混凝土表面防水处理与氯离子隔离层的建立_FolkerH_Wittmann
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第8卷第1期2005年2月建 筑 材 料 学 报JOURNALOFBUILDINGMATERIALS Vol.8,No.1Feb.,2005
收稿日期:2003-11-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(50378045);青岛市科技局资助项目(04-2-JZP-9)作者简介:FolkerH.Wittmann,男,教授,博士生导师,俄罗斯科学院院士.
文章编号:1007-9629(2005)01-0001-06特约专稿混凝土表面防水处理与氯离子隔离层的建立FolkerH.Wittmann1, 战洪艳2, 赵铁军2(1.AedificatInstituteFreiburg,Freiburg,Germany;2.青岛理工大学混凝土耐久性维护与修复研究中心,山东青岛266033)
摘要:介绍了3种有机硅防水剂在混凝土表面上的防水处理试验;对防水剂渗透深度进行了多方面比较研究,由此制定出防水剂渗透深度的应用标准,或对具体的防水处理要求给出了相应的防水剂用量;对经不同防水处理及未经防水处理的混凝土进行吸水对比试验,比较不同防水处理方法的效果;将混凝土与海水持续接触28d,检测渗透到混凝土中的氯离子分布.关键词:混凝土;防水处理;防水剂;渗透深度;氯离子隔离层中图分类号:TU528 文献标识码:A
WaterRepellentTreatmentofConcreteSurfaceandEstablishmentofChlorideBarrier
FolkerH.Wittmann1, ZHANHong-yan2, ZHAOTie-jun2(1.AedificatInstituteFreiburg,Freiburg,Germany;2.CentreforDurability,MaintenanceandRepairofConcrete,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266033,China)
Abstract:Comparativestudiesofthepenetrationdepthwhileusingthreedifferentwaterrepellentagentsonfourtypesofconcretewerepresented.Basedonthestudyresults,criteriatoobtainarequiredpenetrationdepthwereformulated.Anappropriateapplicationtechniquetohavethenecessaryamountofwaterrepellentagentabsorbedbyagivenconcretequalitywasalsoindicated.Waterabsorptionofconcretetreatedwiththreedifferentwaterrepellentagentswasdetermined.Untreatedandwaterrepellenttreatedconcretesampleswereexposedtosalinewaterfor28d.Thenthechlorideprofilesweredeterminedexperimentally.Keywords:concrete;waterrepellenttreatment;waterrepellentagent;penetrationdepth;chloridebarrier
用适当方法制备并良好养护的混凝土通常是耐久的,如2000多年前建造的古罗马建筑.但是,如果混凝土所处的环境非常恶劣,而且没有采取充分的防护措施,混凝土将很快遭受破坏.一些现代的混凝土结构实际使用寿命只有20~30年,在此之后,就需进行昂贵及违反生态要求的修复工作.混凝土的破坏常常是由化学侵蚀作用或化学、物理的共同作用引起的,其中由氯离子引起的钢筋锈蚀而导致的混凝土结构破坏最为常见.氯离子通过毛细作用进入混凝土孔隙中,这个过程发生得比较迅速[1].进入混凝土内部的氯离子将继续向其它孔隙中扩散.经验证明,未经任何表面防水处理的混凝土,如果连续几年与海水接触或经受除冰盐作用,其内部氯离子渗透深度可达40~100mm.表面防水处理是减少多孔材料毛细作用最有效的方法[2,3].但防水处理要有明确的目的,要建立在一定的技术规程之上,并需有严格的质量保证体系.在防水处理技术的各种参数中,防水剂的渗透深度、含量与分布对防水处理效果起着决定性的作用[4].本文介绍了3种防水剂在不同配比混凝土上的应用效果,为混凝土防水处理技术的选择和应用提供了可靠的依据;本文同时介绍了获得较高防水剂渗透深度的方法,并对经过防水处理及未经防水处理的混凝土进行海水试验,测量其中氯离子的渗透量与分布,以此检验氯离子隔离层效果.
1 试样制备和养护共制备4组不同配比的混凝土,原材料均使用青岛当地的碎石、砂子和42.5普通硅酸盐水泥,其中碎石最大粒径为25mm.有3组试块水灰比分别为0.4,0.5和0.6,另外还有1组试块水灰比为0.5但用粉煤灰等重取代了20%的水泥.具体配比见表1.
表1 混凝土配比Table1 Mixproportionsofconcretes
TypeofconcreteMixproportionP(kg#m-3)CementSandGravelWaterFlyashA(mwPmc=0.4)38057912691520B(mwPmc=0.5)32065312671600C(mwPmc=0.6)30071012101800
D(mwPmc=0.5)256653126716064
新拌混凝土在钢模中成型为100mm@100mm@100mm的立方体试块.为了不影响防水处理质量,钢模中不使用脱模剂.混凝土成型2d后拆模,并将试块放在温度(20?3)e、相对湿度\90%的养护室中养护.14d后将试块切成两半(切口垂直成型面)并置于温度(20?3)e、相对湿度约为50%的试验室中继续养护42d,然后进行表面防水处理.
2 防水处理试验中选用的3种防水剂见表2,其中,J1为硅烷溶液,J2为硅烷乳液,J3为硅烷凝胶.表2 试验用防水剂类型及组成Table2 Briefcharacterizationofthewaterrepellentagents
TypeFormMajorcomponentActivesubstancecontent(bymass)P%J1LiquidOctyltriethoxysilane,isooctyltriethoxysilane100J2CreamAlkylalkoxysilane,ethanol70J3GelSilane,bentonite80
1)RILEMTestMethodCPC11.2.Absorptionofwaterbyconcretebycapillarity.TC14-CPV,1982. 用硅烷溶液进行防水处理的实验步骤:每组混凝土选用3个试块.将每个试块用石蜡密封半块四周表面,然后将其浸于硅烷溶液中1),接触时间分别为1,2,4h.同时,在0.5,1,1.5,2,3,4h时,分别称量溶液中试块的质量,然后取出并放于试验室(温度(20?3)e,相对湿度50%)中,1周后从侧面切下10mm厚的混凝土片.向新切的混凝土表面喷水.因为浸有防水剂部分的混凝土憎水,其相对于未浸防水剂混凝土吸水部分的颜色较浅,所以很容易测出防水剂的渗透深度.沿试块边缘每隔10mm测量1个渗透深度,算出平均值和标准方差.最后用石蜡密封切割表面,再次将混凝土浸入硅烷溶液中进行防水处理,接触时间为1h.1周后测量防水剂的渗透深度.
2建 筑 材 料 学 报第8卷 用硅烷凝胶和硅烷乳液防水剂进行防水处理是将它们各自均匀涂在混凝土表面上,每组混凝土选用3个试块,防水剂的总用量均为600gPm2.第1个试块分3次处理,每次涂刷量为200gPm2;第2个试块分2次处理,涂刷量依次为400gPm2和200gPm2(每2次涂刷防水剂的间隔时间为1周);第3个试块为一次处理,涂刷量600gPm2.每次涂刷防水剂1周后测量防水剂渗透深度,测量方法与硅烷溶液相同.
3 试验结果及讨论3.1 硅烷溶液的吸收以往试验证明,单位面积混凝土对非反应性溶液的吸收量S(t)与吸收时间t的关系符合时间开方定律)))S(t)=At.而本文所用混凝土单位面积对硅烷溶液的吸收量与吸收时间的关系则显然不符合上述定律(见图1).最近Sosoro提出并讨论了这个问题[5].当硅烷溶液被吸收到混凝土中时,有一系列化学反应发生,致使液体粘滞系数增加、表面张力降低,毛细作用系数A(t)随时间逐渐降低,而不再是一个常数,因此S(t)~t关系不再符合时间开方定律.根据吸收曲线形状(见图1),可假设A(t)随时间的变化规律符合下列指数函数方程(1)A(t)=C1(1+C2exp(-C3t))(1)由于将指数函数方程(1)代入方程S(t)=A(t)t后,所得结果与试验数据拟和很好,因而指数函数方程(1)中的参数C1,C2和C3即可据此求得.由式(1)绘出A(t)随时间的变化规律如图2所示.由图可见,硅烷溶液被混凝土吸收主要发生在最初的2h内,尔后吸收逐渐达到平衡.对指数函数方程(1)所描述的混凝土的毛细作用系数随时间t变化过程,目前还没有进行更深入的研究.另外,混凝土内湿度分布不同,也会使混凝土的毛细作用系数发生变化.
1)ZhanH.,F.H.Wittmann,ZhaoT..Comparativestudytoinvestigatethepenetrationdepthofdifferentwaterrepellentagentsintodifferenttypesofconcrete.Internalreport.2003.
图1 硅烷溶液吸收量S(t)与吸收时间的关系及其拟和曲线Fig.1 Silaneliquidabsorbedby4typesofconcreteasfunc-tionofcontacttime图2 毛细作用系数A(t)与吸收时间的关系 Fig.2 Coefficientofcapillarysuctionasdescribedbyequation(1)asfunctionofcontacttime
3.2 渗透深度试验中测得的所有防水剂渗透深度的最后平均值d及其标准方差R见表3.关于防水剂渗透深度更详细的内容参见有关报告1),防水剂渗透深度的部分试验结果也曾在第六届国际材料科学与修复会议(MSR-VI)上发表[6~9].表3结果表明:如果把已在硅烷溶液中浸渍过1,2,4h的混凝土再进行1h的防水浸渍,实际上防水剂渗透深度并不一定增加很多;用硅烷乳液或凝胶进行防水处理的混凝土,第2次和第3次