復合硅酸鋰溶液對混凝土地坪的維護性能研究

陳 鋒 周曉蘭（福建省建筑科學研究院，福建 福州 350000）

復合硅酸鋰溶液對混凝土地坪的維護性能研究

陳 鋒 周曉蘭
（福建省建筑科學研究院，福建 福州 350000）

本文通過甲基硅酸鈉對硅酸鋰溶液進行復合改性，采用VOC、pH值、凝膠化時間、24h表面吸水量等試驗方法來研究其對混凝土地坪的保護性能。試驗證明復合硅酸鋰溶液為環(huán)保的堿性溶液，與混凝土固化環(huán)境相近，可與水化產物中的氫氧化鈣反應，生成凝膠物質，且該溶液可在水泥砂漿試塊表面形成一層具有一定防水性的薄膜，該薄膜在水泥砂漿試塊上的附著性能及防水效果均優(yōu)于硅酸鋰溶液所形成的薄膜。

硅酸鋰；復合改性；混凝土地坪；維護

1 前言

按作用方式不同，混凝土地坪保護材料可分為物理作用方式和化學作用方式。物理作用方式即地坪涂料，它利用混凝土地坪保護材料自身所形成的膜，隔絕混凝土地坪與外界的聯(lián)系，以此來阻止外界腐蝕介質滲入混凝土地坪的內部，這種方式與混凝土地坪保護層的效用及膜的性能密切相關[1]。這種技術發(fā)展較早，目前比較成熟，但因其為有機高分子物質，與混凝土相容性有限，使用壽命較短，且施工和使用過程中會釋放有害物質，污染環(huán)境[2]。

化學作用方式是指保護材料滲入到混凝土內部，與混凝土內部的水化產物發(fā)生復雜的物化反應，堵塞毛孔，從而阻止腐蝕介質的滲入。化學作用方式的保護材料主要為堿金屬硅酸鹽類，其中硅酸鋰溶液因鋰離子分子小、可減小堿-集料反應，性能優(yōu)于鈉、鉀基硅酸鹽，但目前硅酸鋰類材料仍未能取得較為理想的使用效果。甲基硅酸鈉可與基體的結構材料發(fā)生化學反應，在其表面生成一層極薄可透氣的不溶性聚硅氧烷膜而具有防水性。[3]

本文以硅酸鋰溶液為原料，采用甲基硅酸鈉對其進行復合改性，通過VOC、pH值、凝膠化時間、24h表面吸水量等試驗研究其性能，并簡單探討了其與混凝土地坪的作用機理。

2 試驗部分

2.1 試驗原料

硅酸鋰溶液（4.7M-4.9M、1.174g/mL）、甲基硅酸鈉、氟碳表面活性劑、促進劑、滲透劑、分散劑、消泡劑、氫氧化鈣（分析純）。

水泥砂漿試塊（75mm×25mm×12.5mm）：水泥（P.O 42.5），ISO標準砂，自來水；配料比為水泥：ISO標準砂：水=1:4:0.55。

2.2 復合硅酸鋰溶液的制備

2.2.1 復合硅酸鋰溶液的制備工藝

稱取一定質量的硅酸鋰溶液，在室溫下加入甲基硅酸鈉，待分散均勻后，在磁力攪拌下升溫至（60～80）℃，在該溫度下磁力攪拌均勻反應一定時間后，降至室溫，再加入表面活性劑、滲透劑、分散劑、消泡劑等，在磁力攪拌下充分反應分散12h，靜置待用。

2.3 分析與測試

2.3.1 pH值、密度：按標準GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》測定。

2.3.2 含水量、揮發(fā)性有機化合物（簡稱VOC）：氣相色譜法測定VOC含量，采用GB 18582-2008《室內裝飾裝修材料 內墻涂料中有害物質限量》的色譜條件1測定。

2.3.3 凝膠化性能：按JC/T 1018-2006《水性滲透型無機防水劑》測定。

2.3.4 24h表面吸水量及24h表面吸水量降低率：

將水泥砂漿試塊水平放置，在試驗面（水泥砂漿抹光面的背面）上立方直徑約20mm，長120mm的玻璃管，用松香-石蠟密封玻璃管與試件間縫隙，如圖1所示。將水溶液加入玻璃管中，初始液面高度為100mm，靜置24h，記錄液面下降高度，該下降高度即為24h表面吸水量W。

基準砂漿不做處理，直接進行試驗；處理后砂漿塊在試驗面上分兩次涂刷硅酸鋰溶液或復合硅酸鋰溶液，待表面干燥后靜止1天后，開始試驗。

表1 復合硅酸鋰溶液的密度、含水量、VOC含量、pH值

3.1 VOC及勻質性

從表1中可知，復合硅酸鋰溶液的VOC含量均小于120g/L（標準GB 18582-2008《室內裝飾裝修材料 內墻涂料中有害物質限量》中的限量值要求），滿足目前我國標準規(guī)定。且該溶液的pH值在11以上，為強堿性溶液，與混凝土的水固化環(huán)境相近，不會破壞混凝土內部結構，相容性較好。

圖1 24h表面吸水量試驗

3.2 凝膠化性能

圖2 復合硅酸鋰溶液凝膠化前后對比

本文通過研究復合硅酸鋰溶液與飽和氫氧化鈣的反應活性即凝膠化性能，來反映其與混凝土地坪中鈣、鎂離子及水化產物中氫氧化鈣的反應活性。

從圖2中可以看出，凝膠化前，溶液為均質半透明液體，溶液下層為過量氫氧化鈣粉末；凝膠化后，可流動的溶液通過化學反應變成半透明均質膠體，底部過量的氫氧化鈣粉末也反應固化凝結成統(tǒng)一的整體。這說明溶液中的復合硅酸組分可與固態(tài)的氫氧化鈣和液態(tài)的鈣離子發(fā)生化學反應，生成凝膠物質，由此可知，復合硅酸鋰溶液也可與混凝土地坪中的鈣、鎂離子及水化產物中的氫氧化鈣進行反應，生成凝膠物質，填充混凝土內部孔隙，增加混凝土的強度。

3.3 24h表面吸水量及24h表面吸水量降低率

圖3 未處理基準水泥砂漿試塊（A）及處理后的水泥砂漿試塊（B、C）

表2 24h表面吸水量和24h表面吸水量降低率

圖3-A為基準水泥砂漿試塊，圖3-B為硅酸鋰溶液處理后的水泥砂漿試塊，圖2-C為復合硅酸鋰溶液處理后的水泥砂漿試塊。由圖可知，經硅酸鋰溶液和復合硅酸鋰溶液處理后的水泥砂漿試塊表面均可形成一層透明薄膜，但前者所形成的薄膜發(fā)生了龜裂現象，未填充水泥砂漿試塊表面的孔隙。這是因為復合硅酸鋰溶液中含有較多的極性的羥基，且在失水固化過程中復合硅酸鋰組分與水泥砂漿中的水化產物之間會發(fā)生復雜的化學反應。因此復合硅酸鋰溶液可在水泥砂漿表面形成一層透明薄膜，且該薄膜與水泥砂漿表面附著性較好，不會出現龜裂現象。圖3-C中可以看出，復合硅酸鋰溶液可以滲入水泥砂漿試塊表面的孔隙中，并可在孔隙中失水固化，從而填充孔隙。

由表2可知，處理后的水泥砂漿的24h表面吸水量較基準砂漿低，且經復合改性后，硅酸鋰溶液的24h表面吸水量由10mm降低為5mm，24h表面吸水量降低率由17%增大到58%。這一結果表明了，在水泥砂漿表面形成的透明薄膜可以起到一定的防水作用，且復合硅酸鋰溶液在水泥砂漿表面形成的薄膜的防水效果較好。這是由于復合硅酸鋰溶液以液體的形態(tài)通過水泥砂漿試塊表面的孔隙滲入砂漿塊內部，與水化產物中的氫氧化鈣反應生成不溶于水的凝膠物質，堵塞孔隙，從而達到防水的目的。

3.4 作用機理

水泥作為混凝土中的膠黏劑，通過水化將各骨料膠結在一起，因此水泥的水化產物對混凝土地坪后期的強度發(fā)展以及使用壽命有著不可忽視的的影響。水化產物中氫氧化鈣約占20%，以層狀結晶存在，層間強度較弱，容易滑移，這也就決定了其是混凝土地坪中較為薄弱的部分。

復合硅酸鋰溶液涂刷在混凝土地坪表面，溶液中硅酸鹽和甲基硅酸鈉組分以液態(tài)的形式通過混凝土地坪中的微孔滲入到混凝土基體內部，與混凝土的水化產物氫氧化鈣及少量的鈣、鎂離子反應，生成強度較高的不溶于水凝膠物質，該凝膠物質可以填充混凝土結構中的微孔，從而達到堵塞混凝土孔隙的目的。有相關研究表面，鋰離子的離子半徑小，電荷密度高，不會出現返堿現象。

4 結論

復合硅酸鋰溶液的VOC含量低，為環(huán)保的堿性溶液，與混凝土固化環(huán)境相近，相容性較好。該溶液可與混凝土水化產物中的氫氧化鈣及少量的游離鈣、鎂離子反應生成凝膠物質，填充混凝土中的孔隙，可在水泥砂漿試塊表面形成一層薄膜，該薄膜在水泥砂漿塊上的附著性和防水性較硅酸鋰溶液所形成的薄膜好。

[1]徐峰，我國地坪涂料的應用與發(fā)展，上海建材，2009（1），22-23

[2]孫順杰，喬亞玲，地坪材料中有害物質分析，涂料技術與文摘，2013.34（11），13-16

[3]路鋒，聶江濤，甲基硅酸鈉（有機硅防水劑）的應用研究，江西化工，1995 （11），31-34

G322

B

1007-6344（2016）04-0269-02

陳鋒（1981—），男，大學本科，工程師，從事建筑工程材料研發(fā)及檢測。