作用, 其特征是混凝土会发生部分溃散。
2.4 氧和水的腐蚀作用
氧参与钢筋腐蚀电化学过程的阴极反应, 因而钢筋的腐蚀速度受到水中溶解氧扩散过程的控制。如果氧供应充分, Fe (OH) 2会逐步被氧化成Fe3O4·m H2O和Fe2O3·n H2O。水不仅可加速混凝土的碳化作用, 也为钢筋的腐蚀提供了条件。
综上所述, 混凝土桥梁的主要破坏原因中, 水都起了重要作用, 混凝土桥梁防护的关键就是要防水。
3 硅烷浸渍材料在混凝土桥梁防护中的应用
混凝土桥梁内部存在着许多大小不同的微细孔隙和裂隙, 水的渗透就是通过这些孔隙和裂隙进行的, 其渗透性与混凝土的孔隙结构 (毛细孔连通情况) 有关。硅烷浸渍材料广泛应用于混凝土桥梁表面的防护工程中, 具有突出的憎水性和化学稳定性, 能在混凝土表面及毛细孔内壁形成保护膜, 有效防止水的渗透和转移, 达到防腐的目的, 从而提高混凝土桥梁的耐久性和使用寿命。
3.1 硅烷浸渍材料的防护机理
硅烷浸渍材料是一种理想的新型防水材料, 以溶液、乳液形式喷涂在混凝土桥梁表面, 能提高混凝土的防水、防污、防尘、防腐蚀、抗风化和耐久性能。硅烷具有很低的表面张力, 因此具有较强的扩展能力, 涂到多孔混凝土基材上能渗透到微孔的壁上形成薄膜而不会封闭通道[4]。
硅烷浸渍材料渗透到混凝土毛细孔里面后, 缩聚为有机硅树脂并脱醇, 有机硅树脂能与混凝土表面形成稳定的化学共价键, 硅烷的长碳链烷基是非极性憎水官能团, 在混凝土表面以及毛细孔内壁形成致密的憎水性保护膜[5], 见图1。
硅烷浸渍材料处理的混凝土表面具有较大的接触角, 能阻止混凝土基材及裂缝吸收外界的水, 即使0.2 mm的裂缝, 水也无法渗入, 见图2—3。
硅烷浸渍材料具有透气性, 基材内部潮气可畅通排出, 防水层不受破坏, 见图4。
3.2 硅烷浸渍材料的种类
3.2.1 按成分分类
按硅烷的主要成分, 可将硅烷浸渍产品分为烷基烷氧基硅烷和烯烃基烷氧基硅烷。一般而言, 烷基烷氧基硅烷类应用较多, 其主要产品有异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异辛基烯三甲氧基硅烷、异辛基烯三乙氧基硅烷。
目前, 关于异丁基与异辛基硅烷的优劣争议仍较大, 有人认为异丁基三乙氧基硅烷或正丁基三乙氧基硅烷性能更好, 因为它具有优异的憎水性, 在抗碱性条件下可达到最大渗透深度 (DOP) ;相比之下, 带较长基团 (辛基) 的硅烷表面凝珠效果虽然良好, 但在非常致密的高强混凝土中的DOP较小。但是异辛基硅烷的粒径也仅仅为1~10 nm, 完全能满足渗透效果, 而且由于异辛基硅烷具有较长的基团, 其稳定性更好, 经反应缩合后的有效成分含量应该高于异丁基硅烷。两者目前在工程应用中尚未能得出孰优孰劣的结论, 需要更多的试验研究及工程应用来论证。
3.2.2 按形态分类
按照形态的不同, 硅烷浸渍产品主要有溶液状、乳液状、膏体、凝胶和干粉状等诸多形态。据资料显示, 传统液态的硅烷产品黏度低, 容易挥发, 在顶面及立面施工时有效成分会大量流失;为克服这些弊病开发出了膏体以及凝胶状硅烷产品, 由高固含量硅烷乳化而成的膏体以及凝胶状硅烷在顶面及立面施工时具有更好的防水效果, 它们不易挥发且施工方便, 还可以减少硅烷的损耗量。但在水平面上施工, 液态硅烷和膏体以及凝胶状硅烷应用差别不大, 可以发挥同等效果的防护作用。
3.3 硅烷浸渍在混凝土桥梁防护中的作用
硅烷浸渍在混凝土桥梁防护方面的作用如下[6]:
1) 中性化作用是空气中的酸性物质与混凝土中的碱性物质反应, 使混凝土内部p H降低, 导致钢筋钝化膜破坏而引起腐蚀。水在中性化反应过程中起着关键的作用, 通过采用硅烷浸渍材料能明显降低混凝土的吸水率, 从而有效抑制中性化作用。
2) 干缩裂缝是混凝土内部水分损失所致。在内外湿度梯度的作用下, 混凝土内外湿度差异所致的不协调干缩变形会导致应力的产生, 引起开裂。硅烷浸渍材料可以减少混凝土内部水分的迁移, 填充部分失去水分后的毛细孔, 减少干缩应力, 防止干缩裂缝的出现。
3) 硅烷浸渍材料在混凝土表面和毛细孔内壁形成特殊防水结构, 可使混凝土内部的湿度逐渐降低, 从而防止或减少碱-骨料反应对混凝土结构造成的损害。
4) 氯离子是引起桥梁混凝土结构腐蚀的原因之一, 硅烷浸渍材料能够降低90%以上的氯离子吸收率, 从而起到防腐的作用。
5) 硅烷浸渍材料形成的防水结构, 使混凝土内部与潮湿环境隔离, 从而防止混凝土内部形成饱和水状态, 减轻冻融破坏。
3.4 硅烷浸渍材料常用施工工艺
硅烷浸渍材料可用密封喷枪、滚筒或刷子等进行施工。如使用刷子或滚筒施工, 应当重复涂抹, 直到表面润湿;如使用密封喷枪, 喷涂设备应为不断循环的泵送系统。施工时其他注意事项如下:
1) 混凝土基层应坚实、平整。若有蜂窝、麻面、开裂、酥松等缺陷, 则应事先修补好。基层应清除干净, 去除积水、污迹、油渍、灰皮、浮渣等;为使硅烷浸渍材料能最大程度地渗透到混凝土内部, 施工时基层表面应干燥。
2) 当混凝土采用脱模剂或养护剂时, 应按有关规定, 通过喷涂试验确定脱模剂或养护剂对硅烷浸渍效果的影响。如影响较大, 则应在硅烷浸渍材料施工前, 将脱模剂或养护剂充分清除。
3) 硅烷浸渍材料最好在干燥的混凝土表面施工, 如在水位变动区施工时, 应在水落到最低潮位、混凝土表面看不到明水时施工, 并能保证有3~6 h的干燥期使得硅烷被混凝土充分吸收。下雨、有强风或强烈阳光直射时不得施工。
4) 施工应连续实施, 一次施工或分两次施工。分两次施工间隔至少为6 h。
3.5 硅烷浸渍材料与传统成膜涂层的性能对比
渗透型的硅烷浸渍材料与传统成膜涂层的性能对比见表1。
3.6 硅烷浸渍与传统成膜涂层施工工艺对比
成膜涂层施工工艺一般为:喷涂1道封闭底漆, 喷涂2道中间漆, 每道80~150 um, 最后喷涂2道面漆, 每道40~50 um。硅烷浸渍材料的施工工艺一般为喷涂或者辊涂2道硅烷浸渍剂、膏, 每次用量约为150 g/m2, 具体用量依据现场检测情况。两者的详细对比见表2。
4 结语
硅烷浸渍材料性能优越且绿色环保, 将其应用在混凝土桥梁防护中, 对于延长混凝土桥梁的使用寿命、减少维修次数和费用有着重要的作用。
参考文献
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硅烷浸渍技术 篇4
1 工程概况
长山大桥位于大连市长海县, 是目前国内最大跨径的预应力混凝土矮塔斜拉桥, 是东北地区第一座真正意义上的跨海大桥, 是连接长山群岛中的第一座连岛大桥。大桥全长1790m, 主桥跨径组合为 (140+260+140) m, 全宽23m, 桥面以上塔高37.4m, 桥下通航净空27.4m。引桥跨径布置为25×50m, 全宽21m, 采用移动模架逐孔现浇。主通航孔可以满足1000t级船舶双向通航, 副通航孔可以满足1000t级船舶单向通航。长山大桥横跨长山东水道, 连接大、小长山岛, 地处北方冰冻海域, 外海孤岛施工, 受潮汐、台风、大雾、严寒等影响极大, 受强腐蚀海水和北方冬季影响极大, 对桥梁混凝土防腐蚀要求极高。
2 气候环境特点
(1) 大连地区是暖温带半湿润的季风气候兼有海洋性的气候特点。本区处于北半球中纬度地带, 所受太阳辐射一年四季比较大, 大气环流以西风带和副热带系统为主, 再加上一面依山、三面靠海的地理环境影响, 所以本区的气候特点是:四季分明、气候温和、空气湿润、降水集中、季风明显、风力较大。年平均气温为8~11℃, 自南向北降低, 是我国东北地区最温暖的地区。8月最热, 1月最冷。年降水量为550~1000mm, 自西南向东北递增。降水中心位于庄河市北部山区。降水四季分布不均, 60%~70%的降水集中在夏季。本区处于东亚季风范围, 夏半年盛行偏南风, 冬半年盛行偏北风, 年平均风速3~6m/t, 是我国东北地区风速较大的地区之一。
(2) 大长山岛是长山群岛中最大的岛屿, 年均气温在9.8~10.8℃之间, 海域水温最低在2月份为0℃, 最高在8月份为23.9℃。长山群岛北部海域为低盐区, 南部海域为高盐区, 大小长山岛一北一南纵贯高低盐区, 水域情况较为复杂。群岛均属规则半日潮, 潮汐流速平均为2m/s, 年平均降水量625~664.7mm, 7、8月降水量集中。平均风速5.6m/s, 最大风速25m/s。8月份为台风多发季节。3~6月多海雾。无霜期217.1d。
3 腐蚀环境分析
对于构造物耐久性研究来说, 构造物所处的腐蚀环境或者微腐蚀环境的判定是进行耐久性设计和选择耐久性处理方法的前提条件。2007年实施的交通行业标准JT/T695—2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》中对腐蚀环境的划分是结合了国内外相关标准进行环境归类和划分的, 根据该标准, 长山大桥墩身所处大气环境为海洋大气环境, 混凝土大气区所属环境属于强腐蚀“Ⅲ-2”型, 分级标准见表1。
注:1.某些特殊腐蚀环境和交叉腐蚀负荷作用下, 腐蚀加剧。2.海洋大气环境下, 随湿度、温度的增大, 腐蚀加剧。
4 防腐方案
根据腐蚀类型和等级, 为保证混凝土耐久性, 拟采用硅烷浸渍与复合防腐涂层联合使用的方案, 详见表2。
5 未采用硅烷浸渍的防腐涂层试验
5.1 未采用硅烷浸渍, 防腐涂层采用体系1和体系2
5.2 体系1试验 (采用面层1作为面漆体系的涂层)
(1) 清洁待涂混凝土表面, 彻底除去混凝土表面上的不牢灰浆、尖角、碎屑、油污等污染物及其它松散附着物。
(2) 涂环氧封闭漆一道约50μm, 使用前首先使用电动搅拌工具将组份A搅拌均匀, 其配比为100/25, 再将组份A和组份B按照比例混合, 使用电动工具搅拌均匀并熟化30min。封闭漆实干后对混凝土表面气孔、蜂窝和缺陷等, 使用环氧腻子修补平整, 确保涂层的光滑连续。
(3) 涂封闭漆24h后, 涂环氧厚浆漆两道200μm, 每道间隔4~6 h, 使用前首先使用电动搅拌工具将组份A搅拌均匀, 其配比为100/20, 再将组份A和组份B按照比例混合, 使用电动工具搅拌均匀并熟化5~10min。使用期不能超过2h (23℃) 。
(4) 涂中间漆24h后, 涂丙烯酸聚氨酯面漆两道80μm, 每道间隔4~6h, 使用前首先使用电动搅拌工具将组份A搅拌均匀, 其配比为100/15, 再将组份A和组份B按照比例混合, 使用电动工具搅拌均匀并熟化30min。使用期不能超过6~8h (23℃) 。漆膜经7d养护后进行试验, 试验结果见表3。
5.3 体系2试验 (采用面层2为面漆体系的涂层)
(1) 涂装环氧封闭漆和环氧厚浆漆操作方法同体系1步骤。
(2) 涂装中间漆24h后, 涂装丙烯酸聚氨酯面漆一道40μm, 使用前首先使用电动搅拌工具将组份A搅拌均匀, 其配比100/15, 再将组份A和组份B按照比例混合, 使用电动工具搅拌均匀并熟化30min。间隔4~6h后涂氟碳面漆一道40μm, 漆膜经7d养护后进行试验, 试验结果见表4。
6 采用硅烷浸渍的防腐涂层试验
6.1 采用硅烷浸渍的防腐涂层方案
6.2 体系3试验 (硅烷+环氧封闭漆涂层)
涂异丁烯三乙氧基硅烷一道浸渍深度2~3mm, 间隔4h涂环氧封闭漆50μm, 养护7d, 期间异丁烯三乙氧基硅烷不能沾水, 试验结果见表6。
6.3 体系4试验 (硅烷+湿固化环氧封闭漆涂层)
操作方法同上, 试验结果见表7。
7 硅烷浸渍、环氧底漆抗渗透性试验
将水分别滴在涂有硅烷浸渍剂、环氧底漆和无任何防护涂层的混凝土样板, 各个样板的渗水情况见图1~图3。
从上述试验可以看出异丁烯三乙氧基硅烷和环氧底漆均具有憎水效果, 抗水渗透的能力很强, 根据国外工程使用经验, 硅烷憎水效果可达15年以上, 环氧底漆长期抗渗透效果也不会发生变化。而无任何防护涂层的混凝土, 水珠在混凝土基材表面很快渗透到基材里面。
8 结论
未采用硅烷浸渍的体系1和体系2涂层, 附着力达到3MPa以上;采用硅烷浸渍的体系3和体系4涂层, 附着力达到2MPa以上;均高于《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 (JTJ 275-2000) 中不小于1.5MPa的标准。
硅烷浸渍剂和环氧封闭漆涂层均具有一定的憎水效果, 联合使用时将具有极强的抗水渗透能力, 并起到双层保护的作用。
硅烷浸渍技术 篇5
1 实验部分
1.1 原料
烷氧基硅烷(工业级);乳化剂(工业级);其他助剂;去离子水。
1.2 选材及制备
具有长期稳定性的硅烷膏体浸渍剂的研制,关键在于乳化体系的选择及合适的配方工艺。
主体原料硅烷的选择以烷基碳数6～10为佳。烷基碳数小于6时,硅烷极易挥发,且烷基碳数太小屏蔽作用不够明显,导致烷氧基水解剧烈,水解后易发生缩合作用,在水中存在非常困难;而烷基碳数太大,分子量过大,对基材的渗透能力会变差,本文选择的烷基碳数为6～10。若采用甲氧基封端的硅烷,则在碱性条件下稳定性差,使用时在基材表面很快结合或架桥,对渗透不利,同时在水中稳定性不好,难以保存[3,4,5];采用乙氧基封端的硅烷,理论上碳数在1～4均可;采用丙氧基及以上烷氧基封端的硅烷,虽稳定性尚可,但在基材表面的渗透速度太慢[6],与基材结合也慢,所以选用乙氧基封端的硅烷最佳。
将水与乳化剂混合,在高速搅拌机上搅拌数分钟,随后将一定配比的烷氧基硅烷在一定转速下加入至水相中混合均匀,然后提至高转速乳化约30 min,最后低速继续搅拌直至得到硅烷膏体产品。
1.3 实验设计
1)固定原料配比,以不同的乳化剂(单一的或复配的)体系对硅烷进行乳化实验,测试所得膏体硅烷的稳定性,确定合适的乳化剂体系。
2)固定原料配比及乳化剂体系,通过不同的工艺及设备对硅烷进行乳化,测试所得膏体硅烷的稳定性,通过产品的稳定性数据确定合适的乳化工艺。
3)固定乳化剂体系及乳化工艺,以不同的乳化剂用量进行实验,测试所得膏体硅烷的防水性能,确定合适的乳化剂用量。
1.4 性能测试
1.4.1 稳定性测试
1)储存稳定性。取10 mL样品两份置于带塞的试管中,室温密封放置12周,观察(目测,下同)样品分层、漂油及沉淀的情况。
2)离心稳定性。取10 mL样品两份放入离心管中,置于电动离心机相对的两面,以3 000 r/min的速度离心30 min,取出离心管,观察样品分层、漂油及沉淀的情况。
3)热储存稳定性。取10 mL样品两份置于带塞的试管中,于45℃烘箱中放置14 d,观察样品分层、漂油及沉淀的情况。
1.4.2 活性组分含量测试
以气相色谱法测试样品中的活性组分含量。
1.4.3 吸水率
按JTJ 275—2000《海工工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求,制备混凝土块。混凝土块规格为70 mm×70 mm×70 mm,标准条件下养护28 d后,在养护好的混凝土块任一表面涂覆硅烷膏体,采用连续涂刷方式,使被涂表面饱和溢流。被涂表面为立面时,采用自上而下喷涂,使被涂立面至少有5 s保持“看上去是湿的”的状态;而顶面或底面上,都至少有5 s保持“看上去是湿的镜面”状态。每遍喷涂量为300mL/m2,喷涂两遍。两遍之间的间隔时间至少为6 h。
涂覆硅烷膏体的试件干燥养护7 d后,除硅烷浸渍面外,在其余各面及硅烷浸渍面上小于5 mm的周边均涂以无溶剂环氧涂料,在适当的容器底部放置多根直径100 mm的玻璃棒,将混凝土块的硅烷浸渍面朝下放在玻璃棒上,注入23℃的水,使水面在玻璃棒上1～2 mm,以5、10、30、60、120、140 min的时间间隔,分别取出混凝土块,称重后立即放回去,直到完成所有这些间隔时间的测试。计算得到吸水率值。
1.4.4 渗透深度
硅烷浸渍深度采用染料指示法进行测试。在最后一次喷涂后至少7 d后测试,具体试验方法参照JTJ275—2000的要求。
1.4.5 氯化物吸收量的降低效果
氯化物吸收量的降低效果参照JTJ 275—2000、JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》及相关标准的要求进行测试。
2 结果与讨论
2.1 乳化体系的选择
选取几种非离子乳化剂作为单组分乳化体系,并通过复配得到复合乳化剂。
首先固定硅烷与水的用量,加入0.5%的乳化剂,通过实验确定了合适的HLB值。并将不同HLB值的乳化剂进行复配,得到几组HLB值相同的复合乳化剂,在相同的原料配比及乳化工艺条件下,进行试验来确定最合适的乳化体系。试验结果列于表1。从表1中可以看出,仅配方5可得到离心稳定性和储存稳定性都较好的硅烷膏体产品,因此最终选择配方5作为试验用乳化剂,是两种醚类乳化剂的复配体系。
2.2 乳化工艺对产品稳定性的影响
乳化是使分子分散成热力学不稳定的分散状态,是一个吸能过程。在实际乳化过程中,乳化工艺不容易掌控,即使是同样的配方,但由于操作时温度、乳化时间、加料方式和搅拌条件等不同,得到的产品的稳定性等也会不同,甚至相差悬殊,因此在乳化过程中,需掌握好操作的细节,才能得到高质量的产品。
乳化工艺中除了两相的加入方式外,两相的混合方式也至关重要,乳化过程的混合方式主要有机械搅拌混合法、胶体磨混合法、超声波乳化器混合法和均质器混合法。本文采用了实验用机械搅拌器、高速分散机及乳化分散机进行乳化实验。其中,机械搅拌的分散性较差,每次滴加的硅烷需较长时间的强力搅拌才能完全形成乳化体。高速分散机与乳化分散机相比,采用前者制备出的膏体产品黏度较小。这主要是由于乳化分散机剪切效率较高,通过高速旋转的转子产生强劲的离心力将物料从径向甩入定转子之间狭窄细小的间隙中,物料同时受到离心挤压、撞击等多种作用力,能够充分乳化、均质、破碎、分散;而高速分散机在运转过程中,其分散盘下方的物料呈层流状态,主要通过不同流速的物料层相互扩散而起到分散作用,多适用于固-液体之间的搅拌分散。对于乳化而言,采用高速分散机比采用乳化分散机得到的乳化体粒径大,所以黏度偏低;相对的,采用乳化分散机得到的产品粒径小,粒径分布均匀,因此稳定性较好。
2.3 乳化剂用量对防水性能的影响
乳化剂在界面形成的吸附膜的强度,与乳化剂的浓度有关,当乳化剂的用量增大时,其在界面膜上吸附的单体的数量增多,表面张力下降得多,界面膜的强度相应增大,因此乳状液滴聚结过程中所受到的阻力增大,形成的乳液稳定性较好;但当乳化剂用量持续增大到临界胶束浓度时,再增大乳化剂的用量,表面张力变化很小,且本文制备的硅烷膏体为水包油型体系,亲水型乳化剂的大量使用会影响产品的防水性能,考虑到产品稳定性与防水性之间的平衡,乳化剂的用量存在一个最佳值。相同实验条件下,考察不同乳化剂用量对硅烷膏体产品稳定性及防水性的影响,结果见表2。
从表2中可以看出,当乳化剂用量小于0.2%时,产品不稳定,离心稳定性测试有漂油现象;当乳化剂用量大于0.3%时,产品的防水效果明显减弱。因此,为了取得稳定性与防水性之间的平衡,本文中选择乳化剂用量为0.2%。
2.4 性能指标
用气相色谱法测得硅烷膏体产品的活性组分含量约为80%,表明乳化过程中硅烷单体乳化效果很好,几乎全部形成了水包油的乳化体系,硅烷损失较小,能充分发挥其较强的渗透能力及防水防腐性能。参照标准JTJ 275—2000制备的硅烷膏体防水浸渍剂,其性能测试结果见表3。
从表3中可以看出,本文所制备的硅烷膏体防水浸渍剂的性能已达到相关标准的要求。
3 结语
本文制备了一种具有良好防水效果、长期储存稳定的硅烷膏体防水浸渍剂,通过乳化剂的复配使用和膏体稳定性的研究,确定了最合适的乳化体系为两种醚类乳化剂的复配体系,乳化剂的用量为0.2%,本文制备的硅烷膏体防水浸渍剂满足标准JTJ 275—2000的所有性能指标要求。
目前,已有研究多数局限于单一硅烷乳化剂的应用研究上,复合硅烷及浸渍与成膜共存的有机硅防水产品仍需继续摸索和深入研究,以期得到经济高效、应用更广的产品。
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