张志增，李松凡，2，张云鹏，李 芳

（1.中原工学院 建筑工程学院，河南郑州 450007；2.郑州亚新房地产开发有限公司，河南郑洲 450018；3.玉溪市江通高速公路有限公司，云南玉溪 653100）

0 引言

混凝土的应用至今已有几百年的历史，早期由于水泥和混凝土的质量较差，同时设计计算理论也不够完善，其发展比较缓慢，直到19世纪末，各种试验、理论、材料及施工技术等都有了极大地改善，钢筋混凝土结构也在这段时间里开始应用于建筑工程中。自20世纪中叶以来，发展中国家经济发展迅猛，世界范围内人口急剧增加，更进一步推动了钢筋混凝土结构建筑的迅猛发展，如今，钢筋混凝土结构以其独特的特点，已经成为世界上绝大多数建筑的首选［1-2］。

然而现实中钢筋混凝土结构因耐久性问题过早损坏的情况非常严峻，曾经震惊世界的美国桥梁桥面损坏事件中发现，数以十万计的混凝土桥梁面板，其中许多在不到20 a的时间里就出现了各种问题，根本达不到设计规定的寿命要求［3］。大量的钢筋混凝土结构过早地出现各种劣化引起了世界范围内对混凝土耐久性的关注［4-5］。尽管如此，由于钢筋混凝土结构材料本身的特殊性，各种各样的耐久性问题依然层出不穷，形势十分严峻。

目前针对已经成型的混凝土，越来越多的工程采用涂刷清水混凝土保护剂的方法来进行外保护，以增强其耐久性，清水混凝土保护剂的种类繁多，大量的工程实践已经证明了各种保护剂均能对混凝土耐久性产生有益影响，但是缺乏足够的数据证明每种保护剂的具体性能，从而制约了清水混凝土保护剂的进一步发展，所以开展清水混凝土保护剂的性能评价十分有必要。

1 试验原材料准备

1.1 混凝土原材料

本研究所用水泥为郑州天瑞水泥有限公司的P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，其性能指标见表1。河砂：表观密度2 600 kg/m3，堆积密度1 580 kg/m3，细度模数2.48，含泥量5.3%。碎石：5～20 mm连续级配，表观密度2 890 kg/m3，堆积密度1 600 kg/m3，吸水率1.9%。外加剂：德国西卡牌减水剂，主要成分为聚羧酸盐，减水率30%。

表1 P.O 42.5级普通硅酸盐水泥的性能指标Table 1 The performance index of P.O 42.5 ordinary portland cement

1.2 配合比设计

参考《普通混凝土配合比设计规程》，混凝土强度按C40配制，水灰比为0.5，经过多次适配得到具体配合比，见表2。

表2 混凝土配合比 kg/m3Table 2 The mix proportions of concrete

1.3 清水混凝土保护剂

清水混凝土保护剂体系通常包括底漆、中间漆和面漆，由于中间漆的主要作用是调整色差和更好地衔接底漆和面漆，对混凝土耐久性本身提升不大，故本研究仅采用底漆加面漆的组合，所有试块涂刷均为底漆两层和面漆两层。对市场上应用较广泛的清水混凝土保护剂体系进行调研后，最终遴选了如下体系：

丙烯酸类清水混凝土保护剂体系：采用QD丙烯酸树脂透明保护剂底漆和QD丙烯酸树脂透明保护剂面漆。

有机硅类清水混凝土保护剂体系：采用LB有机硅清水混凝土保护剂底漆和LB有机硅清水混凝土保护剂面漆。

氟碳类清水混凝土保护剂体系：采用QD氟碳树脂透明保护剂底漆和QD氟碳树脂透明保护剂面漆。

2 混凝土耐久性试验方法及结果分析

2.1 试验方法

混凝土的吸水率试验参照JC/T 902—2002《建筑表面用有机硅防水剂》进行；碳化试验参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行；氯离子渗透性采用浓度5%的NaCl溶液，通过浸泡法进行测定。

2.2 吸水率试验结果分析

将静置完毕的涂层混凝土试件放入容器中开始吸水试验，分别在0、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h、48 h时取出试件，擦干进行称重处理，试验结果如图1所示。

图1 混凝土吸水率的测定结果Figure 1 Test results of water absorption of concrete

由图1可以见，所有混凝土试件在浸水8 h时的吸水率均基本趋于饱和，之后随着浸水时间的延长，吸水率的增长速率放缓，涂刷清水混凝土保护剂体系后，均有效降低了混凝土的吸水率。当浸水时间达到48 h时，涂刷氟碳类、有机硅类和丙烯酸类清水混凝土保护剂体系的混凝土试件的吸水率分别比基准试件下降了78.9%、67.0%和45.1%，即氟碳类保护剂体系防水效果最好，有机硅类保护剂体系效果次之，丙烯酸类保护剂体系防水效果最差。其主要原因是氟碳类清水混凝土保护剂本身性能优越，涂膜致密性远高于丙烯酸类清水混凝土保护剂，从而可以有效阻止水分的侵入，而有机硅类清水混凝土保护剂本质上为硅烷，硅烷可以渗透到混凝土内部与水发生水解反应从而在混凝土表面和内部形成一层以Si—O—Si为主链的憎水层，可以有效地阻止水分的侵入，具备较好的防水效果。

2.3 碳化试验结果分析

将静置完毕的涂层混凝土试件放入碳化试验箱中，分别在碳化3 d、7 d、14 d、28 d、56 d时，取出试件破型，测定其碳化深度，试验结果见图2。

由图2可见，混凝土试件的碳化深度随着碳化时间的延长而增加，所选3种清水混凝土保护剂体系均能显著降低混凝土的碳化深度。当碳化龄期达到56 d时，涂刷氟碳类、有机硅类和丙烯酸类清水混凝土保护剂体系的混凝土试件的碳化深度分别比基准试件下降了65.3%、46.9%和20.4%，其中氟碳类清水混凝土保护剂体系抗碳化效果最好，有机硅类清水混凝土保护剂体系抗碳化效果次之，丙烯酸类清水混凝土保护剂体系抗碳化效果最差。主要原因是氟碳类和丙烯酸类清水混凝土保护剂体系均为表面成膜类保护剂，氟碳类清水混凝土保护剂的成膜致密性远高于丙烯酸类保护剂，可以有效阻止气体及水分进入混凝土内部，从而大大降低CO2的碳化作用，故防碳化效果最好，而有机硅类清水混凝土保护剂由于其在混凝土表面及内部生成的憎水层具备较好的防水效果和一定的抗碳化能力，所以其抗碳化能力同样强于丙烯酸类清水混凝土保护剂。

图2 混凝土的碳化深度Figure 2 The carbonization depth of concrete

2.4 氯离子渗透性试验结果分析

将静置完毕的混凝土试件放入容器中，倒入浓度5%的NaCl溶液浸泡，分别在30 d和60 d时取出试件，经0.1 mol/L的AgNO3溶液显色后得到的结果如图3所示（为保证溶液浓度，每20 d更换一次溶液）。

图3 混凝土的氯离子渗透深度Figure 3 Chloride ion penetration depth of concrete

由图3可见，浸泡天数为30 d和60 d时，3种清水混凝土保护剂体系均降低了混凝土中氯离子的渗透深度。当浸泡天数为60 d时，涂刷氟碳类、有机硅类和丙烯酸类清水混凝土保护剂体系的混凝土试件的氯离子渗透深度对比基准试件分别降低了47.3%、44.1%和31.2%，其中有机硅类和氟碳类清水混凝土保护剂体系效果较好且彼此相差不大，丙烯酸类清水混凝土保护剂体系效果稍差。主要原因是，涂刷道数较少时，有机硅类清水混凝土保护剂由于其渗透性的特点不容易被破坏，较好地保护了混凝土免受氯离子的侵蚀，而氟碳类和丙烯酸类清水混凝土保护剂为表面成膜类保护剂，涂刷道数较少时容易被破坏导致效果下降。

3 结语

（1） 3种清水混凝土保护剂体系均能显著降低混凝土的吸水率，其中氟碳类清水混凝土保护剂体系防水效果最好，有机硅类清水混凝土保护剂体系防水效果次之，丙烯酸类清水混凝土保护剂体系防水效果最差。

（2） 3种清水混凝土保护剂体系均能有效延缓混凝土的碳化速度，降低混凝土的碳化深度，其中氟碳类清水混凝土保护剂体系抗碳化效果最好，有机硅类清水混凝土保护剂体系抗碳化效果次之，丙烯酸类清水混凝土保护剂体系抗碳化效果最差。

（3） 3种清水混凝土保护剂体系均有效降低了混凝土中氯离子的渗透深度，其中有机硅类和氟碳类清水混凝土保护剂体系效果较好且相差不大，丙烯酸类清水混凝土保护剂体系效果较差。

综上所述，3种清水混凝土保护剂体系均能有效提升混凝土的耐久性，与丙烯酸类清水混凝土保护剂体系相比，有机硅类和氟碳类清水混凝土保护剂体系效果更好，但是由于技术的局限性和造价等因素的影响，大多数工程还是采用价格更为便宜的丙烯酸类清水混凝土保护剂体系，效果更好的有机硅类和氟碳类清水混凝土保护剂体系并未得到大范围推广。