付长涛 宇富生

我国现阶段正处于大规模建设阶段,混凝土和钢筋混凝土是建设中最主要的材料。混凝土常因耐久性不足而影响建筑物的使用寿命。影响混凝土耐久性一个很大因素就是水分的侵入。水分的侵入是混凝土碳化、硫酸盐腐蚀、氯盐对钢筋腐蚀的必要条件。水作为运输载体,把溶于水中的CO2,SO2,SO2+4,Cl-带入混凝土中,对混凝土造成腐蚀破坏。同时,水分的侵入使胶结体Ca(OH)2和CSH-gel溶解,严重影响混凝土的耐久性。因此,对混凝土进行防水处理以提高混凝土的抗渗性是提高耐久性的有效方法。

有机硅防水剂是一种理想的防水剂,它不仅有良好的防水性,而且具有良好的耐酸、耐碱、耐高温性,还具有良好的防污性,能防止混凝土土壤化。

1 有机硅防水剂的作用机理

有机硅防水剂是斥水性防水剂。当有机硅防水剂硅基基材表面时,在毛细管的毛细作用下渗入基材内部。有机硅分子与基材中的硅醇基发生脱水反应,在基材表面和毛细孔表面形成定向排列有机硅氧烷增水膜。这种增水膜有几个纳米厚,不影响混凝土的外观,能阻止基材毛细管对水的毛细作用,从而阻止了水分的侵入。同时又不堵塞毛细管,使混凝土保持良好的通气性。

2 有机硅防水剂的种类及特点

2.1 水溶性有机硅防水剂

水溶性有机硅防水剂是一种以水为介质,有机挥发物低的环保型防水材料。主要有烷基硅酸盐、烷基硅氧烷硅烷、高沸硅醇盐、聚烷基羟基硅氧烷等。

2.1.1 烷基硅酸盐

烷基硅酸盐包括甲基硅酸钠(钾)、乙基硅酸钠(钾)等。其中,甲基硅酸盐最为普遍使用,它是第一代有机硅防水剂,为无色或淡黄色透明液,呈碱性,pH=12～14,为小分子水溶性聚合物。甲基硅酸盐硅基基材表面与大气中的CO2反应生成甲基硅酸,甲基硅酸中的羟基与硅基基材中羟基产生脱水反应,甲基硅酸中的羟基之间也发生脱水反应形成表面带有烷基的增水膜。此增水膜使水与基材表面和毛细管表面的接触角为100°～130°以上,水分无法渗入。同时又没有堵塞毛细管,水气可以自由出入,使基材保持良好的“呼吸性”。

烷基硅酸盐的憎水性在一定范围内随烷基碳数的增加而增加。乙基硅酸钠7 h吸水率仅为甲基硅酸钠的1/14。而烷基中的碳数过大时,吸水率反而有所增加。烷基的碳数增加,增加了增水膜的厚度,从而提高了基材的抗渗性。而当烷基的碳数过大时使烷基硅酸盐的渗透能力降低,和基材结合能力下降,进而造成憎水能力下降。

烷基硅酸盐防水剂的优点是价格便宜、使用方便,缺点是与CO2反应慢,需24 h才能固化。由于使用的防水剂在一定时间内仍是水溶性,因此易被雨水冲刷掉。此外,甲基硅酸盐对于含有铁盐的石灰石、大理石会产生黄色的铁锈斑点,因此不能用于处理含有铁盐的大理石,也不能用来使已具有憎水性的材料作进一步的处理。

2.1.2 烷基烷氧基硅烷

烷基烷氧基硅烷是近年来发展比较迅速的有机硅防水剂,是低挥发、环保型的斥水性防水剂。其典型分子结构式如下:

其中,R*为非活性基烷基,碳数4～10为佳,碳数过小时,硅烷易挥发,烷基过大时,硅烷的渗透能力差。烷氧基碳数1～4均可,但甲氧基在碱性条件下稳定性差,易与基材结合,影响渗透能力。德国wacker公司研发的SIL RESBS 1701有机硅防水剂主要成分为辛基三乙氧基硅烷,其分子结构式为:

当其浓度为 100%时,基材的渗透深度可达到 6 mm～12 mm;当浓度为40%时,渗透深度为 4 mm～5 mm;而浓度仅为5%时,渗透深度也能达到1 mm～2 mm。烷基烷氧基硅烷是目前国外普遍采用的防水剂,由于技术空白,在国内尚未得到推广。烷基烷氧基硅烷与烷基硅酸盐相比,有明显的优越性:1)与基材反应迅速,适应环境能力强,不易被雨水冲洗掉。2)应用面广,可用于各种硅基基材,不会出现烷基硅酸盐的“泛碱”“铁锈斑”现象。3)渗透能力强,斥水效果好。4)耐久性、耐酸碱性好。

2.2 溶剂型有机硅防水剂

溶剂型有机硅防水剂多为聚甲基三乙氧基硅烷树脂、含氢聚硅氧烷等,溶剂多选用醇类溶剂。其分子结构式如下:

聚甲基三乙氧基硅烷树脂呈中性,其与硅基基材反应原理与烷基烷氧基硅烷相同。但防水效果明显优于烷基硅氧烷单体。相同条件下,其吸水率仅为烷基硅氧烷单体的1/2;掺入使用时其对混凝土的缓凝作用与其单体相比也大大降低;而且其稳定性也明显优于其单体。

含氢聚硅氧烷中含有活性很高的Si—H键,它能与硅基基材中的Si—OH键反应,脱出H2,生成末端带有烷基的憎水膜。由于反应生成氢气而发泡,不易掺入混凝土使用。

溶剂型有机硅防水剂与烷基硅酸盐相比,受外部环境影响较小,但是由于其溶剂挥发造成环境污染、易燃,因此,其应用受到一定的限制。

2.3 乳液型有机硅防水剂

乳液型有机硅防水剂为加入适量催化剂和助剂的纯有机硅防水剂或改性有机硅防水剂经乳化剂乳化制得。乳化剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型三种。不同乳化剂的选择对有机硅防水剂的稳定性影响很大,从而影响了其防水性能。应根据有机硅自身结构特点选用乳化剂,有的适合两种乳化剂复合使用。

乳液型有机硅防水剂的种类很多,包括甲基含氢硅油乳液、羟基硅油乳液、烷基烷氧基硅烷乳液等,也包括改性有机硅乳液。

3 结语

随着资源的不断短缺,建筑物的耐久性被人们广为关注。而混凝土的抗渗防水性是有关耐久性最重要的方面,它对混凝土抗碳化、抗冻性、抗离子腐蚀,都有十分重要的影响。因此,提高混凝土的抗渗防水性,就能大幅度提高混凝土的耐久性。有机硅防水剂是混凝土相对理想的防水剂,是混凝土的“透气”型防水剂。

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