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      高滲透型有機硅防水劑

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      0 前言
      直到若干年前,人們仍認為混凝土和磚石建筑物,特別是增強混凝土,具有抗侵蝕性。但是,隨著混凝土被破壞事件的不斷發生,使人們逐漸意識到:盡管混凝土的強度很高,但仍易遭到破壞。多種負面影響,如侵蝕性的環境作用(特別是不斷變化的濕度),會加速混凝土性能的下降,其中對混凝土中增強鋼筋的破壞作用尤為明顯。鋼筋被腐蝕后,其體積會膨脹,這樣就會產生一種張力,使較薄的混凝土碎裂,從而使增強鋼筋處于更為危險的境地。在混凝土中同時發生的碳化和水的吸附過程被認為是鋼筋腐蝕的主要原因。

      新制備的混凝土,因水泥水化產生的Ca(OH)2、KOH、NaOH而造成其堿性較高(pH=12~13),并使混凝土內部的鋼筋鈍化而不受腐蝕。但經過一段時間后,由于受空氣中酸性氣體CO2、SO2、NOx 和濕氣的作用,其中最重要的作用為碳化過程,即Ca(OH)2+ H2O+CO2 → CaCO3↓ + 2H2O使混凝土的pH值逐漸下降。當pH值降至小于9時,混凝土就會失去耐腐蝕性,使鋼筋受到腐蝕;炷梁痛u石建筑物為一種非均質多孔結構和高滲透性的材料,是影響混凝土建筑物耐久性的主要原因。它可通過毛細管吸附水,其過程常常伴隨著對有害物質的吸附。就水自身而言,水可以使鹽分由材料的內部遷移到外部,從而使建筑物表面風化及鹽霜,水可以引起材料發生霜凍和解凍,如果長期受空氣中水分的侵蝕,就會使墻壁遭受干、濕交替的高應力,引起表面開裂,水可以使墻壁發霉并腐蝕鋼筋。此外,水還可以夾帶污染物和灰塵,使建筑物污損。而溶解于水中的物質,特別是氯離子,因會破壞增強鋼筋表面的鈍化層,破壞作用更強,造成災難性的腐蝕。必須對混凝土和磚石建筑物進行防水涂覆處理,其目的是:
      (1) 增加混凝土耐CO2 滲透能力,即增加抗碳化能力;
      (2) 增加混凝土耐氯化物滲透能力,降低混凝土對溶解于水中的有害物的吸附能力;
      (3) 提高混凝土對霜凍以及除冰鹽的抵抗性;
      (4) 提高混凝土表面憎水性,降低毛細管吸水性,不影響混凝土的水蒸氣滲透性,混凝土即使在堿性溶液中浸泡后也不會降低防腐蝕性能;
      (5) 不影響混凝土的外觀。

      1 有機硅防水材料的防水機理
      為了保護建筑物,必須尋求一種既可防止水分由外面進入又不抑制內部所形成的潮氣向外轉移的防水材料。
      傳統用作磚石建筑物防水材料的有環氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂、氯化橡膠及乙烯樹脂等涂料、油膏、瀝青等。這些普通防水劑的防水原理是通過堵塞磚石材料的孔眼以排斥外面的水分侵入,由于小孔被堵死,造成墻體不透氣,因此當水分從磚石孔隙排出時,它能沖破表面的防水涂層,致使涂層的壽命很短。此外,這些傳統保護材料有著其自身難以克服的缺點,如長期暴露于環境中會引起老化、褪色和剝離,耐堿性差、附著力小、自身耐久性差、容易吸灰、施工困難等諸多問題。為此,從20世紀90 年代起,隨著有機硅技術的發展,新型有機硅材料已被廣泛地應用于建筑物的防水、防腐蝕和保護領域。

      有機硅防水劑是一種理想的混凝土、磚石等建材的新型防水材料,其特性是無毒、無色、施工方便,固化快,能保持建筑物本身色澤,能以溶液、乳液等形式噴涂在建筑物表面上,提高其防水、防污、防塵、防腐蝕、抗風化性能,同時它能滲入墻體基材表面數毫米,防水效果好,耐久性能好。
      有機硅防水材料為帶有一定反應活性基團的硅氧烷類有機硅化合物。這類化合物與無機硅酸鹽材料,如混凝土、砂漿混凝土、加氣混凝土、陶瓷、磚、瓦等有很大的化學親和力,因而能改變這些硅酸鹽材料的表面特性。這是由于帶有反應活性基的硅氧烷摻入混凝土后,不但能通過活性基團相互作用生成枝狀、鏈狀及網狀分子,形成網狀疏水性硅氧烷膜,還能與硅酸鹽基材中的羥基反應形成末端帶有≡ Si—R基的硅烷鏈(R一般為CH3),填補了混凝土中的微孔隙,使混凝土微觀結構致密,提高了混凝土的抗滲性。而且這些高分子聚合物具有一定的塑性強度,可以有效地減少混凝土的干燥收縮,防止或減少混凝土因收縮而產生的內應力,減輕因此而產生的原始裂縫展開程度,提高了混凝土的抗裂性。再則,還可以分散應力,防止應力集中,改善混凝土的內部界面效應,增強混凝土的彈塑性,使混凝土的抗滲、抗拉、耐久性等得到綜合改善。這是一種非極性基,有著極好的憎水性。這種疏水性網狀硅氧烷分子膜具有很低的表面張力,因此能均勻地分布滲透到多孔硅酸鹽基材的微孔壁上,形成薄膜而不會封閉其毛細管通道,水在毛細管壁的接觸角為100°~ 130°以上,使滴在其上的水成為小水滴,無法滲入到基材內部。這樣,經有機硅處理過的基材就具有良好的憎水效應,有效的阻止水分侵入,又由于它沒有封閉基材毛細管通道,不妨礙水氣由里向外擴散,使得基材具有良好的透氣性。

      2 有機硅防水劑的類型
      2.1 水性有機硅防水劑
      水性有機硅防水劑是一種以水為介質,有機揮發物低的環保型防水材料。目前建筑基材上廣泛應用的水性有機硅防水劑主要有甲基硅醇鹽、含氫硅油乳液等。其中,甲基硅醇鹽價格便宜、使用方便;但易影響被處理基材的外觀,且與二氧化碳的反應速度較慢,需24 h 才能固化。由于施用的防水劑在一定時間內仍為水溶性的,因此,受到水的侵蝕后易流失,防水耐久性較差。含氫硅油乳液易水解,產品穩定性較差,影響基材表面的光澤。
      2.2 溶劑型有機硅防水劑
      溶劑型有機硅防水劑是充分縮合的聚甲基三乙氧基硅烷樹脂。該樹脂呈中性,使用時必須加入醇類溶劑;當施涂于基材表面時,溶劑很快揮發,在磚石的毛細孔上沉積一層極薄的薄膜。這層薄膜無色、無光,也沒有粘性,看上去就像沒有涂過一樣。溶劑型有機硅防水劑受外界的影響比甲基硅醇鹽小得多,因而適用的范圍較廣,但因對環境有害、易燃,因此,在建筑方面的應用受到一定限制。
      2.3 有機改性有機硅防水劑
      有機改性有機硅防水劑是由有機高分子乳液(如丙烯酸酯、醋丙、苯丙乳液等)與反應性有機硅乳液(反應性硅橡膠或活性硅油)共聚而成的一類新型建筑涂料。經此類防水劑處理過的基材具有良好的疏水性,能有效阻止水分的侵入,并能保持基材原有的透氣性。
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