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有机硅浸渍防水剂在混凝土结构保护中的应用发布时间：2010-07-23 | 发布人：中国防水企业网 | 点击次数：84次1 混凝土保护道路桥梁建设的百年大计1.1 上海中环线混凝土结构保护措施简介 上海市中环路贯穿浦西浦东，介于内环和外环之间，全长72km，8车道宽，时速80 km的城市快速道路，是构成沪嘉高速中环路翔阴路隧道五洲大道沪崇高速交通大动脉的部分。图1.1为中环线航拍效果图。设置在中环路两侧及往返行车方向的中间隔离带,几何尺寸为上底200mm,下底480mm，高800mm的不等边梯形，采用C40钢筋混凝土结构，保护层厚度为2030mm。驾车行驶在已经竣工三年多的上海中环线浦西段，防撞墙、隔离带混凝土结构的表面处理与以往的做法明显不同，本色混凝土经过了化学处理，变成了“不吸水”的结构。图1.21.4为惠邦公司中环线施工过程以及施工后效果图。1.2 全国首个大规模采用有机硅浸渍保护混凝土结构的市政项目 上海中环线浦西段防撞墙混凝土结构采用有机硅浸渍涂装保护体系，是上海市一位领导带队考察国外市政系统后受到启发，最先提议使用的。在这之前九十年代上海市政系统在市区出于道路景观的考虑，采用德国品牌的合成树脂高档水性涂料做了饰面处理。延安路高架、南北高架、沪闵高架路、轻轨三号线等地段高架桥身桥柱都刷了黄色、灰色的涂料。总体上说这些涂料质量都很不错，除了市区难以避免的大气污染，黄色的高架桥身上随处可见一条条黑色“雨筋”大煞风景，较严重的涂料起皮、脱落、褪色的现象只在个别路段看到。涂料装饰把混凝土表面毛细孔有效封闭，同样也起到了结构保护的作用。 也许彩色涂料大气污染带来的遗憾让上海市政系统领导层下决心尝试其他的涂装保护系统。开工建设后不久，中环线建设指挥部在市领导提议下，酝酿采用国外“清水混凝土”的涂装保护做法。技术论证后发现，真正的“清水混凝土”是一种复合涂层做法，需要对结构做精细的修补，造价比较昂贵、工期也很长，这样精细的涂装不适合在中环路大面积采用。而造价经济、施工快捷的有机硅浸渍处理，不改变混凝土外观，也有“清水混凝土”类似的效果而被指挥部采纳。中环线有机硅浸渍处理采用公开招投标办法，在2004年下半年开始，2005年元月3日开标，上海惠邦特种涂料有限公司的有机硅浸渍防水剂捷邦125以技术标商务标综合得分第一名中标。 拿到中标通知书，立即进场。为赶在元月31日通车前完成，我们组织了近百施工人员日夜赶工，在不到20天的时间完成了汶水路9.8Km试验段施工任务。因采用捷邦125处理后的混凝土表面憎水效果十分明显，达到了预定目标，经指挥部会议决定，将施工范围扩大到中环线浦西段全线总计38Km全部防撞墙、隔离带混凝土内外侧，处理面积达36万m2。浦西段主体工程在2005年、2006年即告完工，收尾工程直到今年还未结束。 能够中标中环线，是由于惠邦公司较早地介入了上海市政系统混凝土耐久性保护的研究工作，2002年与上海市政工程研究院签约，合作完成了“路桥混凝土防碳化措施”的课题研究；2003年开始与同济大学材料工程学院签约参与了“盐渍土环境路桥混凝土结构抗硫酸盐涂层”的课题研究。两项课题研究总计投入了数十万元，也得到了上海市科委科研基金的无偿拨款。因此，对于总长72Km的上海中环线保护涂装这样的大商机，惠邦公司属于“做好了准备”的人。 据了解这样大规模采用有机硅浸渍防水剂处理市政设施的混凝土结构表面，在全国还属首次，因而具有一定的示范作用。这种保护措施也被纳入了国家的应用技术规范。2006年交通部颁布了道路混凝土结构防腐蚀技术规范（JTG/TB07-01-2006）。标志着我国市政基础设施道路桥梁的混凝土结构保护问题，已经成为一项主要措施。1.2 全国首个大规模采用有机硅浸渍保护混凝土结构的市政项目 上海中环线浦西段防撞墙混凝土结构采用有机硅浸渍涂装保护体系，是上海市一位领导带队考察国外市政系统后受到启发，最先提议使用的。在这之前九十年代上海市政系统在市区出于道路景观的考虑，采用德国品牌的合成树脂高档水性涂料做了饰面处理。延安路高架、南北高架、沪闵高架路、轻轨三号线等地段高架桥身桥柱都刷了黄色、灰色的涂料。总体上说这些涂料质量都很不错，除了市区难以避免的大气污染，黄色的高架桥身上随处可见一条条黑色“雨筋”大煞风景，较严重的涂料起皮、脱落、褪色的现象只在个别路段看到。涂料装饰把混凝土表面毛细孔有效封闭，同样也起到了结构保护的作用。 也许彩色涂料大气污染带来的遗憾让上海市政系统领导层下决心尝试其他的涂装保护系统。开工建设后不久，中环线建设指挥部在市领导提议下，酝酿采用国外“清水混凝土”的涂装保护做法。技术论证后发现，真正的“清水混凝土”是一种复合涂层做法，需要对结构做精细的修补，造价比较昂贵、工期也很长，这样精细的涂装不适合在中环路大面积采用。而造价经济、施工快捷的有机硅浸渍处理，不改变混凝土外观，也有“清水混凝土”类似的效果而被指挥部采纳。中环线有机硅浸渍处理采用公开招投标办法，在2004年下半年开始，2005年元月3日开标，上海惠邦特种涂料有限公司的有机硅浸渍防水剂捷邦125以技术标商务标综合得分第一名中标。 拿到中标通知书，立即进场。为赶在元月31日通车前完成，我们组织了近百施工人员日夜赶工，在不到20天的时间完成了汶水路9.8Km试验段施工任务。因采用捷邦125处理后的混凝土表面憎水效果十分明显，达到了预定目标，经指挥部会议决定，将施工范围扩大到中环线浦西段全线总计38Km全部防撞墙、隔离带混凝土内外侧，处理面积达36万m2。浦西段主体工程在2005年、2006年即告完工，收尾工程直到今年还未结束。 能够中标中环线，是由于惠邦公司较早地介入了上海市政系统混凝土耐久性保护的研究工作，2002年与上海市政工程研究院签约，合作完成了“路桥混凝土防碳化措施”的课题研究；2003年开始与同济大学材料工程学院签约参与了“盐渍土环境路桥混凝土结构抗硫酸盐涂层”的课题研究。两项课题研究总计投入了数十万元，也得到了上海市科委科研基金的无偿拨款。因此，对于总长72Km的上海中环线保护涂装这样的大商机，惠邦公司属于“做好了准备”的人。 据了解这样大规模采用有机硅浸渍防水剂处理市政设施的混凝土结构表面，在全国还属首次，因而具有一定的示范作用。这种保护措施也被纳入了国家的应用技术规范。2006年交通部颁布了道路混凝土结构防腐蚀技术规范（JTG/TB07-01-2006）。标志着我国市政基础设施道路桥梁的混凝土结构保护问题，已经成为一项主要措施。1.3 路桥混凝土结构的腐蚀和防护 混凝土的腐蚀和防护是世界性的重大课题。中国腐蚀调查报告一书披露，我国的年腐蚀损失约为5000亿元，占GDP的6%，其中建筑腐蚀占40%（桥梁、公路和建筑物）。美国仅花在桥梁的腐蚀维修上的费用每年为750亿美元。英国每年因混凝土的腐蚀损害发生的维修费用也高达55亿英镑。近年来，随着建筑物的老化和环境污染的加重，钢筋混凝土结构的耐久性问题越来越受到业内外人士的关注。下面展示一些我们在实地拍摄的混凝土腐蚀状况的照片。在腐蚀环境和非腐蚀环境中，混凝土破坏的情况如图1.51.10所示。图1.11图1.13为三峡大坝坝体表面严重的微生物腐蚀损害的状况 以上图片是混凝土结构受到循环冻融、除冰盐、盐渍土、海工环境及微生物腐蚀的实景。腐蚀环境导致路桥混凝土结构在设计使用年限的早期即出现了暴石露筋、强度降低、功能下降以至不得不提前进行维修和加固的情况，耗费大量建设资金，并且不可避免地中断和影响交通。环境腐蚀对道路桥梁混凝土结构长期安全形成了严重的威胁。 即使处在轻度腐蚀的一般环境下，液体水分的侵入对于混凝土/矿物建材也存在很大的危害。主要有以下方面（1）吸水和失水的交替导致裂2有机硅浸渍防水的机理和特性2.1浸渍防水一种不改变基材外观的防水处理 这里提到的浸渍，不是一般意义上的“把物体浸没到液体之中”的含义。而是指将一种低粘度的化学剂涂布到吸水率高的矿物建材/混凝土基面上，渗透到一定的深度，由于这种化学剂固化后并未在混凝土表面形成致密的涂层，而是渗透浸渍到混凝土毛细孔内部，形成了水不能浸润的保护层，通过憎水实现防水。这种保护方法不改变基材外观的独到之处，引起了人们的关注。2.2两类不同机理的无色防水剂 最近好几个大型混凝土保护项目的招投标中出现了两类无色、不改变基材外观的防水剂，一类是有机硅浸渍防水剂，另一类是渗透结晶防水剂。这两种材料，都列入了交通部的道路混凝土结构防腐蚀技术规范“附加防腐蚀措施”中，上述两种材料的防水机理及性能对比见表2.1。表2.1 两种不同机理的防水剂对比序号项 目有机硅浸渍防水剂渗透结晶防水剂1防水机理大幅度降低毛细孔壁的表面张力砼表面憎水与砼结构中氢氧化钙反应生成晶体，堵塞微孔、毛细孔砼表面密实。2抗渗性毛细孔未被封闭，不能阻挡持续的压力水，不能提高砼结构的抗渗值。致密性没有提高对砼的抗渗性有一定提高，抗渗压力比为120%150%左右（CCCW最低为200%），可以提高砼结构的致密性。3吸水率降低性可大幅度降低基材表面对水的吸收值(80%96%)，有明显的水珠荷叶效应。可以降低表面吸水值（数据有待考证），但不能防止液体水的摊铺和润湿，无水珠荷叶效应。4对氯离子的抗御能力因液体不能润湿基材，渗透力超强的氯离子无法进入砼结构，抗氯离子能力强。因无法阻挡液体水对基面的摊铺和润湿，并存在一定的吸水性，因此阻隔氯离子的能力不如有机硅。5渗透深度取决于基材密实度并与有机硅种类、浓度有关。最高可超过10mm，钻孔取芯后可直观判定。取决于水泥基材密实度并与防水剂浓度有关，且在有水的条件下才能反应和渗透。渗透深度很难考证判定，须动用万倍电镜观察晶体.晶型。6适用范围较广，混凝土、砂浆及各类无机矿物建材均可较窄，在硅酸盐水泥混凝土建筑结构中效果明显，对粉煤灰等掺合料影响效果。7适用区域适用于地上建筑墙面、立面。头顶面涂布应采用喷涂或膏体。不适用有持续水压的地下建筑或可能积水的平顶屋面。适用于地下建筑抗渗要求不高的潮湿区域，干燥无水的建筑区域适用性差。不适合砼结构表面细微裂缝受荷载变形和温差变形较大的区域。例如屋面、墙面和地下室顶板。8防水机理的图示 此外关于有机硅浸渍防水剂与渗透结晶防水剂的性能特点，通过各方面性能客观地比较，各有千秋，不存在绝对的优劣高下，只有具体对象的适用性考虑，合适的就是最好的。2.3有机硅浸渍防水的机理拓展了防水材料的应用范围 有机硅浸渍防水剂由于具备不改变被处理基材外观的特点，且适用于各类无机矿物建材，极大地拓展了防水材料的应用范围，使许多需要进行防水处理，但同时色彩、光泽等观感效果不能改变的矿物建材有了新的选择，比如古建筑的保护，就要求修旧如旧，再比如很多天然大理石、花岗岩、不上釉的烧结砖、文化石、石膏板等都有它特别的装饰作用，建筑师绝不会接受采用油漆涂料解决这类材料的吸水问题。 道路桥梁混凝土结构的涂装、保护系统，必须适应大流量交通不中断的特点。不宜选用高沾污难清洗的涂装保护系统，也不宜选用在设计使用年限的早期就可能老化、起皮、褪色需要反复维修重涂的合成树脂涂料系统，这是市政设施与一般工业民用建筑有很大差异的地方，也是发达国家在道路桥梁混凝土设施的表面处理上大量采用有机硅浸渍防水剂，或采用“清水混凝土”体系的原因。 有机硅浸渍防水剂在混凝土表面无色无光，有效的避免了雨后或者在夜间车灯照射下，产生影响驾驶员视线的反光，提高了道路行驶安全系数。2.4适合于路桥混凝土结构保护的有机硅浸渍防水剂 并非所有有机硅浸渍防水剂都适合路桥混凝土结构的耐久性保护。选择时要考虑满足几个条件：一是路桥混凝土级配较高，比较致密。非小粒径、强渗透功能的有机硅根本进不去。二是路桥混凝土结构都在毫无遮挡的野外，防水剂必须具备抗御狂风暴雨击打的能力。三是道路桥梁设计使用年限大部分都是八十年至一百年，重涂维修不便防水剂本身必须有超强的耐老化性能。规范推荐的有机硅为辛基硅烷和丁基硅烷，就是考虑了路桥混凝土所处环境和防护要求的特点。 捷邦D-125主要成分为异辛基硅烷和硅氧烷。根据混凝土/矿物建材不同基材特点，根据混凝土不同级配以及渗透深度的要求，复配成为系列产品，可以满足规范的要求。用于路桥混凝土防护的主要产品型号为D-125C D-125D D-125G。产品适用的砼级配和主要的技术参数见表2.2、表2.3、表2.4。表2.2 D-125C 产品应用性能参数项 目标准要求及参数检测结果吸水率比经硅烷浸渍处理C45以下混凝土吸水率比应7.5%5%渗透深度经硅烷浸渍处理C45以下混凝土渗透深度3-4mm3.5mm耐碱性经硅烷浸渍C45以下混凝土在碱液浸泡后吸水率10%5.5%盐冰冻融循环经硅烷浸渍C45以下混凝土在除冰盐冻融试验中比未处理混凝土多20次22次表2.3 D-125D 产品应用性能参数项 目标准要求及参数检测结果吸水率比经硅烷浸渍处理C50以上混凝土吸水率比应7.5%5.5%渗透深度经硅烷浸渍处理C50以上混凝土渗透深度2-3mm2.5mm耐碱性经硅烷浸渍后混凝土在碱液浸泡后吸水率10%4.5%盐冰冻融循环经硅烷浸渍后混凝土在除冰盐冻融试验中比未处理混凝土多20次25次表2.4 D-125G 产品应用性能参数膏体测试项目基准混凝土块实验用混凝土块C45混凝土渗透深度0 mm2.5mmC45混凝土抗冻循环次数175次200次C45混凝土氯离子吸收量0.0198 %91 %C45混凝土吸水率泡Ca(OH) 2溶液前吸水率mm/min0.5降低比例%吸水率mm/min0.5降低比例%0.0025960.0027963. D-125在中环线上应用效果评估在捷邦125产品应用于中环线将近4年。风吹日晒、寒暑交替，有机硅浸渍防水处理的效果是否保持？不但用户中环线指挥部有这样的疑惑，我司工程师、技术人员心理也没有底。请专家做一个权威的评估成了双方共同的愿望根据指挥部要求，同济大学专家小组立项进行了评估。国内有JTJ 2752000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范的特殊防腐蚀措施和JTG-T B07-01-2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范的混凝土表面憎水处理章节中关于混凝土用硅烷浸渍处理的现场评价都要求采用钻心取样，然后测定钻心试样的硅烷渗透深度或吸水情况。德国交通部混凝土表面保护技术规范ZTVSIB90规定了一种现场非钻心取样的评价方法，按照该方法，采用一种被称为Karsten量瓶的工具测量混凝土吸水量随时间的变化，最后可以计算所需要的技术参数。国内有研究表明，采用这种方法计算出的平均渗透系数可有效反映硅烷的防水效果i。由于本次中环线防撞墙防水处效果评估要求不采用破坏性的测试方法，因此，选择Karsten量瓶法来测定防撞墙混凝土的表面吸水情况。所采用的相关标准如表3.1。得到如下结论：表3.1 德国标准的防水性能的分类标 准分 类吸水系数/(kg/m2h0.5)DIN EN 1062-03液态水渗透系数的测定和分类(渗透性)拒水的（wasserabweisend）0.5 DIN 4108-3风和雨滴在一座建筑物周围互相作用的流线图，防护击打状雨的性能密不透水的（wasserdicht）2.0（1）按吸水高度计算的吸水率，未处理对比试样为0.170 mm/min1/2；经过捷邦125处理试样为0.00710.0099 mm/min1/2。（备注：按照JTJ/T275-2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范的试验方法吸水率值0.01 mm/min1/2时合格。本试验方法与该标准的不同在于（a）非钻芯取样而是现场测试；（b）浸水高度不是12mm而是100mm左右）。（2） 经过捷邦125处理试样48h吸水量比为未处理对比试样的4.485.80%。（3） 对比试样的吸水系数为1.39 kg/m2h0.5，按照EN 1062-3判断，属于透水级别；但按照DIN 4108判断，仍然属于疏水级别，说明对比混凝土级配比较高，本身就比较致密，具有相当好的防水性能。经过捷邦125处理试样平均吸水系数为0.0550.0771 kg/m2h0.5，按照EN 1062-3判断，属于疏水级别；按DIN 4108判断，属于阻水级别；从两个标准判断，经过捷邦125处理，都比对比混凝土达到了更高一级的防水级别。这也说明，捷邦125在处理比较致密的混凝土基材方面仍然能取得较好的改善效果。（4）按照单位时间单位面积的吸水量计算的平均渗透系数，对比试样为4.6810-8 m/s，经过捷邦125处理试样为（2.102.72）10-9 m/s，比对比试样低一个数量级，只有对比试样的4.495.62%。综上所述，经过捷邦125处理试样的平均吸水性能指标比对比试样低一个数量级，仅仅约为对比试样的5%左右。尽管对比试样本身的吸水性已经比较低，捷邦125处理仍然能够获得显著的改善效果，并且经过约3年半时间，防水性能保持良好。经过将近4年的时间，D-125产品处理过的混凝土表面擦去灰尘依然有明显的憎水效果（如图3.1所示），而且中环线浦西段38Km处理过的防撞墙随机抽样都可以见到如此的效果，足以佐证专家的评估结论。（文章来源于中国防水技术网）