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泉州市思康新材料发展有限公司 国内专业的有机硅材料生产商和技术服务商，我们共同开拓和发展着有机硅建筑化学品在中国建筑耐久性保护中的应用及解决方案。桥梁混凝土结构耐久性保护---硅烷浸渍技术 Silane impregnant in protecting bridge concrete 泉州市思康新材料发展有限公司2011.2.目录第一部分混凝土结构的耐久性第二部分硅烷浸渍混凝土保护技术介绍第三部分思康化学硅烷浸渍产品系列第四部分思康化学工程案例介绍第五部分全寿命周期及经济分析第六部分青岛海湾大桥防撞墙防腐体系（推荐） 一、混凝土结构的耐久性问题的迫切性一、混凝土结构的耐久性问题的迫切性混凝土耐久行保护的迫切性“混凝土危机”已经来临，提高基建工程寿命是最大的节约！混凝土耐久行保护的迫切性据美国标准局调查表明，1975年美国全年腐蚀损失700亿美元，混凝土钢筋锈蚀占40%； 1989年美国运输部门给国会的关于美国公路与桥梁状况的报告指出：现积压着待修补的混凝土桥梁维修费为1550亿美元； 1995年，美国腐蚀损失3000亿美元，基础设施钢筋腐蚀占50%；美国公路研究战略计划披露，到20世纪末，单为更换和修复冬天撒除冰盐引起的破损公路混凝土桥面板，估计耗资4000亿美元。由于混凝土结构耐久性不足造成的直接和间接损失，在欧美发达国家已构成严重的财政负担。混凝土耐久行保护的迫切性相对于欧美基建工程早，目前已进入维修期。目前我国的基础设施建设规模已达到全世界的3040%，在未来2030年内，我国的基建规模还将进一步扩大。但目前“大修大建”20年的情况已同时到来。据统计，全国已建成64万座桥梁，30%以上已经出现病害。 2008年我国国民经济生产总值30万亿，但我国年腐蚀损失已达 9000亿。混凝土结构耐久性是关系到我国长期稳定发展的重要问题，提高混凝土建筑结构的使用寿命成为节约资源的重要途径、我国经济新的增长点和利润源，这也是实现科学发展观的必然要求！行业内提出的各种工程耐久性的规定方案（草案） 100 20 10 隧道 100 20 10 港口 100 20 10 大坝 40 10 5 机场路面 40 10 5 水泥混凝土路面 100* 20 10 桥梁使用寿命不大修年限不小修年限工程*国内有学者提出参考英国等国外标准，提出桥梁使用寿命在120年的。混凝土腐蚀图一：混凝土剥落 2007年摄于福宁下白石特大桥承台 2007年摄于利津黄河大桥主桥塔混凝土腐蚀图二: 氯离子腐蚀 2007年摄于下白石大桥混凝土腐蚀图三：钢筋锈蚀 2007年摄于福宁高速混凝土腐蚀图四生物侵蚀 2007年摄于福宁高速工程现场正在进行防治混凝土侵蚀实验的三峡大坝混凝土腐蚀图五: 盐类及水侵蚀碳化及钢筋锈蚀上海轻轨三号中山公园站线上海莘庄立交混凝土腐蚀图六: 酸雨、碳化腐蚀广东沙角C电厂钢筋混凝土结构，混凝土龄期仅仅只有10年影响混凝土耐久性的主要原因：冻融循环海水侵蚀钢筋锈蚀除冰盐腐蚀碳化作用碱-骨料反应表面生物侵蚀海洋环境下的腐蚀因素：桥梁腐蚀因素：o混凝土破坏机理：混凝土中性化碳化作用: Ca(OH) 2 +H 2 O+CO 2 CaCO 3 +2H 2 O 保持钢筋钝化最低PH=9.5，碳化结果可使PH9，使混凝土中性化，致使钢筋锈蚀不可避免。近年来的环境污染，在酸雨地区S0 2 与酸雨对于钢筋混凝土的危害比碳化更为严重。o混凝土破坏机理：盐类侵蚀作用: 3CaO•Al 2 O 3 +3CaSO 4 •2H 2 O+26H 2 O 3CaO•Al 2 O 3 •3CaSO 4 •32H 2 O 引起混凝土体积膨胀、开裂、破坏，发生后很难阻止，不易修补和挽救。我国西南和西北地区，地下水和土壤中SO 4 2 含量较高，更应引起重视。o混凝土的破坏机理：氯离子侵蚀：Ⅰ、 Fe Fe 2+ +2e Fe 2+ +2Cl FeCl 2 FeCl 2 +H 2 O+OH Fe(OH) 2 +H + + 2Cl Ⅱ、 2 Fe+1.5O 2 +H 2 O 2FeO(OH) 氯离子是钢筋锈蚀的重要加速剂（破坏钢筋钝化膜）。o混凝土的破坏机理：钢筋锈蚀钢筋氧化，体积增加2.5倍，导致裂缝扩张和混凝土保护层开裂和剥离，破坏钢筋混凝土结构的完整性。o混凝土的破坏机理：美国著名混凝土专家美国著名学者梅塔教授（P.K. Mehta）曾经有如下论述：“从长远角度来看，混凝土的可穿透性或渗水性是唯一与耐久性直接相关的特征。”大量事实证明，防止了水的进入，混凝土结构的病害，包括钢筋锈蚀、碱骨料反应和冻融循环破坏根本就不会发生。二、硅烷浸渍混凝土保护技术介绍♂、硅烷浸渍混凝土防护技术从上世纪七八十年代起，“硅烷浸渍”技术欧美、澳大利亚等已大量应用，硅烷是美国公路路桥防护中最广泛采用的防腐方案。据1994年《美国高速公路研究设计计划NCHRP》第209号论坛中的调查资料显示，全美国各州高速公路路桥防护中采用最多的是硅烷浸渍防护技术，占到33%以上。虽然英国高速公路管理局有规定不能推荐也不能认证材料和产品，如硅烷却被被公认为保护混凝土建筑的唯一材料。如DB43/03等，“路桥设计手册”（DMRB）的一些执行标准仍依硅烷的技术标准而定。硅烷以一种最简单、最有效、最经济的方式将水与混凝土隔离，使它具有其他防水材料无与比拟的施工价值。♂、硅烷浸渍混凝土保护技术o 1980年， NCHRP（美国高速公路合作研究项目）针对美国各州高速公路路桥常用的混凝土防护材料，对调查统计的总共21种材料进行一系列研究，在其中列出的5种具有较好防水剂耐氯离子侵蚀效果的防护材料，硅烷是唯一不会改变混凝土外观，并在混凝土表面磨耗后，仍能提供优异的防水和耐氯离子侵蚀能力的材料。在经过数十次实验得出的数据支持，在 244号研究报告中确认硅烷材料具有一致性的效果，硅烷被提出用于高速公路钢筋混凝土路桥防腐蚀。o英国Transport Research Laboratory于1987年及1990年同样针对混凝土钢筋混凝土腐蚀问题进行实验发现，虽然大部分防护材料都能有防氯离子渗透的作用，但只有硅烷能大幅降低腐蚀电流[Donald PearsonKirk发表于1994年Bridge Assessment Management and Design一书]。o M.J Ryall “Bridge Management” 一书提及英国BD43,1996 and BA33,1990）建议使用异丁基三乙氧基硅烷用于新结构与尚未发生腐蚀的钢筋混凝土，并认为硅烷是最有效与最经济的混凝土防氯离子材料。硅烷作用机理：硅烷是一种性能优异的渗透型浸渍剂，具有小分子结构，深层渗透混凝土毛细孔壁与水化的水泥发生反应形成聚硅氧烷互穿网络结构，通过牢固的化学键合反应，赋予混凝土表面的微观结构长期的憎水性，并保持呼吸透气功能，大大降低了水和有害氯离子等的侵入，确保了混凝土结构免受腐蚀。硅烷与混凝土的化学键合：产品特征：深层渗透混凝土表层，不改变混凝土自然外观（施工过程中可以通过加染料示踪） 0.2mm裂缝自愈合及防水层自我修复能力产品特征：透汽性硅烷与涂料分子粒径的比较图★独特的透气性，保持混凝土的“呼吸”；★深层渗透混凝土表层，与混凝土结构结合为一体，不受动载力的影响。产品特征：优异的憎水性能和耐碱性根据德国交通部“保护及维修混凝土结构测试指南及附加技术规范”之“OS A 级”（ZTV SIB）”[4 ]之规定，测试了异辛基三乙氧基硅烷膏体硅烷浸渍剂的憎水性和耐碱性。混凝土试块膏体浸渍处理后标养14 天（温度23 ℃，相对湿度50 %），浸没在0.11 mol/ L 的KOH 溶液中2 天。再次取出干燥，然后在水中浸没28 天。由图3 可知，膏体浸渍剂平均可将水分的吸收减少64 % ,满足德国规范的相关要求（规范要求与未处理的试块相比，其水分的吸收减少50 %）。产品特征：极佳的抗氯离子性能注：按照prEN104 规范进行了测试[7 ]并按prEN 1766 之规定处理。产品特征：优异的抗碳化能力、耐酸能力 3.5 2.6 基准是≤5.0 失重，% 表面现象表面无气泡、开裂 耐酸性表面无气泡、开裂 1.5 1.6 6.3 碳化深度（ 28d）,mm 膏体硅烷浸渍液体硅烷浸渍未浸渍硅烷检验项目 C50 混凝土强度 GBJ8285《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》 JTGE302005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》检验标准涂敷量200g/m 2 ,室温下放置14天。备注： 325次硅烷浸渍试件 175次基准混凝土最终冻融次数硅烷冻融循环实验（交通部标准JTG E302005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》）产品特征：抗冻融、风化性能：可解决冻融引起的混凝土剥落和风化，提供长久的耐侯和防水保护。产品特征：抗冻融因素探讨：混凝土抗冻融试验时混凝土内部是否水溶液饱和？？产品特征：耐久性： 1）英国运输部于1989年4约出版“不同混凝土防护密封剂对路桥防腐的性能研究针对200座高速公路路桥”。其结论是：正确使用硅烷，已知是能够有效提供至少15年混凝土防腐防护。 2）美国道路协会道路管理期刊于1997年10月1日出刊：“混凝土保护剂能延长混凝土结构在暴露于氯离子环境下的寿命”。根据实验室测试及实地实验的结果所下的结论是：硅烷能延长高达75年混凝土寿命。产品特征：耐久性： 19971998年施工的深圳盐田港3.5万吨及5万吨码头（左图），混凝土碳化严重、出现剥落，管沟内出现钢筋锈蚀，码头岸壁采用阿克苏重防腐涂层体系，经过11年后，涂层几乎已经全部剥落。相邻同期的盐田港二期B码头采用异丁基三乙氧基硅烷浸渍防腐保护，混凝土经过11年无腐蚀现象，即使在潮差区部位混凝土依旧保持发青原色（见右图），经表干区和表湿区分别钻芯取样，混凝土表层经红外变光分析，异丁基硅树脂成分依旧有存留；对混凝土表层氯离子含量进行分析，已磨粉以2mm作为一层，共磨12层，至混凝土表层25mm处，氯离子含量还远低于氯离子临界浓度。美国高速公路研究设计计划NCHRP209 对于普通硅酸盐水泥混凝土的公路设施•••••1994 *取决于涂层。有些丙烯酸可能有50%的传输,环氧树脂等有5%。**需要修理的裂缝,对于大多数涂料，因为他们拥有有限的运动能力(见单独讨论)。优秀优秀防止除冰盐腐蚀 ??** 至0.25mm裂缝自愈合裂缝防护能力 5%* 95% 水蒸气透过率 80% 95% 氯离子及水的吸收率降低效果 10年 20年使用寿命差优秀抗UV紫外线性能无优秀渗透深度涂层硅烷性能硅烷与防腐涂层的比较：使用注意事项：浓度对硅烷防腐蚀性能的影响从表中可以看出，硅烷浓度越高，渗透深度越深，防腐蚀性能越高。海工及腐蚀条件恶劣的环境下的混凝土保护，必须使用未经稀释的硅烷。 97.8 2.80 0.0044 100% 97.6 2.58 0.0058 80% 93.5 1.92 0.0064 60% 90.5 1.32 0.0098 40% 84.3 0.92 0.1233 20% 氯离子吸收量降低值（%）硅烷渗透深度（mm）吸水率（mm/min 1/2 ）硅烷浓度（%）使用注意事项：浓度对硅烷防腐蚀耐久性年限的影响 100%硅烷赋予最佳的渗透深度和耐久性服务年限，可以达到 20 years； 40% 硅烷能够赋予的耐久性使用年限10 years。 载自《2008年亚洲桥梁峰会》资料，Tony Mcauliffe, Dow corning 注：中华人民共和国交通部《JTG/T B07012006 公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》条件说明，附加防腐蚀措施要求浸渍硅烷的质量验收可参考欧洲标准草案（prEN13580），憎水效果保持15年以上。中国土木工程学会标准《 CCES01