UC新型溷凝土有机硅渗透剂的研究与应用

’２１２’’２０００中国有机硅学术交流会论文集
ＵＣ新型混凝土有机硅渗透剂的研究与应用
王浩仁。

吴三余‘
（平湖市联台化学制品有限公司，浙江乎沏３１４２０１）
摘要：主要介绍用于港工混凝土建筑物保护材料——ｕｃ有机硅渗透剂的研制过程，验证了产品主要性能。

该产品价格为国外同类产品的柏％左右，且施工简便，无毒高效，是港工混凝土构件防腐蚀、耐老化非常有效的新材料，具有广阔的应用前景。

关键词：有机硅＇渗透荆，‘龟甲聚硅氧烷
海工建筑物在海洋盐雾及海水的侵蚀下，钢筋混凝土构件的耐久性受到很大影响。

梁、板、接点等处易遭受破坏，有的码头投入使用３年左右，码头梁板就出现锈斑，细微裂缝等轻微破坏。

连云港、宁波北仑港的码头使用８年左右，承重粱内部钢筋出现大面积的锈蚀。

舟山某军港码头纵、横梁箍盘出现锈断。

因未进行防腐处理而报废。

这些都是由于码头表面没有经过有效处理而引起的。

近１０年来，国内开始采用高分子涂层封闭剂作为砼建筑物保护的有效辅助措施，其耐久性得到延长，但选用的涂层封闭剂一般不耐紫外线，其使用寿命也较短。

目前我国香港地区开始使用有机硅材料，它能渗透到混凝土内部并进行交联固化，与混凝土一起构筑一道牢固的防水层。

但此材料基本上依靠进口，且价格很贵，在国内难以推广应用。

本课题主要开发性能优良。

价格能使国人接受的有机硅渗透封闭材料。

掌握并提供一套全面系统的涂装技术和涂层性能检测技术，通过现场暴露试验积累资料，发现问题，分析问题，解决问题，以期一次涂覆后，可延长混凝土建筑物使用寿命ｌＯ年以上。

ｌ研究方法
・吴三余：上海三航局韩研所离艇工程师。

过去，混凝土防护大多采用涂料的涂层保护，但常规涂料都有一个共同的致命弱点。

就是耐紫外线差，暴露在大气中易受到空气、水汽、阳光及海洋盐雾的侵蚀，使涂料中的高分子链断裂而老化，影响涂层的使用年限。

混凝土主要成份为ｓ她，它具有较强的极性和暖水性，水通过内部毛细管将有害物质（如ｃｌ一，ｓｏｊ。

等）带入混凝土构件内部．存留在孔隙的内表面。

水将成为化学反应和腐蚀的媒介，导致涂层产生“脱壳”，“起泡”，使涂层丧失保护作用。

涂层实际使用年限与理论年限有相当大的差距，这是我们需要设法解决的技术难题。

国外近几年研究出了多种混凝土有机硅渗透剂产品“”１，如异丁基硅烷，辛基或异辛基硅烷产品。

在港口码头、公路、桥梁等方面得到成功的应用。

我们开发研制的新型有机硅渗透剂产品，其技术性能要达到国外同类产品的性能。

经济指标要优于国外产品。

２ＵＣ有机硅渗透剂的研制２．１研制过程
港工混凝土的破坏机理：一个是混凝土受到大气中００２的侵蚀，内部碱性下降，ｐＨ值降低，混凝土内部钢筋钝化层减弱；另外海洋大气
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水位变动区及浪溅区段海水的氯离子渗透和侵入，直接导致钢筋锈蚀及发生冻融作用，从而引起混凝土内部的腐蚀。

所以，提高混凝土本身密实性和采用外加防护涂层的措施，是解决港工混凝土耐久性的有效办法。

我们以国外异丁基硅烷产品为主要参照物，研制新型的有机硅渗透剂，使其性能达到并超过国外同类产品的水平。

采用国内原料合成制备有机硅中间体，进行筛选原料主荆，扩散助剂。

进行配方的研究工作；通过憎水性、渗透性、耐海水性等性能实验进行配方调整。

室内实验选用德国、美国、香港、日本等国及地区渗透剂样品５种，国内有关疏水荆及有机硅中间体近２０种，溶剂，扩展助剂３０多种，进行多次合成、配制，筛选配方１５０多个，成型试件四批１０００多块，最终制得ＵＣ有机硅渗透剂，其主要性能指标如下：外观：无色至淡黄色透明液体；固含量：５０％４－ｌ％；粘度（”℃）：＜５０ｍＰａ・８；密度（２５℃）：０．８９—０．９０ｇ『甜。

２．２性能测试
２．２．１渗透性实验
将ｕｃ有机硅渗透剂与国外同类产品进行了渗透性对比实验，试件规格与实验方法为：试件尺寸：１×５×７ｃｍ３；规格（水灰比）：０．５５；温度：２５℃；相对湿度：７７％；实验方法：刷涂。

共２ｃｔ，时间间隔１５—３０ｒａｉｎ。

养护：室内室温放置４８ｈ。

检验方法：将试块一分为兰，把其断面浸入甲基兰水溶液中，１分钟后提起，观察断面颜色变化，若无颜色变化的层面为防水层。

其厚度为防水深度，每边取５点，合计２０点求平均值为渗透深度。

实验数据列于表１。

衰１渗曩深度对比实验
品种ｏ．４２ｗ／ｃｏ髫。

嚣ｏ．６ｓｗ／ｃ０．７５ｗ／ｃ
忧●ＩＩ捌，２漕４．０；。

ｔ善；瞄｝ｉ：岛豁、≯Ｉ｜；．。

瞢盎讲参连荆２．５４．０３．０５．０８，０麓匿口叠酬３．０５．０４．０６０９．０
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上毒１Ｆ●连荆１．０２，０１．０２．０２．５执州啪謦遗荆Ｉ．０２．０１．０３．０３．５
洼；１）番＿精Ｇ４Ｉｔ遗剂量异丁基硅瓤烷Ｉｔ透荆．德国Ｃ８参遗荆是异辛基硅瓤烷●遗刑，美圉ａ●遗捕是辛基氯烷誊遗村。

由表ｌ可看出，ＵＣ有机硅渗透荆，无论是在干燥的混凝土表面，还是润湿的混凝土表面，都具有优异的渗透性能。

２．２．２吸水率实验
吸水率实验是一个实验ＵＣ混凝土有机硅渗透荆耐海水性能及渗透效果的直观检测项目。

我们于１９９８年１１月２３日至１９９９年３月进行了第一批吸水率实验后，又于１９９９年４月至１９９９年９月进行了第二批吸水率实验。

实验结果见表２和表３。

表２自然条件下渗透捐暇水率实验
掸品名称试件廉重／８吸水后重，Ｅ吸水事，％
‘空白：¨２２３．３２２７１．６５有机砖砰氯参曩热２３６．９－２３８ｏ．拍Ｗ羹秘Ｈｃ甜２．１２１３ｏ．４２
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曲表２、表３可看出，砂浆空白试件（０．５５Ｗ／Ｃ）在自然状态下，吸水率一般为１．６％一１３孽垢０在烘千条件下吸水率为５％左右。

浸泡实验增鳘在３局蔚处于稳定。

涂装ｕｃ有机硅渗透剂试件的吸水率已接近或低于国外同类产品。

２ｔ２ｉ３耐海水币、温交替实验及抗氯离子性能箍：ｒ缡霸■瀑赫蘸蠹勰赫蝻海承及抗腐蚀的关。

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键项目，涂装ｕｃ渗透剂的混凝土试件在模拟的港工混凝土浪溅区及水位变动区环境的腐蚀条件下进行实验。

耐海水干、湿交替实验，以２４ｈ为一个循环周期：浸泡２２ｈ，空气自然风干２ｈ，从１９９８年１１月２３日至ｔ９９９年３月１日进行９８次循环（２３５２ｈ）实验。

１９９９年４月。

１９９９年９月第２次１５０次循环（３６００ｈ）实验，共进行４批氯化物测定工作。

涂装ＵＣ有机硅渗透剂试件抗氯离子衰减量与国外同类产品比较结果列于表４。

表４氯离子衰减量实验（水灰比０．５５）品种—ｊ！譬堕警备注有机硅一环氧渗透剂铂髓界面清晰ｕｃ渗透剂％舛界面清晰香港ｃａｔ基硅烷弱黯再新清晰
美国ｃＢ藩透剂裙∞再面精晰
德国ｃ８渗透剂９５９５界面清晰
杭州踟渗透剂３３３５界面请晰
占塞里堡墨型！！丝墨堕煎堂
由表４可看出，ｕｃ系列有机硅渗透剂抗氯化物性能在外表层１０ｍ及２０ｍ，都达到专题考核指标，总体上抗氯化物性能超过了美国辛基硅烷渗透剂性能指标。

我们同时进行了ＵＣ有机硅渗透剂在不同的水灰比、不同渗透深度的耐海水及抗氯化物性能实验，测试结果见表５。

袭５不同水灰比、不同渗遣靠度氯膏子囊藏量实验品种０．４删ｃｏ．５５ＷＩＣｏ．６５Ｗ１ＣＯ．７￥ｗｔｃ
ｕｃ编号１—１１—２ｔ一３ｌ一４
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由表５可看出：一
（１）水灰比大小对渗透荆的渗避效果及抗氯化物性能有一定影响．随水灰比增加渗透深度增加。

（２）不同深度切片抗氯化物效果不同，１０—２０ｍｍ深度切片要比０一加ｍ厚切片氯化物衰减量提高２％§溥舷盔由≈＿ｉ豳露鞭翱鞭肾：混凝土表面喷涂ｕｃ有机硅渗透剂，只要有３０ｍ厚的混凝土表层，就可完全抵挡氯化物及海水的侵蚀。

（３）水灰比为０．４２ＷＩＣ一０．６５Ｗ／Ｃ时，随水灰比增加，氯化物衰减增大，但当０．７５ＷＩＣ时．氯化物衰减有所降低。

２．２．４耐盐雾、耐老化实验
为了验证研制的ＵＣ有机硅渗透剂耐盐雾性能、耐老化性能，特委托中国船舶工业非金属材料技术检测中心进行检测。

研制的ＵＣ渗透剂的１６００ｈ耐盐雾、耐老化实验结果见表７。

囊７耐盐霉、老化实验螭果Ｉ水灰比０．５５１
名露耐盐雾ｌ啪ｈ耐老化１６００ｈ
Ｕｃ参遗刑无起泡、无脱落泛黄、元起泡、无裂齄美国岱誊进剂无起泡、无脱落泛黄、无起泡、无裂缝德国ｃ８垂透剂无起泡、无脱落泛黄、无起泡、无裂缝童堂堡釜蕉塑！差蕉望：差璺蔓垩曼：墨堡塑：重型箜由表７可看出，ＵＣ有机硅渗透荆耐盐雾、耐老化性能优良。

在耐老化性能方面，ｕＣ渗透剂性能优于美国辛基硅烷渗透剂、德国异辛基硅烷渗透剂和香港异丁基硅烷渗透剂；在耐盐雾性能方面，ＵＣ渗透剂性能与美国辛基硅氧烷渗透剂、德国异辛基硅烷渗透剂和香港异丁基硅烷渗透剂大致相当。

３ＵＣ有机建渗透剂实验结果分析
从上述实验结果分析，可知：
（１）ＵＣ有机硅渗透荆已达到了项目要求的技术指标：
渗透深度：１—４舯（最高可达８ｍｍ）；
混凝士表层氯化物衰减量≥８５％．（最高可达９８％）；
耐海水干湿交替＞，２３００ｈ；
耐盐雾性能≥１６００ｈ；
耐老化性能≥１６００ｈ。

（２）国外多采用高纯度单分子硅烷作混凝土渗透赫以‘据裔其活性。

毳们则通蛙建烷、硅
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氧烷（或聚硅氧烷）与活性扩展剂进行配比代替单分子硅烷产品。

这样不仅经济（比国外便宜４０％），而且安全，使用期比单分子硅烷长。

无毒性、无污染，是环保型的产品。

（３）ＵＣ有机硅渗透剂产品的防水性（憎水性）、耐海水、耐超常温腐蚀介质，抗氯离子性能已达到或超过国外目前推荐的先进产品。

（４）ＯＣ有机硅渗透剂施工工艺简便。

采用低压喷涂即可，施工效率比涂装涂料高出４．５倍，特别适于恶劣现场环境的施工。

・（５）从防水性、耐海水性能、抗氯离子侵蚀能力及抗紫外线和耐候性性能上看，ｔｉｃ有机硅渗透剂与目前国内混凝土防腐蚀涂料相比。

具有很大优越性。

在今后海工、港工混凝土大气区、浪溅区及水位变动区（平均潮区段以上）都适合用ＵＣ有机硅渗透剂进行防护处理。

总之，研制的ＵＣ有机硅渗透荆完全可代替国外昂贵的异丁基及辛基硅烷产品，又可取代目前国内污染环境、使用寿命短的防腐蚀涂料。

ＵＣ有机硅渗透剂的开发应用为港工混凝土防腐蚀技术提供了一种先进的技术和崭新的手段。

４ＵＣ有机硅渗透剂的特性４．１与混凝土基材有极好的附着力
混凝土中水泥、砂、石主要成分是Ｓｉｑ，以ｓｉ—０键形式存在；而ＧＳＹ有机硅渗透荆中含有Ｒ—ｓｉ，ｓ卜ＯＲ，ｓ卜ｍ—Ｓｉ及Ｓｉ—Ｈ键等，它们具有相同或相似的化学键，两者间的亲合力强。

同时，ＵＣ产品中部分硅烷与混凝土表面羟基形成新的“氢键”，发生缩合作用。

ＵＣ产品中的主要成份皆能与混凝土反应。

所以ｕｃ产品渗透到混凝土内部后。

在碱性和水（湿气）的作用迅速水解交联固化，并形成硅氧键，这样就与基材水泥牢固结合在一起；而聚硅氧烷交联后，对基材有增强作用，它的化学稳定性好，故与基材的结合牢固而持久。

由于ＵＣ渗透剂能与混凝土表面形成氢键或共价键。

就使与基材的附着力远远大于只有范得华力的常规涂料。

但是，在水浸泡的条件下，部分键会断开；接着，这些断开的键又重新与混凝土基材形成氢键或共价键Ⅲ。

这就使渗透剂与基材的附着表现出极强的自修复性，且借此消除渗透剂材料的内应力。

４．２特殊的性能—“透气不透水”
由于ＵＣ有机硅渗透剂中有不同有机基团和官能团效应作用，使混凝土内部结构发生变化。

渗透剂的ｃ４一Ｃ８之长链烷基具有较强的渗透性能，在０．７５Ｗ１Ｃ，可达８—９ｎｍ左右。

使有机硅元结点、均匀地分布在混凝土基材的微孔孔壁上，形成一层极薄的稳定膜。

混凝土的毛细微孔仍保持通畅，并不封闭毛细管通道，故可以透气。

“
渗透ｊ｝９的烷墓其有憎水作用，若有水份进入毛细管，由于烷基的憎水性极强，使混凝土表面张力降低，使水难以积聚在混凝土内部。

渗透荆中硅氧烷中的“一０・Ｒ”活性基团，通过不同活性基团这一关键技术革新以及配比的调整，可以控制水解及交联速度，使渗透荆有一定渗透时间。

当渗透剂“渗透”到有效的深度，渗透荆在混凝土上交联而达到“封闭”。

这就是ＩＪＣ有机硅渗透剂能起到“渗透一封闭”效果所在。

由于这种交联作用，使混凝土内部细微通道尺寸小到水无法通过，而只是空气通过。

这就是“透气不透水”的原因。

这样，在不改变混凝土构件内部结构状况下，阻止水和有害物质对混凝土的侵蚀。

４．３抗氯化物性能优异
由于ＵＣ有机硅渗透剂交联后，产物稳定，加上它钨粗止水及有害物质的浸渗，能很好地防止氯离子破坏，保护混凝土构件。

实验测得，抗氯化物衰减量达到９５％以上。

这一性能是其它混凝土表面处理憎水剂难以达到的，也是ＵＣ有机硅渗透剂能应用于海工混凝土防腐蚀
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的主要实验依据。

４．４优越的耐候性能
有机硅材料在阳光直射、臭氧等恶劣的气候条件下，长时间（３０年）保持材料的性能。

不易出现撕裂、龟裂、脆化，是半永久性的防腐蚀材料。

故经过ｕｃ有机硅渗透剂处理后。

混凝土构件防腐蚀在ｌＯ年以上是无疑的。

５ＵＣ有机硅渗透剂防腐蚀技术应用前景
ｕｃ系列有机硅混凝土渗透防腐蚀技术应用前景是基于材料本身特性、施工可行性及技术可靠性的基础上进行应用预测的。

国外已在公路、桥梁、码头、沿海建筑物的防水、防潮、防腐蚀工程中采用，成功的经验值得借鉴。

有机硅渗透剂既可用于新兴建筑物，又可用于陈旧建筑物的维修和保养；既可用于历史文物保护又可用于大型的工业建筑，应用具有广泛性。

从我国目前港１３码头混凝土建筑物考察结果看，现在大多数码头处于维修和保养期。

其中８０％混凝土构件表面需要进行防腐蚀处理。

业主、设计单位期待着新产品及新技术的出现。

可以说。

有机硅渗透剂应用有十分广阔的市场。

参考文献
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