孔魯霞 ,季亞茹

(濟(jì)寧市鴻翔公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,濟(jì)寧 272000)

在潮濕的環(huán)境下如何提高混凝土的耐久性,許多學(xué)者嘗試通過改變其成分或使用不同類型的添加劑和外加劑來提高混凝土的耐久性。有學(xué)者研究采用疏水材料作為混凝土表面浸漬劑,以控制由于水或腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的進(jìn)入引起混凝土的侵蝕。任小明等[1]對(duì)硅烷疏水乳液在泡沫混凝土防水上的應(yīng)用進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:相較未作防水處理的空白試塊,硅烷疏水乳液對(duì)泡沫混凝土的防水效果較好;魯湞湞等[2]對(duì)超疏水涂層在瀝青路面上的抗凝冰性能進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:當(dāng)涂層作用在瀝青路面上,涂層表面團(tuán)聚形成微納粗糙結(jié)構(gòu),使涂層具有超疏水性能,此性能可降低水與路面之間的粘結(jié)力,有效減小了路面的結(jié)冰量,提高了瀝青路面的抑冰性能;呂晨等[3]研究了疏水礦物對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性能及強(qiáng)度的影響,研究結(jié)果表明:混凝土中摻入適量的空心玻璃微珠和適量滑石粉,可顯著提升新拌混凝土的工作性能,降低拌和物的屈服應(yīng)力和黏度;魯湞湞等[4]對(duì)環(huán)氧樹脂/SiO2涂層混凝土表面主動(dòng)抗凝冰性及除冰性能進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明:相較于普通混凝土,超疏水涂層混凝土表面的結(jié)冰量明顯減小,混凝土表面的結(jié)冰更容易清除;丁永剛等[5]研究了不同類型納米粒子改性涂層對(duì)混凝土疏水和抗凍性能的影響,研究結(jié)果表明:適量的納米SiO2疏水性能最好,有機(jī)成膜涂料+納米SiO2粒子復(fù)合涂層對(duì)混凝土抗凍性能改善效果明顯。該文對(duì)不同含水率的混凝土進(jìn)行空氣凍融循環(huán)試驗(yàn),分析混凝土在凍融循環(huán)下的質(zhì)量變化及吸水率。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料

為使混凝土達(dá)到疏水效果,試驗(yàn)使用四種疏水材料作用于混凝土表面,四種材料分別為醋酸鈉、硅樹脂、含氟聚合物及溶劑型硅烷。醋酸鈉作用于混凝土表面時(shí),吸收混凝土孔隙中的水,并與水結(jié)合,形成醋酸鈉晶體覆蓋在混凝土表面,使混凝土達(dá)到疏水效果。硅樹脂材料具有疏水的性能,當(dāng)作用于混凝土表面時(shí),使混凝土具有硅樹脂材料相同的疏水效果。含氟聚合物所含的氟使材料具有疏水性能,當(dāng)含氟聚合物進(jìn)入混凝土的孔隙后,形成的氟基團(tuán)使混凝土具有疏水的效果。溶劑型硅烷的疏水效果與醋酸鈉類似。

根據(jù)試驗(yàn)要求,共制備78個(gè)混凝土試塊,其規(guī)格為100 mm×100 mm×100 mm(長(zhǎng)×寬×高)。將制備好的混凝土放在溫度為(21±0.5)℃、濕度為95%的環(huán)境下進(jìn)行28 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)結(jié)束后,將混凝土放入烘干箱中進(jìn)行烘干。當(dāng)混凝土孔隙中的水分烘干后,再對(duì)混凝土試塊進(jìn)行不同含水量的處理,混凝土的含水量分別為完全干燥(含水量0)、含水量2.5%、含水量4.5%,完全飽合(含水量100%)。混凝土試塊經(jīng)過處理后,取72個(gè)混凝土試塊將四種疏水材料涂抹在混凝土表面作為試驗(yàn)對(duì)象,6個(gè)混凝土試塊不作任何處理。

1.2 方法

試驗(yàn)在冷凍室內(nèi)進(jìn)行,將混凝土試件放入冷凍室內(nèi),在冷凍室內(nèi)添加了加熱和通風(fēng)系統(tǒng)來支持解凍循環(huán)。通過冷凍室的溫度和濕度控制系統(tǒng),控制溫度為-20～20 ℃,以24 h作為一次凍融循環(huán)過程,室內(nèi)濕度保持穩(wěn)定在60%。試驗(yàn)進(jìn)行6個(gè)月,共180次凍融循環(huán),凍融試驗(yàn)完成后,記錄混凝土試件質(zhì)量相對(duì)于凍融循環(huán)前的初始質(zhì)量的差異。凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后,通過對(duì)損壞的試件進(jìn)行ISTA(混凝土初始表面吸水性測(cè)試)試驗(yàn),測(cè)試了材料在惡劣條件下保護(hù)混凝土免受水滲透的功效,同時(shí)采用ISAT試驗(yàn)評(píng)價(jià)了混凝土的吸水率。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣凍融循環(huán)下混凝土質(zhì)量變化

混凝土在冷凍室進(jìn)行180次凍融循環(huán)后,根據(jù)質(zhì)量測(cè)量結(jié)果,可得混凝土在凍融循環(huán)下的質(zhì)量變化,如圖1所示。

如圖1所示,當(dāng)混凝土處于充分干燥狀態(tài)時(shí),經(jīng)硅烷涂抹過的混凝土質(zhì)量增加最小;在90次凍融循環(huán)前,所有混凝土試塊的質(zhì)量增加均無明顯變化;在90次凍融循環(huán)后,未處理的混凝土試塊質(zhì)量明顯增大,其它疏水材料處理過的混凝土質(zhì)量增加緩慢。

當(dāng)混凝土含水率分別為2.5%、4.5%及完全飽合狀態(tài)時(shí),經(jīng)過醋酸鈉處理的混凝土,其質(zhì)量增加最小,曲線較平緩,而未處理的混凝土,其質(zhì)量增加最大。當(dāng)硅烷應(yīng)用于完全干燥的混凝土表面時(shí),質(zhì)量增加最小,因此在混凝土干燥的條件下能有效地保護(hù)混凝土不因溫度的變化而破壞。當(dāng)硅烷應(yīng)用于完全飽和的混凝土表面時(shí),相較于其它疏水材料處理的混凝土,其質(zhì)量增加最大,因混凝土濕的表面降低了硅烷的疏水性能,硅烷的疏水性能不能有效的發(fā)揮。含氟聚合物對(duì)降低混凝土的質(zhì)量變化有較好的效果,而且這種保護(hù)作用隨著混凝土的含水率增加而增大。當(dāng)混凝土水分高于2.5%時(shí),經(jīng)含氟聚合物處理的混凝土質(zhì)量變化逐漸減小。當(dāng)混凝土含水率為4.5%時(shí),相較于其它疏水材料處理的混凝土,硅烷處理的混凝土質(zhì)量增加最大,醋酸鈉處理的混凝土質(zhì)量增加最小,硅樹脂處理的混凝土質(zhì)量變化小于含氟聚合物。

2.2 空氣凍融循環(huán)下混凝土的吸水率

混凝土在冷凍室進(jìn)行180次凍融循環(huán)后,根據(jù)試驗(yàn)中吸水?dāng)?shù)據(jù),可得混凝土在凍融循環(huán)下的吸水率變化,如圖2所示。

由圖2可知,在混凝土充分干燥的情況下,隨著時(shí)間的增加,經(jīng)硅烷處理的混凝土吸水率最小,相較于其它混凝土,其吸水率變化最小。因硅烷中的硅元素與混凝土中的硅酸鹽進(jìn)行反應(yīng),形成的物質(zhì)附著于混凝土的孔隙內(nèi),阻止了水分的吸收。未經(jīng)處理的混凝土,因內(nèi)部孔隙的存在增加了混凝土對(duì)水分的吸收,在相同時(shí)間條件下,其吸水率變化最大。

因醋酸鈉有較強(qiáng)的親水性能,當(dāng)醋酸鈉作用于含水的混凝土?xí)r,可使混凝土的吸水率降低,相較于其它混凝土試塊,經(jīng)醋酸鈉處理的混凝土吸水率最低。未經(jīng)疏水材料處理的混凝土,相較于其它處理過的混凝土,其吸水率最高。當(dāng)疏水材料應(yīng)用于完全飽和的混凝土后,混凝土中的活性含量較低,在長(zhǎng)期溫度變化的情況下,削弱了保護(hù)材料與混凝土的附著力,導(dǎo)致所應(yīng)用的材料分解。

當(dāng)硅烷作用于含水的混凝土表面后,混凝土濕的表面降低了硅烷的疏水性能?；炷梁吭礁?硅烷的疏水性能越低,混凝土的吸水率將增大。當(dāng)硅樹脂作用于在完全飽和的混凝土?xí)r,在混凝土表面表現(xiàn)出適度的抗吸水保護(hù),其保護(hù)效果優(yōu)于含氟聚合物和硅烷。當(dāng)在完全干燥的混凝土中應(yīng)用硅樹脂,由于硅樹脂與混凝土孔隙的聯(lián)系需要水分,因此在混凝土完全干燥的情況下,硅樹脂在降低混凝土的吸水率效果較差。含氟聚合物對(duì)混凝土在凍融循環(huán)條件下具有良好的保護(hù)作用,這種保護(hù)作用隨著混凝土的含水率增加而降低。當(dāng)混凝土水分高于2.5%時(shí),含氟聚合物對(duì)混凝土的保護(hù)高于硅烷。

3 結(jié) 論

在經(jīng)過不同疏水材料處理的條件下,通過對(duì)不同含水率的混凝土進(jìn)行空氣凍融循環(huán)試驗(yàn),分析混凝土在180次凍融循環(huán)下的質(zhì)量變化及凍融循環(huán)結(jié)束后的吸水率,得到如下結(jié)論:

a.充分干燥狀態(tài)時(shí),硅烷作用于混凝土表面后,混凝土質(zhì)量增加最小。在90次凍融循環(huán)前,混凝土的質(zhì)量增加均無明顯變化,90次凍融循環(huán)后,相較疏水材料處理過的混凝土,未處理的混凝土質(zhì)量明顯增大。

b.混凝土含水率分別為2.5%、4.5%及完全飽合狀態(tài)時(shí),醋酸鈉處理的混凝土,其質(zhì)量增加最小,未處理的混凝土,其質(zhì)量增加最大。硅烷應(yīng)用于完全干燥的混凝土表面時(shí),質(zhì)量增加最小,硅烷應(yīng)用于完全飽和的混凝土表面時(shí),相較于其它疏水材料處理的混凝土,質(zhì)量增加最大。

c.充分干燥狀態(tài)時(shí),硅烷作用于混凝土表面后,混凝土吸水率最小,吸水率變化最小。未經(jīng)處理的混凝土,相同時(shí)間條件下,吸水率變化最大。醋酸鈉作用于含水的混凝土?xí)r,相較于其它混凝土試塊,經(jīng)醋酸鈉處理的混凝土吸水率最小。

d.硅樹脂作用在完全飽和的混凝土?xí)r,混凝土表面的吸水保護(hù)效果優(yōu)于含氟聚合物和硅烷。混凝土在完全干燥的條件下,硅樹脂在降低混凝土的吸水率效果較差。凍融循環(huán)條件下,含氟聚合物對(duì)混凝土有較好的保護(hù)作用,混凝土水分高于2.5%時(shí),含氟聚合物對(duì)混凝土的保護(hù)高于硅烷。