高速铁路混凝土结构硅烷浸渍防腐蚀措施技术要求的研究.pdf

2 0 1 1年第 1 0期 1 O月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUC I 2 01 1 No1 0 0e t c he r 高速铁路混凝土结构硅烷浸渍防腐蚀措施 技术要求的研究 李化建 一 ， 易忠来 1 , 2 ， 谢永江 1 , 2 1 ． 中国铁道科学研究 院铁道建筑研究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ； 2 ． 高速铁路轨道技术 国家重点实验室， 北京 1 0 0 0 8 1 摘要 总结分析 了国内外关于混凝土结构硅烷 浸渍防腐蚀措施技 术要 求的差异 ， 指 出了我 国硅烷 浸渍防腐 蚀措施技术要 求所存在的 问题 。根据我 国高速铁路作 用环境的特征 ， 提 出了硅炕浸渍 防腐蚀措 施的功能 定位 ， 在 系统研究硅烷浸渍材料 、 硅 烷浸渍混凝土 以及硅烷浸渍 实体结构 防护效 果的基础上 ， 提 出了适用 于我 国高速铁 路 的混凝土结构硅烷浸渍 防腐蚀措施技术要 求。 关键词 高速铁路 ； 混凝 土结构 ； 硅烷 浸渍； 防腐蚀 ； 技术要 求 Ab s t r a c t T e c h n i c a l r e q u i r e me n t s f o r s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u r f a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y a t h o me a n d a b r o a d a r e s u mma r i z e d ． T h e p r o b l e ms o f s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u rfa c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y i n C h i n a h a v e b e e n p u t f o r wa r d ． Ac c o r d i n g t o t h e e n v i r o n me n t a l c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h s p e e d r a i l wa y i n Ch i n a ，t h e f u n c t i o n o r i e n t a t i o n o f t h e s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u rf a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y i s p r e s e n t e d ．B a s e d o n t h e s y s t e m r e s e a r c h o f s i l a n e i mp r e g a n t s p e rf o r ma n c e ， t h e p r o t e c t i o n e f f e c t o f c o n c r e t e c u b e s a n d fi e l d s t r u c t u r e s t r e a t e d w i t h s i l a n e i mp r e g a n t s ， t h e t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s for s i l a n e i mp r e g n a t i n g s u rf a c e t r e a t me n t t e c h n o l o g y fi t f 0 r h i g h s p e e d r a i l w a y c o n c r e t e s t r u c t u r e s o f C h i n a h a v e b e e n p u t f o r w a r d ． Ke y wo r d s Hi g h s p e e d r a i l wa y ；Co n c r e t e s t r u c t u r e ；S i l a n e i mp r e g n a t i n g s u rf a c e t r e a t me n t ；C o r r o s i o n p r o t e c t i o n ； Te c h ni c a l r eq u i r e me nt s 中图分类号 T U 5 2 8 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 6 3 7 2 0 1 1 1 O 一 0 1 0 8 0前 言 我 国地域广 阔 ，气 候环境和地质条件 差异巨 大 ， 可大致分为东北严寒地区、 西北盐碱干燥地 区、 东南沿海地区 、 西南 酸雨地区以及 中部湿热碳化地 区。在 铁路混凝土结构耐久性设计规范 中将铁路 工程混凝土结构环境分为碳化环境 、氯盐环境 、 冻 融破坏环境 、 化学侵蚀环境 、 盐类结 晶破 坏环境 以 及磨蚀环 境 ， 除碳化环境 外 ， 其 它五类环境 均为严 重腐蚀环境 L 3 、 H 4 、 Y 4 、 D 4 、 M3 】 。 高速铁路条状分 布结构 以及露天服役环境 ， 决定 了其不得不穿越众 多对混凝土结构耐久性不利的严重腐蚀环境回 。而 在这些严重侵蚀环境中 ， 要确保混凝土结构 的耐久 性 ， 除从混凝土材料 、 结构设计等方面考虑外 ， 还必 须采取相应的防腐蚀强化技术措施 。混凝土结构各 种机理腐蚀破坏与水有着密切关系 ， 研究者提出基 于表面憎水处理的混凝土结构 防腐蚀措施 ， 该技术 基 金 项 目 铁 道 部 科 技 开 发 计 划 项 目 2 0 0 8 G 0 3 1 一 N ， 2 0 1 0 G 0 2 4 ，中国铁道 科学 研究 院行 业 服务 技术 创新 项 目 2 0 0 9 Y J 2 1 。 的起源可追溯到 1 9世纪 中叶有机硅化合物 的 诞生 ， 到 2 0世纪 中期 ， 欧美 国家将硅烷浸渍技术成 功应用于道桥 、 码 头 、 机场等混凝土结构 的防水 防 腐工程之 中[3 】 。鉴于硅烷浸渍表面处理技术的有效 性和成熟性 ，硅烷浸渍处理技术 已被纳入英 国、 德 国、 美 国、 澳大利亚 、 中国香港和 中国的相关标准规 范中 o j 。 国内外标准对硅烷浸渍处理技术的技术要 求不尽 相同 ， 且对基准混凝土 的要求不 同 ， 这就造 成不 同研究者之间的数据不具有可 比性。为促进硅 烷浸渍防腐蚀措施在高速铁路混凝土结构 中的应 用 ，本文总结分析了国内外硅烷浸渍的技术要求 ， 指出了我 国硅烷浸渍技术要求存在的问题 ， 系统研 究了硅烷浸渍对混凝土性能的影响 ， 提 出了适用于 我 国高速铁路作用环境 的硅烷浸渍 防腐蚀技术要 求。 1 国内外标准关于硅烷浸渍防腐蚀措施的技术要 求 1 ． 1 硅烷浸渍防腐蚀措施的相关标准 硅烷浸渍技术 已是美 国公路路桥防护 中最广 泛采用 的防腐方案 ， 据 1 9 9 4年 美 国高速公路研究 一 1 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 l 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 6期 设计计划 N C HR P } 第 2 0 9号 调查资料显示 ， 美 国高速公路路桥 防护材料 中 3 3 ％以上采用 的是硅 烷[4 ] 。在欧洲路桥设计手册中， 所提出的憎水型浸渍 剂技术要求就是按硅烷 的技术要求所提 出的[ 5 J 。我 国于 2 0 0 0年将硅烷浸渍处理技术纳入 海港工程 混凝土结构防腐蚀技术规范 行业标准 ，随后的 混凝土结构耐久性设计与施工指南 嘲 、 公路工程 混凝土结构防腐蚀技术规范 [9 ] 、 铁路混凝土结构 耐久性设计规范 口 J 以及 铁路混凝土结构耐久性修 补及防护 【 o 1 等规范也将硅烷浸渍处理作为防腐蚀 的强化措施 。硅烷浸渍处理技术 的相关规范如表 1 所示 。 表 1 硅烷浸渍处 理相关规 范 1 ． 2 硅烷浸渍材料技术要求 硅烷浸渍处理技术要求包括硅烷浸渍材料 和 硅烷浸渍混凝土的技术要求。 1 硅烷浸渍材料 硅烷浸渍材料按主要组分分为烷基烷氧基硅 烷 和烯烃基烷氧基硅 烷 。英 国高速铁 路规范 B D 4 3 2 0 0 3 规定硅烷 中异丁基三烷氧基硅烷活性 物 质的含量应不小于 9 2 ％， 当使用其他类型的硅烷 和 硅氧烷时必须经过试验论证。我 国 海工工程混凝 土结构防腐蚀技术规范 规定宜采用异丁基三乙氧 基硅烷作为浸渍材料 ，其含量不应小于 9 8 ． 9 ％； 铁 路混凝土结构耐久性修补与防护 中规定液体硅烷 主要成分为异辛基三乙氧基硅烷 ， 膏体硅烷主要成 分宜为无溶剂异辛基三乙氧基 硅烷 ； 公路工程混 凝土结构 防腐蚀技术规范 中规定异辛基硅烷和异 丁基硅烷都可以作为浸渍材料。 除 了硅烷种类及含量外 ， 个别规范还对浸渍材 料 的外观 、硅氧 烷含量 不 应大于 0 - 3 ％ 、密度 一， 一 0 ． 8 8 g ／ c m ’ 、 氯化物含量 不应大于 1 ／ 1 0 0 0 0 以及活 性 1 0 0 ％ 等进行了规定 。 2 硅烷浸渍混凝土结构 硅烷浸渍混凝土结 构技术 要求包括抗水渗透 性 、 抗氯离子渗透 、 抗冻性 、 抗磨蚀性 以及耐化学腐 蚀性等。通常选择实验 区进行喷涂 ， 然后取芯进行 试验。对于一些无法取芯的试验 ， 采用成型标准试 件来检测。硅烷浸渍混凝土结构的技术要求如表 2 所示 。 1 ． 3 硅烷浸渍技术要求的差别 综合分析 国内外硅烷浸渍技术要求可知 ， 不 同 标准对硅烷浸渍处理技术要求 的规定不尽相同 ， 其 主要差别表现在以下几个方面 1 要求硅烷的种类不同 有些标准规定 只能使用异辛基硅烷 或异丁基 硅烷 ， 也有标准规定两种硅烷都可 以采用。尽管两 种硅烷浸渍效果有所差别 ， 但异辛基硅烷和异丁基 硅烷原则上在混凝土结构防腐蚀 中都可以使用 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李化建 ， 易忠来 ， 谢永江高速铁路混凝土结构硅烷浸渍防腐蚀措施技术要求 的研究 注 [ a ] 铁路混凝土结构耐久性修补与 防护 规定干燥系数 ／3 0 ％， 其他两个标准为 3 0 ％。 【 b 】 渗透 深度所采 用的基准 混凝土强度 不 同， 铁 路混凝土 结构耐久性 修补与 防护 采用 C 4 0强度等级 的混凝 土 ， 小 于 C 4 0 时 ， 渗透深 度为 4 ～ l O m m， C 4 0混凝土时 ， 渗透深度 ≥1 4 mm。 海工工程混凝 土结 构防腐蚀技术规 范 没有规定 w／ c为 0 ． 7的情 况 。 【 c 】 铁路混凝土结构耐久性修补与防护 规定盐溶液中与基准混凝土相比至少多 1 5次循环， 其他两个标准为多 2 0次循环。 [ d ] 铁路混凝 土结 构耐久性 修补与防护 规定氯 离子 吸收降低 率大于 8 0 ％， 其他两个标准为大于 9 0 ％。 2 表征混凝土吸水性 的指标不同 表征混凝土吸水性的指标有 吸水率 比、 吸水率 及毛细吸附与透水性。吸水率 比是一个相对值 ， 即 硅烷浸渍处理混凝土与未处理混凝土 的比值 ； 而吸 水率和毛细吸附与透水性是一个绝对值 ， 即硅烷浸 渍处理混凝土必须达到某一个等级。不同基体混凝 土吸水性差别较大 ， 因此 ， 规 范中给出了基体混凝 土水胶 比的要求 ， 在 海港 工程混凝 土结构防腐 蚀 技术规范 中没有给出基准混凝 土的要求。 3 基准混凝土要求不 同 基 准混凝 土不同时 ， 其密 实度相差较 大 ， 硅烷 的渗透深度也相差很大。规范中通常以强度等级和 水胶 比来规定基体混凝土 。关于强度等级 ， 有 的规 范规定采用 C 4 5混凝土 ， 但也有规范规定采用 C 4 0 混凝土 。另外 ， 还有规范规定采用水胶 比为 0 ． 4 5和 0 ． 7的基 准混凝 土 。 4 技术指标要求不同 硅 烷浸渍技术指标要求 相差较大 的有硅烷渗 透深度 、 氯离子吸收降低率以及抗冻性等 。不同规 范对硅烷渗透深度规定如表 3所示 ， 其中 铁路混 凝土结构耐久性修补及 防护 规范对硅烷渗透深度 的要求最高 ， 以 C 4 0混凝 土为基准 ， 小于 C 4 0混凝 土 ， 其硅烷渗透深度要求为 4 l O m m， 理论上硅烷 的 渗透深度可以达十几毫米 ， 但对基准为 C 4 0混凝土 的难度较大 。另外 ，该规范只规定了小于 C 4 0和 C 4 0混凝土 ， 对 于强度等级 高于 C 4 0的混凝土则没 有规定。 对渗透深度 要求不合 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 1 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 6期 理 ，如 I等级渗透深度小于 l O l n m，没有下限的规 定 ， 那就有可能为 0 。 关于氯离子吸收降低率 ， 铁路 混凝土结构耐久性修补及 防护 要求较低 ， 为不小 于 8 0 ％， 通常应该不小于 9 0 ％。在抗冻性方面， 铁 路混凝土结构耐久性修补及 防护要求也较低 ， 该 规范规定硅烷浸渍处理混凝土试件 比未处理混凝 土至少多 1 5次 ，其他规范规定都是至少 多 2 0次 ， 而 公路工程混凝土结构 防腐蚀技术规范 中没有 给出基准混凝土的具体要求 ， 这样势必会造成较大 的差别 。 表 3 硅烷浸渍混凝土结构渗透深度 5 试 验方法 相 差较 大 关于硅烷浸渍防腐蚀措施技术要 求 的试验方 法多是源于德国和英国的规范， 不同标准所规定试 验方法不 同，有 的试验方法存在错误 。 Wa t e r a b ． s o r p t i o n a n d r e s i s t a n c e t o a l k a l i f o r h y d r o p h o b i c i m p r e g n a t i o n s E N 1 3 5 8 0 t “ 详细规定 了憎水性浸渍材 料吸水率和抗碱性的试验方法 ， 我国相关规范所引 用 的试 验 方 法也 是 源 于该 规范 ，但存 在 一 些错 误 。 公路工程混凝土结构 防腐蚀技术规范给出了抗 碱性试验硅烷浸渍处理试件放 在浓度为 5 ． 6 g ／ L的 K S O 溶 液 中 ，其 实 应 为 浓 度 为 5 ． 6 g ／ L的 K O H 溶 液。 铁路混凝土结构耐久性修补及防护 规范中所 给 出的吸水率单位和未浸渍处理试 件吸水率计 算 公式有误 ， 该规范中给出吸水率 的单位为 g ， 其实应 该为 g ／ h m 。此外 ， 对于浸渍处理试件在去离子水 中浸泡的时间应为 2 4 h ，未浸渍处理试件在去离子 水 中浸泡 的时 间应为 1 h ， 因此 ， 该规范中计算未浸 渍处理试件吸水率的计算公式有误 ， 未处理试件吸 水率公式应按式 1 所示 。 L 兰 L一 、 ／1 x O ． O 6 式中 未经处理试件的吸水率 ， g ／ h 1 ／2 m2 ； 一 浸渍去离子水前试件的质量 ， g ； 4 浸渍去离子水后试件的质量， g 。 2 高速铁路混凝土结构硅烷浸渍防腐蚀措施的技 术 要求 为客观表征硅烷浸渍防腐蚀措施 的防护效果 ， 高速铁路混凝 土结构硅烷浸渍防腐蚀 措施 技术要 求的建立基于以下原则 1 以同强度等级混凝土作为基准混凝土 。大 多数 规范 规定 了基准 混凝 土 的水胶 比为 0 ． 4 5和 0 ． 7 ， 而相同水胶 比下 ， 如果胶凝材料用量差别很大 ， 则混凝土硬化体性能会差异较大 。此外 ， 在高速铁 路工 程 中就 没有 水胶 比为 0 ． 7的混 凝 土 。为能 够 表 征高速铁路实际采用的混凝土 ， 选择 C 4 5混凝土作 为评价硅烷浸渍技术要求评价的基准混凝土 。 2 将硅烷浸渍防腐蚀措施的功能要求分为基 本功能和基于作用环境的功能 。水是混凝土腐蚀破 坏过程 中的主要载体 ， 憎水功能以及抗水渗透性是 硅烷浸渍 的基本功能 ， 决定 了硅烷浸渍防腐蚀措施 相应的基本要求。 3 提 出了基于作用环境的硅烷浸渍混凝土的 技术要求。硅烷浸渍防腐蚀措施应用于不同作用环 境 ， 其技术要求的侧重点不 同。为了减少试 验检测 的工作量 以及能够突 出硅烷浸渍在特定环境下 的 防护效果 ， 硅烷浸渍技术要求的提出应以环境作用 为 基准 。 2 ． 1 适 用 范 围 不 同防腐蚀强化措施都具有其特定 的适用范 围。混凝土的腐蚀破坏或多或少地与水都有一定关 系 ， 硅烷浸渍处理特殊 的憎水特性 ， 决定 了硅烷浸 渍处理技术的适用范 围较广。 铁路混凝土结构耐 久性设计规 范 规定在冻 融破 坏环境 D 4 、 氯盐环 境 L 3 、 化学侵蚀 环境 H 4 、 盐类解结 晶破坏环境 Y 4 以及磨蚀环境 M3 等严重腐蚀环境下均可选 择硅烷浸渍防腐蚀强化措施 。 铁路混凝土结构耐 久性修补及 防护 中则规定硅烷浸渍技术可 以应用 于除磨蚀环境以外 的所有环境。 铁路混凝土磨蚀环境可分为风蚀 、 流水 冲刷和 泥砂冲刷 。混凝土的磨蚀 是一个 复杂的动力学过 程 ， 受到多方面因素的影 响， 究其本质 ， 混凝 土耐磨 蚀性是强度 包括抗 冲击强度 和硬度问题 。在相 同 集料 的条件下 ， 强度与磨损性能具有很好 的正相关 性 ， 即强度越高 ， 混凝土的耐磨性越好f l 2 1 。为研究硅 烷浸渍技术是否适合磨蚀环境 ， 采用液体硅烷和膏 体硅烷对抗压强度为 5 3 MP a的混凝土试件进行浸 渍处理 ， 浸渍后混凝土的抗压强度分别提高了 9 ． 6 ％ 和 7 ． 7 ％ 如 图 1 ， 间接证明了硅烷浸渍能够提高混 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李化建 ， 易忠来 ， 谢永江高速铁路混凝土结构硅烷浸渍防腐蚀措施技术要求的研究 凝土的抗磨蚀性能 。另外 ， 文献[ 1 3 】 也证 明了硅烷能 够提高混凝土 的耐磨能力。因此 ， 硅烷浸渍处理防 腐蚀措施 可以用于磨蚀环境 ， 即硅烷浸渍防腐蚀技 术可 以适用 于铁路混凝土结构 中所有 的严重腐蚀 环 境 。 碍 口I 皇 鼎 不 同的浸渍 处理 图 1 硅烷浸渍处理对混凝 土抗压强度 的影 响 2 ． 2硅烷浸渍处理防腐蚀措施的设计使用年限 防腐蚀 强化措施 的使 用年 限一直 困扰 着工程 抵抗氯离子渗透性 l l 抵抗硫酸盐侵蚀 界 。由于影响 防腐蚀强化措施的因素较多 ， 其使用 年限很难量化 。有研究者 曾用混凝土在酸雨环境下 的强度损失 拟合模型来 预测硅烷浸渍处理 混凝土 结 构的服役 寿命 ， 结果表 明 ， 硅烷浸渍可 以延长酸 雨环境下混凝土结构使用寿命 1 O年左右。英 国高 速 公 路 T h e I mp r e g n a t i o n o f R e i n f o r c e d a n d P r e s t r e s s e d Co n c r e t e Hi g h wa y S t r u c t u r e s Us i n g Hy d r o p h o b i c P o r e L i n g I mp r e g n a n t s } [ 5 1 规范中明确规定 硅烷浸渍技术设计使用年限应大于 1 5年。 对于用 于高速铁路混凝土结构 ， 浸渍处理技术措施的设计 使用年限应在 1 5年以上。 2 ． 3 硅烷浸渍处理技术要求 防腐蚀强化措施 的 目标是 为 了提高混凝土结 构的使用寿命 ， 围绕这一 目标 ， 硅烷浸渍处理技术 的功能要求应包括基本功能 、 基于作用环境功能以 及辅助功能三方面 ， 具体如图 2所示 。从功能定位 决定 了硅烷浸渍处理 的技术要求应包括硅烷材料 技术要求 、 硅烷浸渍混凝土技术要求 以及硅烷浸渍 混凝 土 实体 结构 的 防护效 果 。 1 硅烷浸渍材料技术要求 抵抗磨蚀性能 l 抵抗冻融破坏 除 冰盐 臣 垂 圜 f 弥 补 混 凝 土 保 护 层 不 足 混 凝 土 结 构 浸 渍 处 理 憎水性1 l抗水渗透性 l 【透气性 l l 与基体粘结性 图 2浸渍处理技术 的功能要求 关于异 丁基硅烷 与异 辛基硅烷浸渍效果 的争 议 仍 较 大 ， 有 人认 为异 丁 基三 乙氧 基硅 烷 或 正 丁 基 三乙氧基硅烷性能更好 ，因为它具有优异 的憎水 性 ， 在碱性条件下可达到最大渗透深度 ； 相 比之下 ， 带较长基团 辛基 的硅烷表面凝珠效果虽然 良好 ， 但 在非常致密 的高强混凝土 中的最大渗透深度较 小I l 5 】 。为确定适用于高速铁路混凝土结构硅烷浸 渍 材 料 的种 类 ， 以 C 4 5混 凝 土 为基 准 ， 对 比研 究 异 丁基硅烷 和异辛基硅烷浸渍混凝土后 的吸水率 和 氯离子渗透降低率 ， 如图 3和图 4所示 。两者吸水 率均满足不大于 0 ． 0 l m m ／ mi n 的要求 ， 且混凝土中 氯离子浓度均小于 0 ． 0 6 ％，氯离子吸收物降低率小 于 9 0 ％。因此 ， 异丁基硅烷和异辛基硅烷都可应用 于高速铁路工程。除了硅烷种类及活性外 ， 还应对 裂缝 的桥连性 硅烷浸渍材料外观 以及影响混凝土耐久性 的氯 离 子进行规定 ， 硅烷浸渍材料的技术要求和试验方法 应满足表 4所列的要求。 表 4硅烷 浸渍材料技术要求 2 硅烷浸渍混凝土技术要求 混凝 土的腐 蚀破坏过程多是腐蚀介质 以水 为 载体 ，渗透到混凝土 内部与水泥水化产物发生反 应 ， 产生体积膨胀物质或无胶凝作用的物质降低混 一 5 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 l 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 6期 if - ． { 血I】 抽 不 同的浸渍处理 图 3 硅烷浸渍处理对混凝土吸水率的影响 空 白 液体硅烷 膏体硅烷 1 o o 9 8 料 9 6 9 4 9 2 不 列 的 授颁 处 理 图 4 硅烷浸渍处理对混凝土 中氯化物吸收量降低率 的影响 凝土碱度 ， 从而对混凝土结构产生破坏。因此 ， 将吸 水性或抗水渗透性作为硅烷浸渍混凝 土的基本要 求。对于硅烷浸渍混凝土的其他技术要求 ， 则根据 结构所处环境条件进行具体规定。 硅烷 的渗透深度直接决定 了硅烷浸渍 的效果 以及混凝土结构被磨蚀后的防护效果 ， 硅烷渗透深 度应作为评价硅烷浸渍处理技术的基本指标之一。 鉴于高速铁路混凝土结构除 了梁体 、轨道板 以外 ， 多采用低于 C 4 5等级的混凝土 ， 因此 ，硅烷渗透深 度 以 C 4 5作为分界点 。考虑到渗水高度绝对值因基 体混凝 土的不同而结果差别较大 ， 选择吸水率比作 为评价指标 ，吸水率 比的基准混凝土为 C 4 5等级 的 混凝土 。硅烷浸渍用于海洋工程较多 ，其主要原 因 是硅烷浸渍处理可 以使混凝土氯离子吸收量大大 较低 ，降低率可达 9 0 ％以上 ，这已被大多数研究者 所证实 。因此 ， 对于非氯盐环境 ，氯离子吸收量降 低率可不大于 8 0 ％， 但 在氯盐环境下 ， 氯离子吸收 量降低率应不大于 9 0 ％。渗透深度 、 吸水率 比以及 氯离子吸收降低率三个指标是硅烷浸渍处理混凝 土的基本要求。冻融破坏环境包括水冻环境与盐冻 环境 ， 硅烷浸渍对减缓盐冻环境下混凝土的质量损 一 6 一 失是得到认 可的， 但对快速冻融环境下混凝土动弹 性模量的损失减缓尚未得到一致的结论[ 1 6 3 。李 中华 等采用 C D F混凝土抗盐冻试验方法对 比研究 了使 用有机硅涂料 、 减小水灰 比、 添加引气剂与矿物掺 合料三种技术 途径对 除冰盐 环境 下混凝 土的防护 性能 ， 结果表明 ， 涂刷有机硅涂料后 ， 混凝 土经 5 6 次盐冻后剥蚀量降低了 9 9 ％， 相对 动弹性模量损失 率降低 4 9 ％， 混凝土表面无明显剥蚀痕迹 ， 涂 刷有 机硅涂料是提 高混凝土抵抗除冰盐最好 的技术途 径_ 】 q 。赵 尚传等人以 C 3 0混凝土 坍落度为 6 0 mm 为基准 ， 研究 认为 ， 硅烷浸渍处理 的混凝土抗冻性 大幅度提高 ， 且混凝土致密性越高则提高的幅度越 大 1 7 1 。作者也 曾对比研究 了膏体硅烷对混凝土抗冻 性的影响，研究表 明， 硅烷浸渍混凝土的抗冻性略 有提高『 l8 ] 。久保善司等人采用快冻法研究 了硅烷浸 渍处理混凝土的弹性模量和质量损失 ， 研究结果表 明，经过浸渍处理后混凝土动弹性模量降低较快 ， 但其质量损失却表现为相反 的趋势 ， 即硅烷浸渍处 理能够降低冻融后混凝土的质量损失 ， 但无法确保 混凝土内部损伤 ， 即弹性模量 的降低[ 1 9 】 。 冻融破坏 环境下 ， 分除冰盐环境与水冻环境来规定其抗冻性 评价指标。化学腐蚀环境下 ， 采用浸泡后无可见缺 陷和剥落来评 价 ；磨蚀环境下 ，规定磨耗 比小于 7 O ％， 这就构成 了高速铁路浸渍混凝土的技术要求 ， 见表 5 。 在正式施工前所进行的硅烷浸渍喷涂试验 ， 可 以只检测渗透深度 、 吸水率 比和氯离子吸收降低率 三个指 标 。 3 实体结构防护效果技术要求 实体结构防护效果 是对 硅烷浸渍处理技术最 终效果的整体评价 ， 它不仅是对浸渍材料本身的评 价 ， 也是对浸渍材料施工质量的评价。实体结构防 护效果 的评价必须基于三个原则 一是非破损试 验 ； 二是操作方便 ； 三是试验结果敏感性高。硅烷浸 渍实体结构防护效果检测方法有基于 K a r s t e n量瓶 的表 面吸水率 、 基 于 A u t o C l a i m 的表层 混凝土 吸 水性 以及基于 P e r mi t 仪的表层混凝土氯离子扩散 系数[2 2 2 3 ] 。 作者曾在京沪高速铁路徐州段采用 P e r m i t 仪研究了硅烷浸渍混凝 土试验墩的抗 氯离子渗透 性 ， 如图 5所示 。对于未采用硅烷浸渍的试验墩 ， 其 电导率和电流随着 时间增长而快速增加 ， 而采用硅 烷浸渍的试验墩 ， 其 电导率和电流 随着时间的增长 几乎不变 。未采用硅烷浸渍的试验墩氯离子扩散系 数为 1 ． 0 7 x 1 0 m 2 ／ s ，采用硅烷浸渍的试验墩氯离子 扩散 系数仅为 0 ． 0 8 x 1 0 5 n 2 ／ s ， 两者相差 1 3倍 ， 这一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李化建 ， 易忠来 ， 谢永江高速铁路混凝土结构硅烷浸渍防腐蚀措施技术要求的研究 0 6 0 0 0 i 40 0 0 曲 脚 2 0 0 0 O 一 一一。 ， ， 一 ／ ， ／ 硅烷浸渍处理 ／ 。 。 。 ⋯一⋯一 一 一一 未处理 ／ ／ 0 { o 0 建 50 0 时间／ mi n 时间／ mi n a 电导率一 时间曲线 b 电流一 时间曲线 图 5 硅烷浸渍混凝土试验墩 p e r m i t 试验结果 表 6 硅烷浸渍实体结构防护效果评价 方面说明硅烷浸渍可 以显著降低混凝土抗氯离 子 渗透性 ， 另一方面也说 明 P e r m i t 仪适用于评价硅烷 浸渍实体结构防护效果 。 对于高速铁路而言 ， 提出 了基于 K a r s t e n量瓶和基于 P e r mi t 仪的防护效果评 价方法 ， 如表 6所示 。鉴于 目前混凝土结构使用寿 命 的预测多是基于氯离子扩散系数 ， 建议优选采用 表层混 凝土氯离子扩散系数来评价硅烷浸渍 防护 效 果 。 2 ． 4 、硅烷浸渍防腐蚀技术施工要求 1 基底要求 在 喷涂硅烷 之前 应确保混凝 土外表 面处 于面 干状态 ， 混凝土养护龄期应不少于 2 8 d 。 混凝土基体 应保 持清洁 ，可 以用饮用水对混凝土表 面进行 清 洗 ， 清洗后应 自然干燥 7 2 h 。当混凝土基体有蜂窝 、 露石 以及大于 0 ． 2 mm的裂缝 时 ，应对基体进行修 补 ，喷涂修补后混凝土基体 的养护龄期不得少 于 1 4 d [ 。 2 喷涂环境要求【 喷涂 时混凝土表面温度应在 5 ～ 3 5 c I 之间， 环境 的相对湿度不宜超过 6 5 ％，现场不允许有明火 ， 且 保持通风条件 。施工温度低 于 5 ℃、有强烈 阳光直 射 、 风力大于 4级 以上或降雨时， 不得施工。 3 喷涂控制要求[ 聊 混凝 土硅烷浸渍材料应连续或多次喷涂， 涂刷 ， 使浸渍表面饱和溢流 ，喷涂 的次数至少为 2次 ， 两 次喷涂 的时间间隔不宜少于 6 h 。水平面施工 ， 喷涂 一7一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 1 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 6期 或涂刷至基材表面润湿或至镜面状 。立面或仰面施 工 ， 宜采用膏体硅烷 ， 应 自下而上进行施工 ， 液体硅 烷垂流长度宜为 1 5 - 2 0 c m。硅烷浸渍喷涂量的控制 与基体混凝土的密实性 、 喷涂结构外形 以及硅烷浸 渍 材料状态等有关 ， 混凝土密实度高 ， 硅烷浸渍用 量 就大 ， 结构处理立面或仰面 ， 硅烷浸渍材料在施 工 过程 中损失就大 ； 对于立面或仰面结 构 ， 膏体硅 烷应 比液体硅烷在施工过程 中损失少 。有研究表 明， 当基体混凝 土水胶 比较 高时 ， 硅烷乳液用量不 应少于 3 0 0 g ／ m ， 硅烷凝胶用量不应少于 2 0 0 g ／ m ； 当 基体混凝土水胶 比较低时 ， 硅烷乳液和硅烷凝胶的 用量为 l O O g ／ m 时即能获得较好 的抗氯离子渗透性 效果 。硅烷浸渍材料用量以 2 0 0 ～ 3 0 0 g ／ m 为宜。 4 养 护 硅烷浸渍 1 O h内自然风干 ， 确保被浸渍混凝土 结构表面 3 d不得暴露于腐蚀介质。 3结论 与建 议 硅烷浸渍防腐蚀技术 已经经过 3 0多年的实际 工程检验 ， 可以作为高速铁路混凝土结构 的防腐蚀 强化措施。 本文所提出的硅烷浸渍材料 、 硅烷浸渍混凝土 以及实体结构防护效果的技术要求 ， 可以为我国高 速铁路混凝土结构防腐蚀设计提供指导 。 硅烷浸渍 防腐蚀技术在氯盐环境 、 除冰盐环境 以及磨蚀环境下 的适用性 已得到广泛验证 ， 但在盐 类结晶破坏环境 、 化学侵蚀环境以及极端严寒环境 下 ， 硅烷浸渍技术的防护效果尚待深入系统研究。 参 考 文献 [ 1 】 T B 1 0 0 0 5 2 0 1 0 铁路混凝土结构耐久性设计规范 【 S ] ． 北 京 中国铁道 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 赵国堂 ，李化建 ． 高速铁 路 高性 能混凝 土应用管 理技术 [ M】 ． 北京 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 孙 高霞 ． 混凝 土表 面渗透 性有 机硅 防水涂 料 的研究 [ D ] ． 南京 南京水利科学研究 院， 2 0 0 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r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n W a t e r Re p e l l e n t Tr e a t me n t o f B u i l d i n g Ma t e ri a l s ．Z u ri c h Ae d i fi c a t i o n P u b l i s h e r s ，1 9 9 8 2 0 5