有机硅烷浸渍技术在混凝土防腐蚀应用的技术发展

有机硅烷浸渍技术在混凝土耐久性防腐蚀应用的技术发展上海港湾工程设计研究院泉州市思康新材料发展有限公司二0一二年九月中国防腐工程学术交流会有机硅烷浸渍技术在混凝土耐久性防腐蚀应用的技术发展上海港湾工程设计研究院吴三余泉州市思康新材料发展有限公司谢志明一二年九月.徐州中国防腐工程学术交流会目录第一部分混凝土结构的腐蚀第二部分硅烷浸渍防腐蚀技术第三部分国内外技术发展动态第四部分执行标准及发展应用前景第五部分硅烷浸渍施工质量控制中国防腐工程学术交流会混凝土结构的腐蚀硅烷浸渍防腐蚀技术国内外技术发展动态执行标准及发展应用前景硅烷浸渍施工质量控制1.混凝土结构的腐蚀钢筋混凝土的结构老化给世界带来严重损失不足造成的直接和间接损失，在欧美发达国家已经造成严重的财政负担。目前我国的基础设施建设规模已达到全世界的结构耐久性已是关系到我国长期稳定发展的重要问题筑结构的使用寿命成为节约资源的重要途径利润源，这也是实现科学发展观的必然要求“混凝土危机”时代来临，提高基建寿命工程寿命是最大的解约中国防腐工程学术交流会混凝土结构的腐蚀钢筋混凝土的结构老化给世界带来严重损失，由混凝土结构耐久性在欧美发达国家已经造成严重的财政负目前我国的基础设施建设规模已达到全世界的30­40%，混凝土是关系到我国长期稳定发展的重要问题，提高混凝土建筑结构的使用寿命成为节约资源的重要途径、我国经济新的增长点和这也是实现科学发展观的必然要求！，提高基建寿命工程寿命是最大的解约！混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会*美国联邦高速公路管理局(FHWA):美国近筋腐蚀病害,每年需750亿美元的维修费*据统计，日本目前每年仅用于混凝土结构维修的费用即达大约有12.4%的钢筋混凝土结构损坏是因钢筋锈蚀引起的的新干线使用不到10年，就出现大面积混凝土开裂混凝土结构的腐蚀美国近60万座桥梁中50%以上出现钢亿美元的维修费,占年总建造费的1.25%。日本目前每年仅用于混凝土结构维修的费用即达400亿日元，的钢筋混凝土结构损坏是因钢筋锈蚀引起的。日本引以为豪就出现大面积混凝土开裂、剥蚀现象。典型案例西直门立交桥­­北京的第一座立交桥，1980.12.建成，1999年拆除，服役只有19年。1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会* 2008年我国国民经济生产总值30万亿*据统计至2011年已建成64万座桥梁*2011年全国水泥产量20.63亿吨。据统计境内的石灰石矿山全部制成水泥将在如何选择出路？腐蚀有时候不是不可以减缓和避免的据统计，30%的腐蚀损失如果采用防腐蚀新材料技术、新工艺和有效的防腐蚀措施是可以避免的混凝土结构的腐蚀万亿，但当年我国腐蚀损失达9000亿。万座桥梁，但30%以上已经出现病害。据统计，按照当前的基建规模，中国境内的石灰石矿山全部制成水泥将在30年内开采用完。腐蚀有时候不是不可以减缓和避免的！的腐蚀损失如果采用防腐蚀新材料、新新工艺和有效的防腐蚀措施是可以避免的。1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会氯离子等侵蚀钢筋锈蚀冻融循环碳化作用碱-骨料反应表面生物侵蚀受环境的物理、化学、生物侵蚀作用，从而导致混凝土结构劣化和建筑结构使用寿命缩短。影响混凝土耐久性的主要因素有：混凝土结构的腐蚀1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会氯离子侵蚀作用：Ⅰ、Fe        Fe 2+ +2e ‐ Fe 2+ +2Cl ‐ FeCl 2 FeCl 2 +H 2 O+OH ‐ Fe(OH) 2 +H + + 2Cl Ⅱ、2 Fe+1.5O 2 +H 2 O 2FeO(OH) 图2002 混凝土结构的腐蚀 + 2Cl ‐ 氯离子是钢筋锈蚀的重要加速剂（破坏钢筋钝化膜）。氯离子溶液的侵入作用，使钢筋氧化，Fe体积增加2.5倍。氯离子侵蚀环境分布区域：海洋环境除冰盐腐蚀盐湖环境西北盐渍土带 图 受海水氯离子腐蚀，东南某沿海高速桥梁， 2002年建成，2007年进行加固维修。1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会混凝土中性化: 1、碳化作用： Ca(OH) 2 +H 2 O+CO 2 CaCO 3 +2H 2 2、酸雨侵蚀：随着工业的增长及城市化进程的加快，我国近年来的环境污染，酸雨与汽车尾气对于钢筋混凝土的危害比碳化更为严重。 3、汽车尾气污染混凝土结构的腐蚀 2 O 保持钢筋钝化最低PH=9.5，碳化结果可使PH9，使混凝土中性化，致使钢筋锈蚀不可避免。1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会盐类侵蚀作用: 3CaO•Al 2 O 3 +3CaSO 4 •2H 2 O+26H 2 O 三铝酸钙在盐类的侵蚀下，会产生成倍的体积增长盐类侵蚀作用引起混凝土体积膨胀、开裂易修补和挽救。我国西南和西北地区，地下水和土壤中混凝土结构的腐蚀 3CaO•Al 2 O 3 •3CaSO 4 •32H 2 O 会产生成倍的体积增长开裂、破坏，发生后很难阻止，不地下水和土壤中SO 4 2­ 含量较高，更应引起重视。1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会 1、霉菌、微生物侵蚀: 南方高温高湿气候，混凝土表面生物侵蚀是混凝土结构破坏的主要原因之一。不仅影响混凝土结构外观，微生物所带来的酸性环境也构成了对混凝土的破坏，所产生的生物酸对混凝土的腐蚀作用会导致混凝土表面污损、表层疏松、砂浆脱落、骨料外露，严重时产生开裂和钢筋锈蚀 2、海生物滋生的某沿海桥梁混凝土结构的腐蚀混凝土表面生物侵蚀是混凝土结构微生物所产生的生表层疏严重时产生开裂和钢筋锈蚀。1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会冻融破坏作用: 混凝土结构的腐蚀图首都机场3 号航站楼前高架桥通道护栏底座及人行道路面砖等混凝土结构受融雪剂侵蚀及冻融破坏。1.混凝土结构的腐蚀中国防腐工程学术交流会美国著名混凝土专家梅塔教授（P.K. Mehta）曾经有如下论述：“从长远角度来看，混凝土的可穿透性或渗水性是唯一与耐久性直接相关的特征。”大量事实证明，防止了水的进入，混凝土结构的病害，包括钢筋锈蚀、碱骨料反应和冻融循环破坏根本就不会发生。液态水举的混凝土破坏过程都与液态关。所以，采用适当的防水措施将可以避免上述破坏的发生混凝土结构的腐蚀水是众多混凝土破坏因素的载体。前面所举的混凝土破坏过程都与液态水的存在直接相，采用适当的防水措施将可以避免上述破坏的发生。2.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会硅烷浸渍混凝土防护技术长期以来，混凝土的保护材料主要是如环氧涂料土作为一种多孔性基材，用于混凝土结构通常不到影响保护效果。作为一种与涂料有本质区别的创新性保护方法被广泛应用于桥梁、港口、码头、工业与民用建筑的保护高效的提高混凝土耐久性的重要措施。硅烷以一种最简单、最有效、最经济的方式将水与混凝土隔离与比拟的施工价值。硅烷浸渍混凝土防腐技术硅烷浸渍混凝土防护技术混凝土的保护材料主要是如环氧涂料、聚氨酯涂料等成膜性涂料，由于混凝用于混凝土结构通常不到5～10年涂层就会出现空鼓、沾污、变色，一种与涂料有本质区别的创新性保护方法，实践证明硅烷浸渍保护混凝土的措施经是工业与民用建筑的保护，逐渐发展成为一种经济、方便、最经济的方式将水与混凝土隔离，使它具有其他防水材料无2.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会硅烷是一种性能优异的渗透型浸渍剂，具有小分子结构，深层渗透混凝土毛细孔壁与水化的水泥发生反应形成聚硅氧烷互穿网络结构，通过牢固的化学键合反应，赋予混凝土表面的微观结构长期的憎水性，并保持呼吸透气功能，大大降低了水和有害氯离子等的侵入，确保了混凝土结构免受腐蚀。硅烷作用机理：硅烷浸渍混凝土防腐技术2.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会小分子结构能深层渗透混凝土表层， 0.2mm裂缝自愈合及防水层自我修复能力硅烷浸渍混凝土防腐技术，优异的斥水性能，裂缝自愈合及防水层自我修复能力2.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会保持混凝土自由呼吸，比涂层体系更耐久的保护性能硅烷浸渍混凝土防腐技术比涂层体系更耐久的保护性能2.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会极佳的抗氯离子侵蚀性能※英国Transport Research Laboratory 混凝土钢筋混凝土腐蚀问题进行实验发现防氯离子渗透的作用，但只有硅烷能大幅降低腐蚀电流 Pearson­Kirk发表于1994年Bridge Assessment Management and Design一书]。※ M.J Ryall “Bridge Management” BA33,1990）建议使用异丁基三乙氧基硅烷用于新结构与尚未发生腐蚀的钢筋混凝土，并认为硅烷是最有效与最经济的混凝土防氯离子材料硅烷浸渍混凝土防腐技术 Transport Research Laboratory于1987年及1990年同样针对混凝土钢筋混凝土腐蚀问题进行实验发现，虽然大部分防护材料都能有但只有硅烷能大幅降低腐蚀电流[Donald Bridge Assessment Management and M.J Ryall “Bridge Management”一书提及英国BD43,1996 and 建议使用异丁基三乙氧基硅烷用于新结构与尚未发生腐蚀并认为硅烷是最有效与最经济的混凝土防氯离子材料2.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会优异的抗冻融及抗盐冻性能依照目前国内外对混凝土冻融破坏理论的研究研究中，Fagerlund经过研究发现处于密封干燥状态下的混凝土在冻融循环过程中几乎不受影响，表明混凝土抗冻破坏取决于硬化的水泥浆体是否含有可冻水、含水量以及可冻水在冻结过程中是否能产生足够的应力破坏水泥石的内部结构。混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生冻融破坏的必要条件混凝土的冻融破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面混凝土表面后，通过改变水与混凝土界面的接触角使得混凝土成为憎水性材料，经过硅烷浸渍技术保护的混凝土结构其自身吸水量非常小免了因冻融产生的混凝土破坏，可解决冻融及盐冻引起的混凝土剥落和风化，提供长久的耐侯和防水保护。硅烷浸渍混凝土防腐技术依照目前国内外对混凝土冻融破坏理论的研究，在临界饱和程度理论经过研究发现处于密封干燥状态下的混凝土在冻融表明混凝土抗冻破坏取决于硬化的水泥浆体含水量以及可冻水在冻结过程中是否能产生足够的应混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生冻融破坏的必要条件。混凝土的冻融破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。硅烷浸渍通过改变水与混凝土界面的接触角使得混凝土成为憎水经过硅烷浸渍技术保护的混凝土结构其自身吸水量非常小，避可解决冻融及盐冻引起的混凝土剥落和2.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会在黑龙江省交通部门进行的硅烷浸渍用于混凝土抗冻融破坏的课题研究中，根据样板路段、样板桥使用硅烷浸渍和实验数据得出结论经硅烷浸渍保护后的结构体抗盐冻能力平均提升了丁基三乙氧基硅烷后抗盐冻能力提升烷抗盐冻能力在提升522%，C40砼涂异丁基三乙氧基硅烷抗盐冻能力在提升511%，C50砼涂异丁基三乙氧基硅烷抗盐冻能力在提升如下表：优异的抗冻融及抗盐冻性能试样 C30 基准 C30 涂硅烷后 C40 基准盐冻次数 7 45 硅烷浸渍混凝土防腐技术部门进行的硅烷浸渍用于混凝土抗冻融破坏的重点科研样板桥使用硅烷浸渍和实验数据得出结论，经硅烷浸渍保护后的结构体抗盐冻能力平均提升了5倍以上，C30砼涂异丁基三乙氧基硅烷后抗盐冻能力提升543%，C40砼涂异丁基三乙氧基硅砼涂异丁基三乙氧基硅烷抗盐冻能力在砼涂异丁基三乙氧基硅烷抗盐冻能力在提升441%。 C40 基准 C40 涂硅烷后 C50 基准 C50 涂硅烷后 9 56 12 652.硅烷浸渍混凝土防腐技术中国防腐工程学术交流会硅烷浸渍后混凝土结构在表层磨损后仍具有良好的保护能力加拿大有关单位根据磨损后性能测试实验，对6种渗透型混凝土防护材料进行了磨耗性能测试其中包括硅烷、丙烯酸和环氧树脂等多种材料。在测试前右。第一次磨耗混凝土表层1mm后，此时丙烯酸和环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透的有效性下降到30%左右，而硅烷处理的