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渗透结晶型外表面涂层对混凝土耐久性的防护作用是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-10-17

混凝土由于原材料来源广泛、价格低廉、性能优越等特性,今天已经成为工业与民用建筑、港口码头、道路桥梁等多种多样工程建设首选的建筑材料。但长期以来,工程技术人员对混凝土耐久性问题缺乏认识,普遍认为混凝土结构的使用寿命无须维护可达40~50年。直至20世纪80年代后,由于各种原因许多工程使用不到20年,就已经出现不同程度的破坏,混凝土过早劣化的问题才得到普遍重视,也投入了大量的人力、物力,对涉及耐久性问题进行研究和处理。

造成混凝土劣化的主要原因依次排列为钢筋锈蚀、冻融循环、碱-集料反应以及硫酸盐侵蚀等方面。以上几种原因里,膨胀和开裂的原因都与水有关,同时水也是侵蚀性介质(如氯盐、硫酸盐等)扩散进入混凝土体内的载体。因此,阻止水分和侵蚀性介质与混凝土接触也是提高混凝土耐久性的有效方法之一,特别是提高既有建筑的混凝土使用寿命,防止混凝土性能过早劣化的主要方法。

一、涂层材料

可用于混凝土耐久性防护的涂层材料来源很广,但并不都能满足混凝土防护的要求。涂层材料至少应具备以下两个特点:

(1)涂层材料自身由于长期暴露在侵蚀环境和有害介质中,经受风吹、雨打、日晒和多种外界破坏作用,必须具有很好的抗侵蚀性和抗老化性。

(2)涂层材料能与混凝土表面良好地结合,并对下一道外装饰工序和工程的整体外观无不利影响。

有资料介绍某些外表面涂层材料的使用效果,如高弹性的丙烯酸橡胶涂层、硅烷等有机硅涂层等,但丙烯酸橡胶材料、有机硅等材料均为有机材料,本身存在老化等问题,而且有机硅材料难以渗透进入较密实的混凝土中,渗透深度在施工中也不易控制。

水泥基渗透结晶型涂层材料是由普通硅酸盐水泥、精细石英砂和各种特殊的活性物质混配而成的防水防腐材料,涂在混凝土表面能水化并形成大量的凝胶状结晶,它吸水膨胀好比一个“弹性体”起到密实和防护的作用。而且其中含有低分子量的可溶性物质,可通过表面水对结构内部的的浸润,带入内部孔隙中,与混凝土中的Ca(OH):生成膨胀的硅酸盐凝胶,堵塞了混凝土内部的孔隙,使混凝土结构从表面至纵深逐渐形成一个致密区域,可阻止水分子和有害物质的侵入。

二、混凝土劣化的主要诱因

P.K.Mehta提出过一种概括混凝土劣化原因的整体论方法和混凝土两阶段损伤模型。任何经适宜捣固和养护良好的混凝土,直到内部的微裂缝与孔隙形成的网络或通道到达混凝土表面之前,基本上都不会透水。当结构承载以及外界环境的侵蚀性作用后,水泥砂浆与粗集料间的过渡区原有的微裂缝就会扩展,这发生在结构-环境相互作用的第一阶段。

一旦混凝土失去水密性,混凝土体内达到水饱和后,对混凝土劣化起决定影响的水和各种离子就很容易侵入,这意味着第二阶段损伤的开始,这时的混凝土由于膨胀、开裂、失重和渗透性增大逐渐劣化。第一阶段相当于损伤的潜伏期,第二阶段相应为损伤在环境作用下逐渐加剧期。

空气中CO对混凝土的碳化作用和海水或空气环境中的氯离子对混凝土的渗透都会造成混凝土钢筋锈蚀,金属铁氧化后体积急剧膨胀,导致钢筋附近的混凝土层破裂,从而造成结构物的严重破坏。

混凝土的外表面涂层可以有效阻止外界水分子和有害介质对混凝土的侵蚀,防止钢筋锈蚀,并大幅提高混凝土的耐久性,延长结构物使用寿命。

从抗碳化、抗氯离子渗透及抗水压渗透试验表明,水泥基渗透结晶型外表面涂层对混凝土耐久性有较好的防护作用,能有效提高混凝土抗有害介质侵入和抗水分子渗透的能力。

1.0kg/m厚度的涂层可以提高不同龄期混凝土的抗碳化和抗氯离子渗透能力约100%,对抗水压渗透能力的提高更为明显。若再提高涂层厚度,防护能力并不能按比例增长。

水泥基渗透结晶型表面涂层已应用在某些桥梁工程,用于修补桥梁工程在设计或施工过程中混凝土保护层厚度不足可能造成的耐久性破坏隐患。

水泥基渗透结晶型涂层材料由于具有优良的抗老化能力、抗腐蚀能力以及与混凝土的良好结合,可以在各类海港工程、桥梁工程和工业与民用建筑工程的耐久性防护中广泛推广和应用。

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