混凝土有很多種類，按膠凝材料不同，分水泥混凝土、瀝青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表觀密度不同，分重混凝土、普通混凝土、輕混凝土；按使用功能不同，分結構用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土及防輻射混凝土等；按施工工藝不同，又分噴射混凝土、泵送混凝土、振動灌漿混凝土等。混凝土的分類還可以根據混凝土的強度等級來分的。

硫酸鹽腐蝕、酸腐蝕、堿腐蝕以及由混凝土碳化、氯離子侵蝕等都會引起鋼筋鏽蝕，會對混凝土結構造成嚴重的危害；例如：海浪沖刷、風沙磨蝕及幹濕循環等環境荷載會加速這些危害的發生。

因此需要采用合适的混凝土養護措施，才能夠充分發揮混凝土材料的優勢。鋼筋混凝土結構的保護可以通過采用高性能混凝土，足夠的混凝土保護層厚度、合适的澆築及養護等措施來實現。但是對于侵蝕性環境中的結構，對使用壽命有較高要求的結構以及結構的修複，還需采取一些額外的保護措施，如阻鏽劑、不鏽鋼筋、陰極保護法及混凝土表面處理劑等，而在這些保護措施中，混凝土表面處理劑無疑是最經濟、有效的。

小虎今天為大家分享這篇文章，簡要總結了不同無機表面處理劑的研究進展以及無機表面處理劑對混凝土性能的改善效果，以期為無機表面處理技術的進一步研究和其在工程中的應用提供指導和幫助。

1、混凝土表面處理劑

按化學性質，混凝土表面處理劑可以分為有機類和無機兩類。

混凝土表面有機處理劑：目前使用的大部分表面處理劑是具有揮發性的有機化合物和有機塗層，常用的有矽氧烷、環氧樹脂、丙烯酸酯、氯丁橡膠等，其在制造及使用過程中易污染空氣，且容易在紫外線、高溫下老化。

混凝土表面無機處理劑：與表面有機處理劑相比，表面無機處理劑具有更好的抗老化性能，因此，越來越多的學者開始研究混凝土表面無機處理劑。表面無機處理劑可分為水玻璃系列、磷酸鹽系列和水泥基系列等，制備時可在基本材料中加入各種顔料、填料、助劑和固化劑（需要時）等配制而成。水玻璃(矽酸鈉)、氟矽酸鈉、氟矽酸鎂等表面處理劑是目前最常用的。表面無機處理劑能夠滲入混凝土内部，與水泥水化産物發生複雜的物理化學反應，生成新的物質來堵塞毛細孔，從而可以長久地阻止外界環境中的腐蝕介質進入混凝土，保護混凝土與鋼筋免受侵蝕，改善鋼筋混凝土結構的耐久性。

2、混凝土表面無機處理劑的作用機理

目前，混凝土表面最常用的無機處理劑主要有水玻璃塗料與水泥基滲透結晶型防水塗料兩大類，以下分别介紹兩種表面處理劑的作用機理。

水玻璃：水玻璃是一種良好的塗料，可分為鈉水玻璃、鉀水玻璃及锂水玻璃等。在各種水玻璃中，矽酸鈉水玻璃是應用最廣泛的，矽酸鈉水玻璃能在常溫下水解，電離出的二氧化矽凝膠失水縮合，形成以Si-O-Si為框架的網狀結構，其反應方程式為：

該反應會形成一層體型結構的薄膜，起到一定隔離作用，但由于矽酸鈉中存在大量易溶于水的鈉離子，因此該塗膜并不耐水。當矽酸鈉溶液塗刷在混凝土表面時，溶液通過毛細作用滲入混凝土表面，與水泥水化産物氫氧化鈣反應，生成水化矽酸鈣凝膠，填充混凝土孔隙，形成與混凝土一體化的隔離層：

水泥基滲透結晶型防水塗料：水泥基滲透結晶型防水塗料中的活性物質通過毛細作用向混凝土内部滲透，與混凝土中氫氧化鈣反應，生成不溶于水的結晶，堵塞毛細孔。不同類型的水泥基滲透結晶型防水塗料的活性物質不同，因此其結晶機理也不同。目前常見的兩種結晶機理分别為沉澱反應和絡合－沉澱反應。

沉澱反應的原理認為，水泥基滲透結晶型防水塗料中的活性物質溶于水，随着毛細作用向混凝土内部滲透，與混凝土中氫氧化鈣及遊離鈣離子反應，生成不溶于水的碳酸鈣晶體，堵塞混凝土中孔隙，達到防水的效果。

沉澱反應可以很好地解釋水泥基滲透結晶型防水塗料對混凝土結構的長期防水及修複作用，但該原理尚有缺陷，即水泥基滲透結晶型防水塗料的塗刷厚度一般為(1-2)mm，其中活性物質的含量有限，并不能在理論上保證對混凝土結構的長久防護及修複。

因此，有學者提出了絡合－沉澱反應原理。該原理認為塗料中的活性物質與混凝土中的遊離鈣離子反應，生成一種絡合物，當絡合物遇到未水化水泥顆粒時，活性基團被矽酸根取代，生成水化矽酸鈣凝膠，堵塞混凝土孔隙，而活性物質得以繼續向混凝土内部滲透，持續催化水化矽酸鈣凝膠的生成。該原理能夠很好地彌補沉澱反應理論中存在的缺陷，但尚有許多問題需要進一步實驗證明：

（1）活性物質能否與遊離鈣離子反應生成這種絡合物；

（2）矽酸根能否取代絡合物中的活性基團，生成水化矽酸鈣凝膠。隻有通過實驗解決這些問題，該理論才能得到完善。

3、混凝土表面無機處理劑對混凝土耐久性能的影響

水滲透性：Jia等使用Autoclam試驗方法研究了采用氟矽酸鹽及矽酸鈉兩種物質處理對混凝土水滲透性的影響，結果如圖1。從圖1可以看出，采用30%(質量分數)氟矽酸鎂溶液處理後混凝土水滲透指數最低，且對28d水滲透指數的影響也最大。這表明氟矽酸鎂表面處理要在28d齡期後才能發揮較好作用。

圖1 氟矽酸鎂處理對混凝土水滲透指數的

(1-1：空白組、1-2：10%氟矽酸鎂、1-3：20%氟矽酸鎂、1-4：30%氟矽酸鎂)

氯離子滲透性：Dai等将表面采用矽酸鈉處理過的試件及采用矽烷、矽氧烷基材料處理過的試件暴露于室外，使用海水浴幹濕循環1年，測量其氯離子滲透深度，結果如圖2所示。由圖2可見，矽烷及矽氧烷基材料處理過的Ａ、Ｂ、Ｃ三組試件的氯離子滲透深度及濃度均有明顯降低；矽酸鈉處理及丙烯酸改性矽酸鈉處理過的Ｅ、Ｆ兩組試件的氯離子滲透深度及濃度與對照組相比并沒有明顯變化。這說明，與矽烷及矽氧烷基材料處理相比，采用矽酸鈉進行表面處理并不能有效阻止氯離子向混凝土内部滲透。

圖2 混凝土試樣氯離子滲透深度

(Ａ－矽烷溶液、Ｂ－矽烷脂、Ｃ－矽烷基凝膠、Ｄ－矽烷／矽氧烷溶液、Ｅ－矽酸鈉溶液、Ｆ－丙烯酸改性矽酸鈉溶液）

Ibrabim等使用矽酸鈉溶液、矽烷及矽氧烷塗層處理混凝土表面，并将處理後的試件置于5%(質量分數)氯化鈉溶液中浸泡3個月。結果表明，未處理試件的氯離子擴散系數為21.83×10-8cm2/s，矽酸鈉溶液處理後的試件氯離子擴散系數為20.6×10-8cm2/s，矽烷及矽氧烷塗層處理後試件的氯離子擴散系數為7.83×10-8cm2/s，這同樣說明采用矽酸鈉處理表面并不能改善混凝土的抗氯離子滲透能力。

氣體滲透性

圖3中的結果表明，采用30%(質量分數)氟矽酸鎂溶液進行表面處理後的試件，其28d時的氣體滲透指數為-0.166Ln(mbar)/min，比空白組試件降低了42.56%，降幅最大。從圖3還可以看出，采用氟矽酸鈉進行預處理，能使矽酸鈉處理後試件的氣體滲透指數進一步降低，采用2%(質量分數)的氟矽酸鈉進行預處理的效果最佳。這表明氟矽酸鎂表面處理與矽酸鈉表面處理均能降低混凝土的表面氣體滲透性，且氟矽酸鈉預處理能增強矽酸鈉表面處理的效果。這是因為氟矽酸鈉能夠加速矽酸鈉的硬化，生成矽膠、C-S-H凝膠等不溶物，堵塞混凝土表面孔隙，解決矽酸鈉前期作用效果不明顯的問題。水玻璃的模數對矽酸鈉表面處理的效果也有影響：研究表明，水玻璃模數越大，其黏度越大，滲透深度會随着黏度的增加而顯著減小，因此水玻璃模數越大，表面處理的作用效果越差。

圖3 氟矽酸鈉預處理及矽酸鈉處理對混凝

(1-6：模數為３的水玻璃；1-10：1%氟矽酸鈉預處理；1-11：2%氟矽酸鈉預處理；1-12：3%氟矽酸鈉預處理)

碳化性能：Han等研究了多層表面處理對混凝土碳化深度的影響，其分層處理方法如圖4所示，處理結果如圖5所示。Level Ⅰ、Level Ⅱ及Level Ⅲ三種處理方法均能降低混凝土碳化深度，其中LevelⅠ和Level Ⅱ在14d碳化深度差距較小，28d到56d碳化深度差距逐漸增大。這說明COAT coating的保護能力較強、作用時間持久，28d以後仍可以持續地減緩混凝土的碳化。對比14d碳化深度，可以看出Level Ⅲ低于Level Ⅱ，但是在56d時與Level Ⅱ比較接近，這說明TOP coating不能持久地發揮作用，56d以後起不到抗碳化作用。

圖4 混凝土表面的多層處理方法圖5 混凝

4、展望

雖然表面無機處理劑能夠有效改善鋼筋混凝土結構的耐久性，但其仍然存在明顯的不足之處：

（1）由于表面無機處理劑隻是通過化學反應堵塞混凝土表面的毛細孔，并沒有從根本上改變混凝土親水的特性，因此防水效果并沒有有機憎水性塗料顯著。

（2）表面采用矽酸鈉處理會提升混凝土的堿度，可能增加堿骨料反應發生的概率。

為了更好地利用表面處理技術來改善混凝土的耐久性，需要進一步開展以下研究工作：

（1）無機處理技術與有機處理技術相結合的效果研究，因為理論上這樣做能夠發揮優勢互補的效應，效果可能更加。

（2）通過試驗，研究表面不同處理方法間的相互作用，為表面複合處理技術的推廣應用提供理論依據。

（3）既然二氧化碳能夠促進矽酸鈉的硬化并生成矽膠，應在表面矽酸鈉處理技術基礎上，開展二氧化碳養護技術應用效果的研究，以開發出更加環保、有效的混凝土表面處理技術。

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