硅烷浸漬處理是一種應(yīng)用廣泛的耐久性防護(hù)措施。目前對于硅烷浸漬水泥基材料表面憎水性長期衰減的研究并不深入,導(dǎo)致對硅烷-水泥基材料防腐體系的壽命無法進(jìn)行定量設(shè)計與評估。本文針對這一現(xiàn)狀,開展機(jī)理層面的研究。通過實驗手段研究機(jī)理,使用相同水灰比（0.5）的硬化水泥漿體、硬化砂漿、混凝土作為浸漬基體,異丁基三乙氧基硅烷作為浸漬材料,使用紅外光譜、裂解氣相色譜-質(zhì)譜、水蒸氣的等溫脫吸附、氣體滲透性、毛細(xì)吸水性等測試方法,研究了硅烷浸漬材料在光氧老化過程、堿液浸泡過程中所發(fā)生的變化。得出結(jié)論:（1）紅外光譜和裂解色譜-質(zhì)譜可以表征硅烷的烷基結(jié)構(gòu)、計算樣品中硅烷的含量。通過兩種方法得到的硅烷含量有一些差別。結(jié)果表明,光氧老化過程中硅烷的含量、結(jié)構(gòu)都未發(fā)生明顯變化,堿液浸泡的前兩周可被抽提去除的硅烷含量有所減少,后續(xù)硅烷含量變化規(guī)律不明顯,硅烷結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化。（2）水泥基材料的吸附過程分為三個階段,在40%-30%相對濕度區(qū)間脫附量明顯增加,可能由孔隙結(jié)構(gòu)“墨水瓶效應(yīng)”引起。硅烷浸漬對低濕度下的脫吸附?jīng)]有明顯影響,而抑制了50%濕度以上水蒸氣的凝聚。光氧老化過程硅烷的憎水處理效果沒有明顯變化。堿液浸泡... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

工程常用耐久性防護(hù)措施

第1章概述2外使用硅烷浸漬處理技術(shù)的重大工程包括丹麥大貝爾特海峽工程（1989-1997）、香港青馬大橋（1992-1997）以及剛通車的港珠澳大橋（2009-2018）等。國內(nèi)外的耐久性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均將表明硅烷浸漬作為有效的表面防護(hù)措施[7-9]。硅烷作為有機(jī)材料在環(huán)境因素作用下會發(fā)生老化，混凝土表面（層）的憎水效果會隨著這一老化過程而喪失。硅烷材料老化機(jī)理尚在研究過程中，老化過程的定量描述在科學(xué)研究層面上并沒有解決，因此硅烷浸漬在工程應(yīng)用中的保護(hù)年限尚不能準(zhǔn)確預(yù)測，這導(dǎo)致目前技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本都將表面硅烷浸漬處理作為耐久性安全儲備，不能定量考慮其對結(jié)構(gòu)使用壽命的貢獻(xiàn)[10-12]。1.2文獻(xiàn)綜述1.2.1硅烷與混凝土表面的作用1.2.1.1硅烷在水泥基材料表面的反應(yīng)機(jī)理硅烷是一種小分子物質(zhì)，液態(tài)硅烷具有較低的黏度，在涂刷或噴涂在混凝土表面之后，可通過表面開放孔隙滲透到材料內(nèi)部一定深度；膏狀硅烷在涂敷與混凝土表面之后附著于其上，在附著期間膏體內(nèi)的硅烷成分會持續(xù)滲入混凝土內(nèi)部。硅烷單體分子在混凝土內(nèi)部水分的作用下發(fā)生水解反應(yīng)生成羥基硅烷：R-Si-(OR)3+nH2O→R-Si-(OR)3-n(OH)n+nROH(1-1)其中n≤3，表示硅烷水解的程度[4]。水解產(chǎn)物羥基硅烷活性較高，羥基硅烷之間可繼續(xù)發(fā)生縮合反應(yīng)，方程式如下：2R-Si-(OH)3→R-(OH)2SiOSi(OH)2-R+H2O(1-2)上述縮合反應(yīng)可發(fā)生在羥基硅烷之間以及混凝土表面水化產(chǎn)物之間，前者使硅烷在混凝土表面形成二聚體甚至多聚體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，后者使硅烷和混凝土表面之間建立化學(xué)連接，兩類縮合反應(yīng)如圖1.2、圖1.3所示[13]。圖1.2羥基硅烷之間的縮合反應(yīng)

第1章概述3圖1.3羥基硅烷與水化產(chǎn)物之間的縮合反應(yīng)縮合反應(yīng)會引起脫水過程，相對干燥的混凝土（孔隙）表面更有利于反應(yīng)（1-2）的進(jìn)行，另外干燥的表面有利于硅烷的滲透（液態(tài)水的存在會堵塞孔隙），因此在工程中硅烷浸漬在相對干燥的混凝土表面更加有效。通過（1-1）、（1-2）兩步反應(yīng)，硅烷在混凝土孔隙表面形成了穩(wěn)定的聚合網(wǎng)絡(luò)，其中的烷基R賦予了混凝土孔隙表面憎水性。在自然條件下，干燥的混凝土表面一般需要數(shù)小時到數(shù)天來完成水解和縮合過程[14]。研究表明，硅烷單體分子越小越有利于滲入混凝土孔隙，單體分子越大則越有利于縮合反應(yīng)的進(jìn)行；硅烷單體的反應(yīng)速率同時還與混凝土內(nèi)部的pH值和溫度有密切關(guān)系[6]�；炷莲@得的憎水性可用材料表面接觸角來表征，文獻(xiàn)[15-16]中的研究表明：未經(jīng)硅烷浸漬處理的混凝土表面親水，接觸角為0°；經(jīng)過硅烷（異辛/丁基三乙氧基硅烷、短鏈烷基烷氧基硅烷）浸漬處理的混凝土表面的接觸角在117.5°到127.5°之間。硅烷浸漬處理影響水蒸氣在硅烷浸漬材料中的傳輸過程，還會降低外界水分以及溶解在水分中的有害離子對混凝土材料的侵入，下面介紹文獻(xiàn)中相關(guān)的研究結(jié)果。1.2.1.2硅烷浸漬對水蒸氣傳輸?shù)挠绊懺谝欢囟群拖鄬穸鹊沫h(huán)境中，水泥基材料會與環(huán)境進(jìn)行水分交換，這個過程會逐漸進(jìn)行，直到材料孔隙中水蒸氣分壓與環(huán)境一致，稱為水泥基材料的水蒸氣等溫脫吸附過程[17]。等溫脫吸附實驗可以反映材料的表面性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)等。Selander[6]對未浸漬和浸漬的混凝土材料做了等溫脫吸附實驗，發(fā)現(xiàn)曲線相對濕度50%以下的部分二者沒有明顯差別，而更高濕度下浸漬的混凝土材料吸收的水分明顯較少。文獻(xiàn)[6]對此的解釋是，50%RH對應(yīng)孔徑約為3nm，大約是硅烷分子在反應(yīng)過程中過程物的尺寸，因?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]混凝土用有機(jī)硅滲透劑耐紫外老化性能研究[J]. 王學(xué)川,孫紅堯,申明霞,李震.  水利水運工程學(xué)報. 2016(05)
[2]疲勞荷載作用下道路混凝土硫酸鹽侵蝕及防護(hù)[J]. 關(guān)博文,於德美,馬慧,張紀(jì)陽,謝超,楊濤.  表面技術(shù). 2016(03)
[3]硅烷膏體浸漬混凝土表面性能研究[J]. 馬虎,馬愛斌,劉冠國,明靜,谷昌宇.  混凝土. 2011(06)
[4]淺談?wù)拷炒髽蛑鞫粘信_耐久性技術(shù)措施[J]. 許若.  廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報. 2008(05)
[5]不同濕度條件下混凝土防水處理的有效性研究[J]. 朱桂紅,趙鐵軍,郭平功,宋增紅.  新型建筑材料. 2007(05)
[6]硅烷對海工高性能混凝土防腐蝕性能的影響[J]. 蔣正武,孫振平,王培銘.  中國港灣建設(shè). 2005(01)
[7]硅烷浸漬劑對混凝土保護(hù)作用的研究[J]. 熊建波,王勝年,吳平.  混凝土. 2004(09)

博士論文
[1]水泥基材料氣體滲透性研究[D]. 桂強(qiáng).清華大學(xué) 2016

碩士論文
[1]TEOS/異丁基三乙氧基硅烷復(fù)合乳液的制備及其對水泥基材料耐久性能的影響[D]. 陳旭.青島理工大學(xué) 2016
[2]硅烷浸漬混凝土性能研究及壽命預(yù)測模擬分析[D]. 王原原.山東大學(xué) 2016
[3]海工混凝土表面滲透型有機(jī)硅防護(hù)涂料耐久性研究[D]. 許星鑫.武漢理工大學(xué) 2012



本文編號：3021475