有機硅防水劑的性能與應用

付長濤 宇富生

我國現(xiàn)階段正處于大規(guī)模建設階段,混凝土和鋼筋混凝土是建設中最主要的材料?；炷脸Ｒ蚰途眯圆蛔愣绊懡ㄖ锏氖褂脡勖?。影響混凝土耐久性一個很大因素就是水分的侵入。水分的侵入是混凝土碳化、硫酸鹽腐蝕、氯鹽對鋼筋腐蝕的必要條件。水作為運輸載體,把溶于水中的CO2,SO2,SO2+4,Cl-帶入混凝土中,對混凝土造成腐蝕破壞。同時,水分的侵入使膠結(jié)體Ca(OH)2和CSH-gel溶解,嚴重影響混凝土的耐久性。因此,對混凝土進行防水處理以提高混凝土的抗?jié)B性是提高耐久性的有效方法。

有機硅防水劑是一種理想的防水劑,它不僅有良好的防水性,而且具有良好的耐酸、耐堿、耐高溫性,還具有良好的防污性,能防止混凝土土壤化。

1 有機硅防水劑的作用機理

有機硅防水劑是斥水性防水劑。當有機硅防水劑硅基基材表面時,在毛細管的毛細作用下滲入基材內(nèi)部。有機硅分子與基材中的硅醇基發(fā)生脫水反應,在基材表面和毛細孔表面形成定向排列有機硅氧烷增水膜。這種增水膜有幾個納米厚,不影響混凝土的外觀,能阻止基材毛細管對水的毛細作用,從而阻止了水分的侵入。同時又不堵塞毛細管,使混凝土保持良好的通氣性。

2 有機硅防水劑的種類及特點

2.1 水溶性有機硅防水劑

水溶性有機硅防水劑是一種以水為介質(zhì),有機揮發(fā)物低的環(huán)保型防水材料。主要有烷基硅酸鹽、烷基硅氧烷硅烷、高沸硅醇鹽、聚烷基羥基硅氧烷等。

2.1.1 烷基硅酸鹽

烷基硅酸鹽包括甲基硅酸鈉(鉀)、乙基硅酸鈉(鉀)等。其中,甲基硅酸鹽最為普遍使用,它是第一代有機硅防水劑,為無色或淡黃色透明液,呈堿性,pH=12～14,為小分子水溶性聚合物。甲基硅酸鹽硅基基材表面與大氣中的CO2反應生成甲基硅酸,甲基硅酸中的羥基與硅基基材中羥基產(chǎn)生脫水反應,甲基硅酸中的羥基之間也發(fā)生脫水反應形成表面帶有烷基的增水膜。此增水膜使水與基材表面和毛細管表面的接觸角為100°～130°以上,水分無法滲入。同時又沒有堵塞毛細管,水氣可以自由出入,使基材保持良好的“呼吸性”。

烷基硅酸鹽的憎水性在一定范圍內(nèi)隨烷基碳數(shù)的增加而增加。乙基硅酸鈉7 h吸水率僅為甲基硅酸鈉的1/14。而烷基中的碳數(shù)過大時,吸水率反而有所增加。烷基的碳數(shù)增加,增加了增水膜的厚度,從而提高了基材的抗?jié)B性。而當烷基的碳數(shù)過大時使烷基硅酸鹽的滲透能力降低,和基材結(jié)合能力下降,進而造成憎水能力下降。

烷基硅酸鹽防水劑的優(yōu)點是價格便宜、使用方便,缺點是與CO2反應慢,需24 h才能固化。由于使用的防水劑在一定時間內(nèi)仍是水溶性,因此易被雨水沖刷掉。此外,甲基硅酸鹽對于含有鐵鹽的石灰石、大理石會產(chǎn)生黃色的鐵銹斑點,因此不能用于處理含有鐵鹽的大理石,也不能用來使已具有憎水性的材料作進一步的處理。

2.1.2 烷基烷氧基硅烷

烷基烷氧基硅烷是近年來發(fā)展比較迅速的有機硅防水劑,是低揮發(fā)、環(huán)保型的斥水性防水劑。其典型分子結(jié)構(gòu)式如下:

其中,R*為非活性基烷基,碳數(shù)4～10為佳,碳數(shù)過小時,硅烷易揮發(fā),烷基過大時,硅烷的滲透能力差。烷氧基碳數(shù)1～4均可,但甲氧基在堿性條件下穩(wěn)定性差,易與基材結(jié)合,影響滲透能力。德國wacker公司研發(fā)的SIL RESBS 1701有機硅防水劑主要成分為辛基三乙氧基硅烷,其分子結(jié)構(gòu)式為:

當其濃度為 100%時,基材的滲透深度可達到 6 mm～12 mm;當濃度為40%時,滲透深度為 4 mm～5 mm;而濃度僅為5%時,滲透深度也能達到1 mm～2 mm。烷基烷氧基硅烷是目前國外普遍采用的防水劑,由于技術空白,在國內(nèi)尚未得到推廣。烷基烷氧基硅烷與烷基硅酸鹽相比,有明顯的優(yōu)越性:1)與基材反應迅速,適應環(huán)境能力強,不易被雨水沖洗掉。2)應用面廣,可用于各種硅基基材,不會出現(xiàn)烷基硅酸鹽的“泛堿”“鐵銹斑”現(xiàn)象。3)滲透能力強,斥水效果好。4)耐久性、耐酸堿性好。

2.2 溶劑型有機硅防水劑

溶劑型有機硅防水劑多為聚甲基三乙氧基硅烷樹脂、含氫聚硅氧烷等,溶劑多選用醇類溶劑。其分子結(jié)構(gòu)式如下:

聚甲基三乙氧基硅烷樹脂呈中性,其與硅基基材反應原理與烷基烷氧基硅烷相同。但防水效果明顯優(yōu)于烷基硅氧烷單體。相同條件下,其吸水率僅為烷基硅氧烷單體的1/2;摻入使用時其對混凝土的緩凝作用與其單體相比也大大降低;而且其穩(wěn)定性也明顯優(yōu)于其單體。

含氫聚硅氧烷中含有活性很高的Si—H鍵,它能與硅基基材中的Si—OH鍵反應,脫出H2,生成末端帶有烷基的憎水膜。由于反應生成氫氣而發(fā)泡,不易摻入混凝土使用。

溶劑型有機硅防水劑與烷基硅酸鹽相比,受外部環(huán)境影響較小,但是由于其溶劑揮發(fā)造成環(huán)境污染、易燃,因此,其應用受到一定的限制。

2.3 乳液型有機硅防水劑

乳液型有機硅防水劑為加入適量催化劑和助劑的純有機硅防水劑或改性有機硅防水劑經(jīng)乳化劑乳化制得。乳化劑分為陰離子型、陽離子型、非離子型三種。不同乳化劑的選擇對有機硅防水劑的穩(wěn)定性影響很大,從而影響了其防水性能。應根據(jù)有機硅自身結(jié)構(gòu)特點選用乳化劑,有的適合兩種乳化劑復合使用。

乳液型有機硅防水劑的種類很多,包括甲基含氫硅油乳液、羥基硅油乳液、烷基烷氧基硅烷乳液等,也包括改性有機硅乳液。

3 結(jié)語

隨著資源的不斷短缺,建筑物的耐久性被人們廣為關注。而混凝土的抗?jié)B防水性是有關耐久性最重要的方面,它對混凝土抗碳化、抗凍性、抗離子腐蝕,都有十分重要的影響。因此,提高混凝土的抗?jié)B防水性,就能大幅度提高混凝土的耐久性。有機硅防水劑是混凝土相對理想的防水劑,是混凝土的“透氣”型防水劑。

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