【摘要】介绍最新的研究成果, 内容涉及以有机硅纳米抗渗防水外加剂, 应用于振动压制成型混凝土砌块和路面砖, 大幅度降低了混凝土制品的渗水性, 抗泛碱性能得到改善。
【关键词】有机硅纳米; 防水外加剂; 混凝土砌块; 路面砖; 应用
【中图分类号】TU528.042 【文献标识码】C 【文章编号】1003- 5274(2008)02- 0016- 04
1 前言
振动压制成型的混凝土块体, 如混凝土砌块(砖)、路面砖或水泥瓦等产品, 已经被建筑业广泛接受。由于混凝土自身的渗透性和亲水性特征, 水分的迁移往往成为影响混凝土制品性能和耐久性的一个主要因素[1～3]。
渗透性导致混凝土产品在使用时出现“泛碱”现象,这已成为装饰混凝土制品最棘手的问题。“泛碱”是由于水分在混凝土的毛细孔中迁移而引起的, 水分携带着水泥固化中产生的Ca(OH)2到达表面, Ca(OH)2在表面与空气中的CO2发生碳化反应, 形成不溶性的白色钙盐斑痕。这种钙盐对混凝土制品的外观是有害的[4]。
防水外加剂能够将水分在混凝土内部的迁移活动减至最小, 因此可以降低混凝土制品的吸水率和泛碱现象。传统的油基防水外加剂, 例如硬脂酸盐和油酸盐类, 已经在混凝土产品上使用了很多年[5]。但由于这类添加剂不能持久地连结在基材上, 因此其长期性能无法令人满意。常用的混凝土抗渗剂的作用原理, 即在混凝土内形成疏水性硬脂酸钙或油酸钙的沉积物, 但因气候以及微生物降解等作用, 这类抗渗剂的作用会发生衰变。
最新的研究展示了一种涉及应用硅树脂纳米技术的新型外加剂———硅树脂抗渗防水剂。聚硅氧烷的纳米级分子衬嵌在混凝土毛细孔壁上, 通过稳固的硅氧烷链将混凝土的亲水性转变为疏水性[6～9]。硅树脂外加剂克服了传统非活性外加剂的固有局限。图1系表明传统的外加剂与硅树脂外加剂在分子结构上的区别。
2 材料和基材
2.1 振动压制的混凝土基材
除非另有说明, 本研究使用混凝土的胶砂比为1∶4,并加入少量的水, 以获得半干状的混合物(非流动性浆体)。混合搅拌时, 首先将外加剂分散在水中, 然后再混入干混凝土混合料中, 随后将半干的新拌混凝土压入塑料模具中, 立即脱模, 得到高度为30mm、直径为70mm的试块( 图2) 。试块养护在室温条件下, 用塑料膜覆盖至少24h, 再继续养护7d, 并达到近似恒重。
2.2 硅树脂抗渗防水外加剂
Silipell牌的硅树脂抗渗防水外加剂是一种含有活性硅树脂的水基乳液, 硅树脂通过稳固的硅氧烷链与
混凝土组分反应, 形成衬嵌在混凝土毛细孔壁上的聚硅氧烷纳米分子( 图1) 。聚硅氧烷赋予混凝土有效的抗渗性与防水性能[6～9]。图3 表明含有0.05% Silipell 的预制混凝土块体的防水效果。
3 结果和讨论
3.1 抗渗性
通过以下试验来研究混凝土的抗渗性能。毛细孔吸水率:按照德国DIN52617标准, 在实验室用图2 所示的试块, 进行混凝土毛细孔吸水率测试。图4系试块24h的吸水率,结果清楚地表明: 含有Silipell外加剂的混凝土, 其毛细孔吸水率显著降低;同时也表明在混凝土中掺加0.05% Silipell 就足以制造抗渗混凝土制品。
抗泛潮能力: 抗泛潮试验是将商品混凝土砌块放置在水槽中进行测试。如图5所示, 掺了Silipell的砌块和空白样砌块同时放入水槽中24h后取出; 再将混凝土砌块分成两半进行目测观察。结果显示, 含有0.05%Silipell砌块的内部均是干燥的, 而对比的空白样砌块则完全被水浸透。试验证明, 掺了Silipell的砌块具有足够的抗泛潮能力。
抗风吹雨打能力和抗有压差水渗透能力: 该试验是由澳大利亚联邦科学与工业研究院, 按照ASTME54- 90进行的。这项试验相当于风速为120km/h( 或500Pa) 的风吹雨打在用含有0.05% Silipell的混凝土砌块砌筑的试验墙片上( 图6) , 砌筑砂浆中也掺入抗渗防水剂, 以形成完整的防水墙系统。
试验结果表明: 试验墙片顺利地通过了连续4d试验期, 未见有水渗透过墙片, 这结果远远优于ASTM标准要求的4h。不含Silipell的普通混凝土砌块墙片,在同样试验条件下通常只可维持20min。
3.2 抗泛碱
加速泛碱试验: 通过把混凝土试块(图2)放入10mm深、含有10%硫酸钠的溶液中7d,在高出溶液面的试块顶面直接检验泛碱迹象。试验结果表明, 掺0.05% Silipell的混凝土试块在7d试验期后没有泛碱迹象(表1), 而含有0.025% Silipell的混凝土的泛碱迹象与空白对比样相比也明显延缓。自然状态下的泛碱试验: 由TASCO
公司———一家来自澳大利亚塔西马尼亚州的混凝土砌块制造商负责进行。结果表明, 掺有0.05% Silipell的商品混凝土砌块在自然气候条件下放置7年, 仍然具有很好的抗“泛碱”能力( 图7) 。
3.3 混凝土制品的耐久性
用加速盐结晶试验方法来验证混凝土试块的耐久性, 把试块重复浸入10%浓度的硫酸钠溶液中12h,再在80℃条件下干燥12h; 重复循环。由于混凝土毛细孔中发生重复盐结晶, 导致对混凝土的严重损害。在这项试验中, 掺有传统硬脂酸盐防水剂的试块和未加防水剂的空白样砌块用作对比样。
试验结果证实: 15次浸入、干燥循环后, 掺有Silipell的试块保持不变; 而未掺任何外加剂的试块在5次循环后开始有侵蚀破坏痕迹。掺有硬脂酸盐外加剂的试块在初期的循环中对侵蚀有一定的抵抗力, 但是加速试验后被侵蚀。这证明了掺加Silipell的混凝土耐久性要优于掺加传统油基外加剂混凝土。掺有Silipell的试块在试验之后外形几乎没有变化, 并仍然具有良好的防水效果。图8系15次循环的前后混凝土试块的外貌, 图9则给出了15次循环后试块的重量损失情况。
4 应用
过去的10年, 硅树脂抗渗防水剂已经被澳大利亚所有大型混凝土砌块(砖)生产商所采用, 包括象Boral、C&M和Henson具有多条生产线的集团公司。在澳大利亚, 掺有该种外加剂的混凝土砌块和路面砖, 被建筑设计师高度推荐。这种新型外加剂对彩色混凝土或装
饰性混凝土产品特别有效, 对有防水要求的建筑物也非常有效。
图10中的一栋住宅, 其外墙系采用了掺有硅树脂外加剂的混凝土砌块, 建成很多年后仍保持着初始的美观。掺Silipell牌硅树脂外加剂的劈裂混凝土砌块的挡土墙, 在多年后其表面仍保持洁净的饰面效果(图11)。在海水游泳池周边用掺有硅树脂外加剂的混凝土路面砖, 在盐水环境下多年之后仍保持着初始的外观(图12)。
5 结论
在振动压制混凝土产品中, 掺加硅树脂抗渗防水剂可赋予产品显著的防水性能, 混凝土制品的泛碱现象被有效抑制。由于永久性硅氧烷链和聚硅氧烷纳米分子衬嵌在混凝土内部, 硅树脂外加剂显著改善了振动压制混凝土制品的耐久性。过去10年来, 硅树脂外加剂在澳大利亚的成功应用, 已经证明这种新技术在混凝土砌块和路面砖行业的非凡价值。
参考文献:
[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.
