一种改善混凝土渗透性的表面处理方法

摘要

一种改善混凝土渗透性的表面处理方法，包括以下步骤：（1）采用质量浓度为0.5%-6.0%的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理；（2）调配模数为0.5-4.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为1%-35%；（3）将处理后的试件放置10h-50h后，将水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔0.5h-3.5h涂刷一次，共2-6次，即成。本发明简单易行，处理成本低，适用性强，可广泛应用于各种混凝土的表面处理，改善混凝土的渗透性，提高混凝土结构的耐久性并延长其使用寿命，为混凝土材料和工程的质量提供保障。

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善混凝土渗透性的表面处理方法。

背景技术

混凝土渗透性是指气体、液体或离子，在压力梯度、电势或化学势作用下进入或穿透混凝土的难易程度。混凝土渗透性的好坏很大程度上决定了其耐久性的优劣。混凝土的碳化、碱骨料反应、氯离子渗透、硫酸盐腐蚀和酸腐蚀等都与其渗透性密切相关。

提高混凝土抗渗透性的方法主要有阴极保护、掺加抑制剂和进行表面处理。阴极保护的方法牺牲了比铁活性更高的单质，如锌等。掺加抑制剂的缺点在于一旦发现抑制剂失效或造成某些不利因素，其不利影响则无法消除。最有效的方法就是对混凝土表层进行表面处理，如涂刷一层防水物质等，以抑制水、空气和有害离子等介质侵入，达到提高钢筋混凝土耐久性的目的。

目前，表面处理工艺应用较多且较好的方法是，先在混凝土表面刷一层底漆，再涂表面涂层。表面处理剂主要分为有机类和无机类两种。有机类处理剂主要有环氧树脂类涂料、硅烷/硅氧烷类密封剂、聚亚安酯和丙烯酸树脂涂料等。许多学者对有机类处理剂进行了大量的研究，因其本身具有很强的憎水性，此类处理剂能有效地提高混凝土抗渗透能力和耐久性，但是它存在耐高温性能较差的缺点。此外，有机处理剂与基体之间不会发生化学反应，其使用寿命的长短很大程度上取决于处理剂与基体间的粘结力。因此，无机类处理材料逐渐成为研究的重点，它主要包括氟硅酸钠、氟硅酸镁、硅酸钠和硅酸钙等。此类处理剂利用混凝土可渗透的特点，当渗入到基体一定深度后固化。另外，它可与混凝土组分发生化学作用生成胶状物质堵塞孔隙，有效的阻止外界环境中腐蚀介质进入混凝土中，从而提高混凝土的耐久性并延长其使用寿命。在当前国内和市场应用领域内，采用水玻璃处理混凝土表面的方法已有报导，但是水玻璃处理后的改善作用持续时间较长，此外，由于水玻璃本身原因及设计、施工不良等原因易造成混凝土结构密实性差、耐蚀性低等缺陷。而氟硅酸钠有毒，会污染环境，很少单独大量地应用于水下混凝土工程。

发明内容

本发明所要解决技术问题是提供一种能有效改善混凝土渗透性的表面处理方法。本发明简单易行，处理成本低，适用性强，可广泛应用于各种混凝土的表面处理，改善混凝土的渗透性，提高混凝土结构的耐久性并延长其使用寿命，为混凝土材料和工程的质量提供保障。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改善混凝土渗透性的表面处理方法，包括以下步骤：

（1）采用质量浓度为0.5%-6.0%（优选1.0%-4.0%）的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理；

（2）调配模数为0.5-4.0（优选1.0-3.5）的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为1%-35%（优选2%-20%，更优选4%-10%）；

（3）将经步骤（1）处理后的试件放置10h-50h（优选20h-30h）后，将步骤（2）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔0.5h-3.5h（优选1h-3h）涂刷一次，共2-6次（优选3-5次），即成。

进一步，步骤（1）中，所述氟硅酸钠溶液采用纯度≥80wt%的氟硅酸钠配制。

本发明首次采用无机类处理剂复合处理混凝土表层，首先采用氟硅酸钠溶液对混凝土表面进行预处理，再用水玻璃溶液处理。此种处理所用的氟硅酸钠和水玻璃可以有效渗透入混凝土内部，并与水泥组分氢氧化钙发生反应生成水化硅酸钙凝胶。同时，部分氟硅酸钠促进剩余水玻璃的固化和硬化，这些反应产物填充混凝土孔隙，改善混凝土的渗透性。

化学反应式如下：

部分氟硅酸钠与水泥水化反应产物氢氧化钙反应：

mNa₂SiF₆ +(3m+1) Ca(OH)₂+ (n-2m-1)H₂O→3mCaF₂+CaO·mSiO₂·nH₂O+2mNaOH；

部分水玻璃与水泥水化反应产物氢氧化钙反应：

mNa₂O·nSiO₂+Ca(OH)₂+(n+m-1)H₂O→CaO·nSiO₂·nH₂O+ 2mNaOH；

剩余氟硅酸钠使得余下的水玻璃硬化：

2[Na₂O·nSiO₂]+Na₂SiF₆+mH₂O→6NaF+(2n+1)SiO₂·mH₂O；

2NaF+Ca(OH)₂→CaF₂+2NaOH。

本发明具有以下优点：

（1）施工操作简便，表面处理剂能快速渗透至混凝土内部，与水泥水化产物氢氧化钙发生化学反应；同时，部分氟硅酸钠促进剩余水玻璃的固化和硬化，这些反应产物填充混凝土孔隙，改善混凝土的渗透性；

（2）采用的处理剂渗透深度可达5mm，能有效提高混凝土的密实度，使混凝土内部大孔孔隙率降低30%左右，毛细孔孔隙率降低65%以上；

（3）处理的混凝土试块具有良好的抗渗透性，56d后，气体渗透性降低65%以上，水渗透性降低58%以上。

附图说明

图1为实施例1、2和3处理后的混凝土试样和空白样中不同深度氢氧化钙含量图；

图2为实施例4、5和6处理后的混凝土试样和空白样中不同深度氢氧化钙含量图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

比较例1

改善混凝土渗透性的表面处理方法，包括以下步骤：

（1）调配模数为2.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（2）将步骤（1）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土对比样1。

比较例2

改善混凝土渗透性的表面处理方法，包括以下步骤：

（1）调配模数为3.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（2）将步骤（1）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土对比样1。

实施例1

本实施例包括以下步骤：

（1）采用质量浓度为1%的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理； 

（2）调配模数为2.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（3）将经步骤（1）处理后的试件放置24h后，将步骤（2）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土试块1。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

（1）采用质量浓度为2%的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理； 

（2）调配模数为2.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（3）将经步骤（1）处理后的试件放置24h后，将步骤（2）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土试块2。

实施例3

本实施例包括以下步骤：

（1）采用质量浓度为3%的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理； 

（2）调配模数为2.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（3）将经步骤（1）处理后的试件放置24h后，将步骤（2）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土试块3。

实施例4

本实施例包括以下步骤：

（1）采用质量浓度为1%的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理； 

（2）调配模数为3.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（3）将经步骤（1）处理后的试件放置24h后，将步骤（2）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土试块4。

实施例5

本实施例包括以下步骤：

（1）采用质量浓度为2%的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理； 

（2）调配模数为3.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（3）将经步骤（1）处理后的试件放置24h后，将步骤（2）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土试块5。

实施例6

本实施例包括以下步骤：

（1）采用质量浓度为3%的氟硅酸钠溶液，用毛刷涂刷混凝土表面进行试件预处理； 

（2）调配模数为3.0的水玻璃，然后加入水稀释，控制水玻璃的质量浓度为6.6%；

（3）将经步骤（1）处理后的试件放置24h后，将步骤（2）所得水玻璃溶液用毛刷涂刷混凝土表面，每隔2h涂刷一次，共4次，得到处理后的混凝土试块6。

上述实施例中的混凝土性能如下：

（1）表面处理后的混凝土气体渗透性

将实施例1-6应用于尺寸为300×230×75mm³的混凝土试块，测试其气体渗透性。按本发明中的方法处理试块所有外表面后，放置24h，采用冲击钻在试块上钻取三个直径为6mm，深度为40mm的孔。然后采用Autoclam实验仪固定测试试块，测取14d、28d和56d龄期的气体渗透指数。它的评价标准为：当气体渗透指数≤0.10时，为A级（很好），介于0.10-0.50时，为B级（好），介于0.50-0.90时，为C级（差），＞0.9时，为D级（很差）。

 表1表面处理后的混凝土气体渗透性试验结果

混凝土表面经处理后，随龄期增长，气体渗透性降低，与单纯用水玻璃处理的试样相比，用氟硅酸钠预处理后的混凝土气体渗透系数更低。14d后，复合处理效果很明显，比较例1、2处理后的混凝土的气体渗透性分别降低37.02%和29.07%，实施例1、2、3、4、5和6处理后的混凝土气体渗透性分别降低43.19%、46.79%、44.61%、32.77%、40.02%和36.36%。

（2）表面处理后的混凝土水渗透性

水渗透性试验包括Autoclam渗透试验和吸水率试验。当Autoclam气体渗透试验完成后，紧接着对其试块进行水渗透试验。它的评价标准为：当水渗透指数≤370时，为A级（很好），介于370-940时，为B级（好），介于940-1380时，为C级（差），＞1380时，为D级（很差）。吸水率试验采用Φ110×100mm³的混凝土试件，成型24h后拆模并放入标准养护室（RH≥95%，T=20±2℃）中养护7天，用切割机切取中间50mm试件，采用本发明中的方法对试块进行表面处理，然后将试块进行标准养护，待指定龄期后取出试块真空饱水24h，称取质量记为m₁，然后放在105℃的烘箱内烘至恒重，称取质量记为m₂。吸水前后的质量差与烘干后的质量百分比即为吸水率。

 表2表面处理后的混凝土水渗透性试验结果

混凝土表面经处理后，随龄期增长，水渗透性降低，与单纯用水玻璃处理的试样相比，用氟硅酸钠预处理后的混凝土试样渗透系数更低。56d后，经比较例1、2处理的混凝土试块的水渗透性分别降低52.04%和53.49%，经实施例1、2、3、4、5和6处理后的混凝土水渗透性分别降低了60.46%、66.80%、63.78%、58.24%、67.67%和64.89%。对于吸水率也有相似的规律。因此，3M水玻璃对改善混凝土水渗透性最明显，且2%氟硅酸钠预处理效果最好。

（3）表面处理后的混凝土抗碳化

将实施例1-6应用于尺寸为300×230×75mm³的混凝土试块，根据国标GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行碳化试验。对于碳化试验结果也有相似的规律。因此，3M水玻璃对改善混凝土气体渗透性最明显，且2%氟硅酸钠预处理效果最好。

表3表面处理后的混凝土碳化试验结果 

（4）表面处理后的混凝土微观性能

采用综合同步热分析仪Netzsch STA 409PC对龄期为56d的砂浆试块进行差热分析发现，复合处理后的试块的渗透深度在5mm内。进行压汞试验后，混凝土内部大孔孔隙率降低30%左右，毛细孔的孔隙率降低65%以上。

表4 孔径分布统计表