水运工程结构耐久性设计标准及混凝土硅烷浸渍防护技术在我国发展进程

       硅烷浸渍混凝土防护技术，是上个世纪70-80年代欧美开始使用的混凝土耐久性保护技术。硅烷浸渍混凝土防护剂是一种高纯度的异丁基三乙氧基硅烷或异辛基三乙氧基硅烷，也是一种得到国家混凝土行业耐久性防腐规范中推荐的产品。其原理是利用硅烷特殊的小分子结构，穿透混凝土的表层，渗透到混凝土内部几个到十几个毫米，渗入混凝土表面深层，分布在混凝土毛细孔内壁，甚至到达小的毛细孔壁上，与暴露在酸性和碱性环境中的空气及基底中的水分产生化学反应，又聚合形成网状交联结构的硅酮高分子羟基团（类似硅胶体），这些羟基团将与基底和自身缩合，产生胶连、堆积，固化结合在毛细孔的内壁及表面。形成坚固、刚柔的防腐渗透斥水层。因为不会阻塞气孔，可保持基材的透气性。通过抵消毛细孔的强制吸力，硅烷混凝土防护剂可以防止水分及可溶解盐类，如氯盐的渗入，可有效防止基材因渗水、日照、酸雨和海水的侵蚀而对混凝土及内部钢筋结构的腐蚀、疏松、剥落、霉变而引发的病变，还有很好的抗紫外线和抗氧化性能。能够提供长期持久的保护，提高建筑物的使用寿命。防水处理后的基材形成了远低于水的表面张力，并产生毛细逆气压现象，且不堵塞毛细孔，既防水又保持混凝土结构的“呼吸”。同时，因化学反应形成的硅酮高分子与混凝土有机结合为一整体，使基材具有了一定的韧性，能够防止基材开裂且能弥补0.2mm的裂缝。当防水表面由于非正常原因导致破损（如外力作用），其破损面上的硅烷与水分继续反应，使破损表面的防水层具有自我修复功能。

       从上个世纪70年代起，硅烷浸渍技术在欧美、澳大利亚等已经大量应用，被广泛应用于公路、海港、车库、高架桥等结构的混凝土建筑物的保护，是美国公路路桥防护中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号调查资料显示，美国高速公路路桥防护材料中33%以上采用的是硅烷。同时，NCHRP针对21种美国高速公路路桥常用的混凝土防护材料进行一系列性能研究，在其中5种具有较好防水及耐氯离子侵蚀效果的防护材料中，硅烷是不改变混凝土外观，并在混凝土表面磨损后仍能提供优异的防水和防氯离子侵蚀能力的材料。在欧洲，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，但硅烷却是公认的保护混凝土建筑材料，“路桥设计手册”（DMRB）执行标准就是依照硅烷的配方而定。在国内，随着在一些重大工程的推广应用，硅烷作为混凝土结构防腐的理想材料，其优异的性能和经济、环保、长效特征，广泛的应用前景已经得到广大工程技术人员和建设单位的共识。一种能够将腐蚀额外推迟20至30年的系统不失为业主和设计师们明智的投资。

       硅烷浸渍混凝土防护产品目前有膏体技术和液体两种产品。膏体硅烷是由德国瓦克公司开发带入中国，主要成分为异辛基三乙氧基硅烷，目前国内供货商有瓦克、福建思康新材料有限公司；液体硅烷在美国及英国标准中的是异丁基三乙氧基硅烷，国内之前供应商都是国外跨国公司美国道康宁公司、德固赛两家公司垄断，由于生产的复杂性和难度，国内前些年一些有机硅生产厂供应的都不是异丁基三乙氧基硅烷，或者采用国内前些年试生产走不通的淘汰生产工艺供应不合格产品，目前是一套能够生产出满足JTJ275-2000标准要求的异丁基三乙氧基硅烷生产装置是泉州思康新材料有限公司。能够供应市场合格的异丁基三乙氧基硅烷的生产商目前只有道康宁、德固赛、泉州思康新材料有限公司。

       对于膏体硅烷技术除了喷涂测试外，还应看膏体产品的稳定性还有涂抹后的外观。而异丁基三乙氧基硅烷的检测就一定需要把握好氯离子含量，国内工程曾有提供的产品氯离子严重超标造成施工后，取样测试混凝土中氯离子含量严重超标，不但没有起到防腐作用反而会加速钢筋混凝土的腐蚀。对指标严格要求，是目前硅烷浸渍材料应用特别需要注意的问题，应采用如进行气相色谱仪测试含量及结构成分，除了JTJ275-2000标准要求提到指标：有效物含量：≥98.9 %；密度(25℃) 0.88g/ml；硅氧烷含量小于0.3%，可水解氯化物含量小于100PPM；产品不得使用溶剂稀释。鉴于国内之前不少有机硅生产厂采用别的产品，甚至时使用有机硅生产的高低沸的工业废料冒充异丁基三乙氧基硅烷，所以指标中还应该参考英国标准中要求的产品折光率应在1.4（n20d，25℃）。

       另外，对于混凝土硅烷浸渍深度检测是十分必要的。对于海港工程的混凝土结构的硅烷浸渍质量的验收应以每500m2浸渍面积为一个浸渍质量的验收批。浸渍硅烷工作完成后按《海港工程混凝土防腐蚀技术规范》JTJ275-2000附录E和《水运工程结构耐久性设计标准》JTS153-2015附录H中规定的第二方法取芯样进行硅烷浸渍深度试验–热分解气相色谱仪测试（本方案由山东润扬仪器有限公司色谱工程师依据行业标准，在咨询中交四航研究院、中交水运设计院等起草单位基础上优化实施）。对强度等级不大于C45的混凝土，浸渍深度应达到3-4 mm;对强度等级大于C45的混凝土，浸渍深度应达到2-3 mm。当任一验收批硅烷浸渍质量的三项测试结果中任意一项不满足检测要求时，该验收批应重新浸渍硅烷。

       在硅烷浸渍设计中，硅烷可以提高混凝土耐久性15-20年以上。如果采用目前市场上一些供应商采用的有机硅生产废料或者短链硅烷生产的硅氧烷/硅烷产品，产品防腐有效期不会超过2-3年，甚至有可能不超过1年。所以，设计单位、建设单位尤其是监理单位对于硅烷浸渍施工时产品的质量检测一定要强调，做好施工管理。