【摘要】介紹最新的研究成果, 內(nèi)容涉及以有機硅納米抗?jié)B防水外加劑, 應用于振動壓制成型混凝土砌塊和路面磚, 大幅度降低了混凝土制品的滲水性, 抗泛堿性能得到改善。
【關(guān)鍵詞】有機硅納米; 防水外加劑; 混凝土砌塊; 路面磚; 應用
【中圖分類號】TU528.042 【文獻標識碼】C 【文章編號】1003- 5274(2008)02- 0016- 04
1 前言
振動壓制成型的混凝土塊體, 如混凝土砌塊(磚)、路面磚或水泥瓦等產(chǎn)品, 已經(jīng)被建筑業(yè)廣泛接受。由于混凝土自身的滲透性和親水性特征, 水分的遷移往往成為影響混凝土制品性能和耐久性的一個主要因素[1～3]。
滲透性導致混凝土產(chǎn)品在使用時出現(xiàn)“泛堿”現(xiàn)象,這已成為裝飾混凝土制品最棘手的問題。“泛堿”是由于水分在混凝土的毛細孔中遷移而引起的, 水分攜帶著水泥固化中產(chǎn)生的Ca(OH)2到達表面, Ca(OH)2在表面與空氣中的CO2發(fā)生碳化反應, 形成不溶性的白色鈣鹽斑痕。這種鈣鹽對混凝土制品的外觀是有害的[4]。
防水外加劑能夠?qū)⑺衷诨炷羶?nèi)部的遷移活動減至最小, 因此可以降低混凝土制品的吸水率和泛堿現(xiàn)象。傳統(tǒng)的油基防水外加劑, 例如硬脂酸鹽和油酸鹽類, 已經(jīng)在混凝土產(chǎn)品上使用了很多年[5]。但由于這類添加劑不能持久地連結(jié)在基材上, 因此其長期性能無法令人滿意。常用的混凝土抗?jié)B劑的作用原理, 即在混凝土內(nèi)形成疏水性硬脂酸鈣或油酸鈣的沉積物, 但因氣候以及微生物降解等作用, 這類抗?jié)B劑的作用會發(fā)生衰變。
最新的研究展示了一種涉及應用硅樹脂納米技術(shù)的新型外加劑———硅樹脂抗?jié)B防水劑。聚硅氧烷的納米級分子襯嵌在混凝土毛細孔壁上, 通過穩(wěn)固的硅氧烷鏈將混凝土的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷訹6～9]。硅樹脂外加劑克服了傳統(tǒng)非活性外加劑的固有局限。圖1系表明傳統(tǒng)的外加劑與硅樹脂外加劑在分子結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。
2 材料和基材
2.1 振動壓制的混凝土基材
除非另有說明, 本研究使用混凝土的膠砂比為1∶4,并加入少量的水, 以獲得半干狀的混合物(非流動性漿體)?；旌蠑嚢钑r, 首先將外加劑分散在水中, 然后再混入干混凝土混合料中, 隨后將半干的新拌混凝土壓入塑料模具中, 立即脫模, 得到高度為30mm、直徑為70mm的試塊( 圖2) 。試塊養(yǎng)護在室溫條件下, 用塑料膜覆蓋至少24h, 再繼續(xù)養(yǎng)護7d, 并達到近似恒重。
2.2 硅樹脂抗?jié)B防水外加劑
Silipell牌的硅樹脂抗?jié)B防水外加劑是一種含有活性硅樹脂的水基乳液, 硅樹脂通過穩(wěn)固的硅氧烷鏈與
混凝土組分反應, 形成襯嵌在混凝土毛細孔壁上的聚硅氧烷納米分子( 圖1) 。聚硅氧烷賦予混凝土有效的抗?jié)B性與防水性能[6～9]。圖3 表明含有0.05% Silipell 的預制混凝土塊體的防水效果。
3 結(jié)果和討論
3.1 抗?jié)B性
通過以下試驗來研究混凝土的抗?jié)B性能。毛細孔吸水率:按照德國DIN52617標準, 在實驗室用圖2 所示的試塊, 進行混凝土毛細孔吸水率測試。圖4系試塊24h的吸水率,結(jié)果清楚地表明: 含有Silipell外加劑的混凝土, 其毛細孔吸水率顯著降低;同時也表明在混凝土中摻加0.05% Silipell 就足以制造抗?jié)B混凝土制品。
抗泛潮能力: 抗泛潮試驗是將商品混凝土砌塊放置在水槽中進行測試。如圖5所示, 摻了Silipell的砌塊和空白樣砌塊同時放入水槽中24h后取出; 再將混凝土砌塊分成兩半進行目測觀察。結(jié)果顯示, 含有0.05%Silipell砌塊的內(nèi)部均是干燥的, 而對比的空白樣砌塊則完全被水浸透。試驗證明, 摻了Silipell的砌塊具有足夠的抗泛潮能力。
抗風吹雨打能力和抗有壓差水滲透能力: 該試驗是由澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究院, 按照ASTME54- 90進行的。這項試驗相當于風速為120km/h( 或500Pa) 的風吹雨打在用含有0.05% Silipell的混凝土砌塊砌筑的試驗墻片上( 圖6) , 砌筑砂漿中也摻入抗?jié)B防水劑, 以形成完整的防水墻系統(tǒng)。
試驗結(jié)果表明: 試驗墻片順利地通過了連續(xù)4d試驗期, 未見有水滲透過墻片, 這結(jié)果遠遠優(yōu)于ASTM標準要求的4h。不含Silipell的普通混凝土砌塊墻片,在同樣試驗條件下通常只可維持20min。
3.2 抗泛堿
加速泛堿試驗: 通過把混凝土試塊(圖2)放入10mm深、含有10%硫酸鈉的溶液中7d,在高出溶液面的試塊頂面直接檢驗泛堿跡象。試驗結(jié)果表明, 摻0.05% Silipell的混凝土試塊在7d試驗期后沒有泛堿跡象(表1), 而含有0.025% Silipell的混凝土的泛堿跡象與空白對比樣相比也明顯延緩。自然狀態(tài)下的泛堿試驗: 由TASCO
公司———一家來自澳大利亞塔西馬尼亞州的混凝土砌塊制造商負責進行。結(jié)果表明, 摻有0.05% Silipell的商品混凝土砌塊在自然氣候條件下放置7年, 仍然具有很好的抗“泛堿”能力( 圖7) 。
3.3 混凝土制品的耐久性
用加速鹽結(jié)晶試驗方法來驗證混凝土試塊的耐久性, 把試塊重復浸入10%濃度的硫酸鈉溶液中12h,再在80℃條件下干燥12h; 重復循環(huán)。由于混凝土毛細孔中發(fā)生重復鹽結(jié)晶, 導致對混凝土的嚴重損害。在這項試驗中, 摻有傳統(tǒng)硬脂酸鹽防水劑的試塊和未加防水劑的空白樣砌塊用作對比樣。
試驗結(jié)果證實: 15次浸入、干燥循環(huán)后, 摻有Silipell的試塊保持不變; 而未摻任何外加劑的試塊在5次循環(huán)后開始有侵蝕破壞痕跡。摻有硬脂酸鹽外加劑的試塊在初期的循環(huán)中對侵蝕有一定的抵抗力, 但是加速試驗后被侵蝕。這證明了摻加Silipell的混凝土耐久性要優(yōu)于摻加傳統(tǒng)油基外加劑混凝土。摻有Silipell的試塊在試驗之后外形幾乎沒有變化, 并仍然具有良好的防水效果。圖8系15次循環(huán)的前后混凝土試塊的外貌, 圖9則給出了15次循環(huán)后試塊的重量損失情況。
4 應用
過去的10年, 硅樹脂抗?jié)B防水劑已經(jīng)被澳大利亞所有大型混凝土砌塊(磚)生產(chǎn)商所采用, 包括象Boral、C&M和Henson具有多條生產(chǎn)線的集團公司。在澳大利亞, 摻有該種外加劑的混凝土砌塊和路面磚, 被建筑設計師高度推薦。這種新型外加劑對彩色混凝土或裝
飾性混凝土產(chǎn)品特別有效, 對有防水要求的建筑物也非常有效。
圖10中的一棟住宅, 其外墻系采用了摻有硅樹脂外加劑的混凝土砌塊, 建成很多年后仍保持著初始的美觀。摻Silipell牌硅樹脂外加劑的劈裂混凝土砌塊的擋土墻, 在多年后其表面仍保持潔凈的飾面效果(圖11)。在海水游泳池周邊用摻有硅樹脂外加劑的混凝土路面磚, 在鹽水環(huán)境下多年之后仍保持著初始的外觀(圖12)。
5 結(jié)論
在振動壓制混凝土產(chǎn)品中, 摻加硅樹脂抗?jié)B防水劑可賦予產(chǎn)品顯著的防水性能, 混凝土制品的泛堿現(xiàn)象被有效抑制。由于永久性硅氧烷鏈和聚硅氧烷納米分子襯嵌在混凝土內(nèi)部, 硅樹脂外加劑顯著改善了振動壓制混凝土制品的耐久性。過去10年來, 硅樹脂外加劑在澳大利亞的成功應用, 已經(jīng)證明這種新技術(shù)在混凝土砌塊和路面磚行業(yè)的非凡價值。
參考文獻:
[1] Browne, Roger, “Building deteriology -the study and prediction of building lifeand performance”, Chemistry and Industry.15 December 1986, pp 837- 844.
[2] Shaw, J.D.N., “Concrete decay: causesand remedies”, Con struction Repair. 7(1), January/February 1993, pp 24- 34.
[3] Egan, P.J., “Admixtures for special concretes”,Con crete 91, Adelaide, SouthAustralia, 14- 16 May 1991, pp. 69- 79.
[4] Dreyer, Uwe, “How to reduce efflorescencein concrete”, Brockhues AG,Walluf Winter Seminar 1995.
[5] Russell, Peter, “Concrete Admixtures”,Aviewpoint Publication, 1983, p. 14.
[6] Ohama, Y., Demura, K., and Wada,I., “Inhibiting alkali- aggregate reactionwith alkyl alkoxy silanes”, The 9th InternationalConference on Alkali- AggregateReaction in Concrete 1992, pp750- 757.
[7] Ren, Kebao, “Investigation of impregnantsfor low - cost buildings”, Ph.D.Thesis, Victoria University of Technology,March 1995.
[8] Silfwerbrand, John, “Hydrophobe IVWater Repellent Treatment of Building Materials”, Aedificatio publishers,2005.
[9] Kaesler, Karl - Heinz, “Wa ter - basted siloxane emulsion as WaterRepellents for Masonry and concrete”, Chapter 11, Coatings forMasonry and Concrete, Brussels, Belgium, June 30- July, 2003.
