摘要：混凝土結構中存在的裂縫為侵蝕性離子如氯離子進入混凝土的便捷通道，對混凝土進行表面防水處理，則可有效提高結構的耐久性。實驗研究了在不同的裂縫寬度、不同的防水處理時機下，用有機硅凝膠防水劑進行防水處理的效果。結果表明，在0.1～0.4 mm的裂縫寬度范圍內，不管防水處理是在裂縫出現(xiàn)之前還是之后進行，與不進行防水處理相比，沿裂縫的氯離子含量都有大幅度的下降。
關鍵詞：裂縫；有機硅凝膠防水劑；防水處理；氯離子含量
中圖分類號：TU57+6 文獻標識碼：A 文章編號：1001- 702X（2007）07- 0034- 03
0 引言
微裂縫是混凝土的固有特征，混凝土結構中的裂縫主要成因包括荷載作用、混凝土的變形（膨脹和收縮）以及化學腐蝕（如堿骨料反應、鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕等）。微裂縫的存在為氣相、液相和可溶性離子的侵入提供了便捷的通道，直接影響到混凝土的滲透性和耐久性。
裂縫對于混凝土耐久性的影響關鍵在于加快了有害介質的傳輸，文獻[1]采用數(shù)學模型的方法對帶裂縫混凝土的氯離子滲透進行了預測，傳輸機制包括濃度梯度下的擴散，以及壓力梯度下的對流。不管是哪一種傳輸機制，都必須有水分存在，因此如果混凝土是斥水的，則可以有效阻止氯離子的侵入。
多年來，有機硅防水劑用于建材防水得到了廣泛的研究和應用[2- 5]，依據防止潮氣入侵的方法不同，防水劑可分為防水型和斥水型兩大類[6]。
本文主要研究有機硅凝膠防水劑（屬斥水型防水劑）對氯離子侵蝕帶裂縫混凝土的影響。
1 實驗
混凝土試件的水灰比為0.5，配合比見表1，其中減水劑摻量是其與水泥質量之比。所有原材料均來自青島本地，其中碎石最大粒徑20 mm，砂的細度模數(shù)為2.9，屬于中砂；水泥為32.5 普通硅酸鹽水泥（山水牌）。試件規(guī)格為100 mm×100 mm×300 mm，在試件的底部配2 根直徑8 mm 的鋼筋，保護層厚度是25 mm。用三點受彎的方法在試件的中部誘導產生1 條裂縫，加入鋼筋的作用就是防止試件的脆斷。在試件底面沿裂縫等分取8 個點，用裂縫讀數(shù)顯微鏡測量其寬度，取8 個點的平均值，使其平均寬度分別達到0.1 mm、0.2 mm 和0.4 mm，由于實驗條件所限，偏差為寬度的10%。
試件從養(yǎng)護室取出后，放在50 ℃的烘箱中干燥3 d，從烘箱取出，4 個側面用石蠟密封。第1 組試件不經過防水處理，分別誘導產生0.1 mm、0.2 mm 和0.4 mm 的裂縫，分別記為B- 1、B- 2、B- 4；第2 組試件在其底面涂上有機硅凝膠防水劑（用量為400 g/m2），然后放在（20±3）℃、濕度為60%的實驗室7 d，期間防水劑組分和混凝土充分反應，形成斥水層，再分別誘導產生0.1 mm、0.2 mm和0.4 mm的裂縫，分別記為B- G- 1、B- G- 2、B- G- 4；第3 組先誘導產生0.1 mm、0.2 mm 和0.4mm 的裂縫，再進行和第2 組相同的防水處理，并放在實驗室中養(yǎng)護7 d，分別記為B- 1- G、B- 2- G、B- 4- G。最后將所有的試件都放在3%鹽水中，浸入鹽水中的深度為（5±1）mm，毛細吸收28 d，溫度為（20±3）℃、濕度為60%。有機硅凝膠防水劑StoCrylHG 200（HG）的各項性能指標如表2 所示。
鹽水的毛細吸收實驗完成后，將試件切割、磨粉。試件的切割方法如圖1 所示。切出的混凝土小條在50 ℃的烘箱中烘1 d，然后用球磨機粉磨（在粉磨之前烘干是因為使用球磨機時試樣不能含水）。本試驗用pH- meter 儀器測量氯離子的含量。
2 結果及討論
因為有裂縫，所以氯離子的毛細吸收、滲透等作用有2 個方向：一個是從試件的底面向頂面，另外一個是從裂縫向兩邊。前者為滲透深度，后者把裂縫定義為原點，距離裂縫的距離x，并把裂縫兩邊對稱點的氯離子含量取平均值。為了更清楚地顯示裂縫的影響，用origin 軟件畫出裂縫區(qū)的氯離子含量等勢線圖。
2.1 不進行防水處理時氯離子含量（見圖2）
從圖2 可以看出，不進行防水處理時，沿裂縫的氯離子含量比離裂縫稍遠的地方氯離子含量高出很多，在毛細吸收作用下，鹽水可迅速充滿整個裂縫，并向裂縫兩邊擴散，裂縫兩邊11 mm 以內的氯離子含量比較高，超過11 mm 后，裂縫的影響不是很明顯。裂縫的影響深度都超過了80 mm，在一般情況下都會達到鋼筋的位置，使鋼筋較早銹蝕。但裂縫寬度的影響不是很明顯，需要進一步實驗研究。
2.2 先進行凝膠防水劑防水處理、再誘導產生裂縫時氯離子含量（見圖3）
從圖3 可以看出，進行凝膠防水處理后，沿裂縫的氯離子含量有了大幅度下降，僅相當于沒有進行防水處理時且離裂縫較遠處的氯離子含量，甚至稍有降低。說明進行凝膠防水處理后，在短期內，即使裂縫的寬度較大，沿裂縫的氯離子含量也不會很大。防水處理取得了較好的效果。
2.3 先誘導產生裂縫、再進行凝膠防水劑防水處理時氯離子含量（見圖4）
從圖4 可以看出，裂縫寬度為0.4 mm 時，沿裂縫氯離子含量和遠離裂縫的氯離子含量幾乎相同，用等勢線圖不能表現(xiàn)出裂縫的影響，所以沒有給出其等勢線圖。
先誘導裂縫、后進行防水處理時，凝膠防水劑可以沿著裂縫毛細吸收進入混凝土，使裂縫面形成斥水層，沿裂縫的氯離子含量就會明顯降低。沿裂縫的氯離子含量和離裂縫超過11mm區(qū)域的氯離子含量相差不大，且都比較小。裂縫寬度小于0.4 mm時，后進行凝膠防水處理取得了顯著的效果。
3 結論
?。?）不進行有機硅凝膠防水劑防水處理時，裂縫的影響寬度在11 mm 左右，即裂縫中氯離子向兩邊擴散、滲透的距離沒有超過11 mm，距離裂縫超過11 mm 時，氯離子進入混凝土的方式是從試件的底面滲透、擴散的一維過程。沿裂縫的氯離子含量比沒有裂縫地方的氯離子含量高很多，從而成為混凝土構件的薄弱區(qū)，極易造成鋼筋銹蝕，引起結構破壞。
?。?）不管是在裂縫出現(xiàn)前、后進行有機硅凝膠防水劑防水處理，都取得了較好的效果。在離裂縫較遠的地方，由于混凝土表層建立起來的氯離子隔離層，氯離子很難進入混凝土，滲透進入混凝土的深度不超過15 mm，且含量很低。
?。?）有機硅凝膠防水劑防水處理后，沿裂縫的氯離子含量也有了大幅的下降，防水處理在某種程度上可以彌補由于裂縫的出現(xiàn)帶來的負面作用。
參考文獻:
[1] Mohamed Boulfiza，Koji Sakai，Nemkumar Banthia，et al.Predic -tion of chloride ions ingress in uncracked and cracked concrete[J]. ACI materials Journal，2003，100（1）：38- 48.
[2] 李光亮.有機硅高分子化學[M].北京：科學出版社，1999：62- 75.
[3] 徐彩宣，陸文雄.有機硅化合物的疏水性能及其在水性建筑涂料中的應用研究進展[J].上海大學學報（自然科學版），2000（5）：40- 42.
[4] 肖燕平，聶昌頡.有機硅防水劑的制備及應用[J].有機硅材料及應用，1999（4）：23- 24.
[5] 黃月文，劉偉區(qū)，羅廣建.有機硅建筑材料[J].廣州化學，2001（1）：57- 63.
[6] Mastair W Stupart.Water repellent treatments for brickwork [J].Chemistry & Industry，1993（10）：809- 811.
