■ 暢亞文 何廷樹 宋學(xué)鋒

混凝土耐久性通常是指環(huán)境作用下的耐久性，主要涉及溫度、濕度及其變化（干濕交替、凍融循環(huán)），以及環(huán)境中的水、氣、鹽、酸等物質(zhì)對(duì)混凝土的劣化作用和對(duì)鋼筋的銹蝕。環(huán)境作用對(duì)混凝土材料的侵蝕和損傷主要發(fā)生在混凝土表層，通常以水為載體，以混凝土中的孔隙為通道，由表及里地侵蝕。因此，強(qiáng)化表層或加保護(hù)層是提高混凝土耐久性事半功倍的方法。

以武廣高速鐵路混凝土結(jié)構(gòu)壽命100年為目標(biāo)，自行研制了高分子改性疏水型有機(jī)硅無色涂料，將其施涂于混凝土表面，觀感質(zhì)量可達(dá)到清水混凝土的要求，并可大幅提高混凝土的耐久性。

1 試驗(yàn)用原材料及混凝土配比

（1）試驗(yàn)用原材料：

水泥：P·O42.5。

粉煤灰：湖北漢川電廠F類1級(jí)。

外加劑：HT－HPC聚羧酸高效減水劑。

砂：湖南洞庭湖中砂；羊樓司碎石，5～31.5 mm。

（2）配比（kg）：

C∶F∶S∶G∶HPC∶W＝281∶109∶765∶1101∶164∶3.9。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 對(duì)混凝土抗碳化能力的影響

混凝土碳化是指混凝土中水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2與空氣中CO2反應(yīng)生成CaCO3的過程，CaCO3為中性，故也稱中性化?；炷撂蓟档土嘶炷恋膲A度（即pH值），引發(fā)鋼筋銹蝕。碳化前混凝土內(nèi)部孔溶液pH值可達(dá)13（強(qiáng)堿性），使得鋼筋表面生成一層致密鈍化膜，能隔絕水份和氧氣與內(nèi)部鋼筋接觸，阻止鋼筋銹蝕。若混凝土因碳化變?yōu)橹行裕諝庵械腃O2通過擴(kuò)散進(jìn)入混凝土內(nèi)部，通過混凝土保護(hù)層到達(dá)鋼筋表面，此時(shí)鋼筋表面不存在鈍化膜，進(jìn)入混凝土內(nèi)部的水和氧氣將鋼筋銹蝕而產(chǎn)生體積膨脹6倍的不穩(wěn)定紅色銹蝕物Fe2O3·nH2O。

將改性有機(jī)硅涂料均勻施涂于用武廣高速鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)原材料制作的C30混凝土試塊表面，在SJ-2型標(biāo)準(zhǔn)碳化箱內(nèi)進(jìn)行碳化試驗(yàn)，結(jié)果見圖1，試塊斷面噴涂1%酚酞溶液后的照片見圖2。圖中J為未施涂涂料混凝土試件的碳化深度，碳化28 d已達(dá)1 cm以上；T為施涂有機(jī)硅涂料混凝土試件的碳化深度，隨涂料與稀釋水的比例增加而增大，碳化28 d時(shí)僅為2.7～3.8 mm。

可見，混凝土表面均勻施涂一層疏水型改性有機(jī)硅涂料可大幅降低碳化深度，延緩混凝土中鋼筋銹蝕時(shí)間，提高結(jié)構(gòu)耐久性。

2.2 對(duì)混凝土抗氯離子滲透能力的影響

水和土體等環(huán)境介質(zhì)中的氯離子侵入混凝土，通過保護(hù)層到達(dá)鋼筋表面并逐步富集到一定濃度，將破壞鋼筋表面的鈍化膜而產(chǎn)生電化學(xué)銹蝕。《客運(yùn)專線高性能混凝土技術(shù)條件》對(duì)混凝土原材料中的氯離子含量提出嚴(yán)格限制，同時(shí)嚴(yán)防外部環(huán)境中氯離子的侵入。采用武廣高速鐵路所用原材料和配比，制作成100 mm×100 mm×50 mm的混凝土試件，采用NEL-PDR混凝土滲透性電測(cè)儀，測(cè)定涂和不涂改性有機(jī)硅涂料試件的氯離子滲透系數(shù)，其試驗(yàn)電壓-電流關(guān)系曲線見圖3，氯離子滲透系數(shù)見表1。

由表1可知，混凝土表面均勻施涂2遍改性有機(jī)硅防水涂料，可使混凝土氯離子滲透系數(shù)最高降低90%，大大延長(zhǎng)鋼筋表面鈍化膜因氯離子侵入而破壞的時(shí)間，顯著提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

2.3 對(duì)混凝土抗凍融能力的影響

凍融循環(huán)作用是造成混凝土結(jié)構(gòu)損傷及破壞的常見形式。因?yàn)榛炷羶?nèi)部飽和毛細(xì)孔隙水受凍結(jié)冰膨脹9%，融解時(shí)致毛細(xì)管收縮，膨脹、收縮的反復(fù)作用導(dǎo)致混凝土開裂、剝落直致破壞。

凍融破壞程度與混凝土內(nèi)部飽和水程度、凍結(jié)最低溫度、降溫速率、含氣量及反復(fù)凍融次數(shù)有關(guān)。測(cè)試方法有慢凍法和快凍法?？紤]試驗(yàn)周期和試驗(yàn)可靠性等因素，采用快凍法研究改性有機(jī)硅涂料對(duì)混凝土抗凍融能力的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，在混凝土表面均勻施涂一層改性有機(jī)硅涂料（涂料∶水＝1∶4）后，快凍250個(gè)循環(huán)，混凝土質(zhì)量損失率降低63.4%，強(qiáng)度損失率降低32.4%，DF值提高11%。表明在混凝土表面施涂改性有機(jī)硅涂料后，混凝土抗凍融能力顯著提高。

表1 混凝土試件氯離子的滲透系數(shù)（56 d）

表2 混凝土試件的抗凍性（56 d）

2.4 對(duì)混凝土表面滲透性和疏水性的影響

混凝土是典型親水性材料，水滴在混凝土表面會(huì)很快鋪展開來，即潤(rùn)濕邊角小于90°。為了驗(yàn)證所研制的改性有機(jī)硅涂料的疏水性和粘附性，將1∶4改性有機(jī)硅涂料在混凝土表面施涂2遍，用量約200 g/m2，用染色法測(cè)定其滲透深度（施涂24 h后測(cè)定）為3～4 mm，用涂料耐洗刷測(cè)定儀對(duì)混凝土表面洗刷2 000次后，在其表面所滴水珠呈“球狀”，保持7 d無變化，潤(rùn)濕邊角始終大于90°（見圖4、圖5）。

綜上所述，改性有機(jī)硅涂料在混凝土表面的滲透性、粘附性、疏水性優(yōu)異，可以長(zhǎng)久、有效阻斷水和其他有害介質(zhì)對(duì)混凝土的侵蝕，提高耐久性。

3 結(jié)論

（1）施涂改性有機(jī)硅涂料混凝土28 d，標(biāo)準(zhǔn)碳化深度比未施涂時(shí)減少8～9 mm。

（2）施涂改性有機(jī)硅涂料混凝土的抗氯離子滲透系數(shù)比未施涂時(shí)最高降低90%。

（3）施涂改性有機(jī)硅涂料混凝土快速凍融250個(gè)循環(huán)后的質(zhì)量損失率、強(qiáng)度降低率與未施涂時(shí)比較分別降低63.4%和32.4%，DF值提高11%。

（4）改性有機(jī)硅涂料疏水性優(yōu)異，滲透性良好，與混凝土的粘附性可靠。

綜上所述，混凝土表面均勻施涂2遍改性有機(jī)硅涂料不僅可改善混凝土表面質(zhì)量，同時(shí)大幅提高混凝土耐久性，延長(zhǎng)混凝土和鋼筋的結(jié)構(gòu)壽命。