混凝土密封固化剂作用机理

日期: 2018-11-16
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很多人都知道混凝土密封固化剂能保护混凝土,但是真正了解其机理的人却不多,作为邦特希锂基混凝土密封固化剂的指定代理商,我们有必要向大家科普下混凝土密封固化剂的作用机理。

前言

硬化剂按作用部位进行分类,其属于混凝土表面处理剂,是一种可以改善混凝土表面色泽的新型外加剂,可使混凝土结构光泽亮丽,是预制混凝土、混凝土桥墩、清水混凝土的绝佳伴侣。同时,表面处理剂可改善混凝土养护条件、提高混凝土的耐久性、消除表面裂纹等,对提高混凝土结构的耐久性能具有重要意义。

混凝土密封固化剂(渗透结晶型表面处理剂)从本质来看就是一种硬化剂,从作用部位来区分则属于一种混凝土表面处理剂,现在国内以硅酸盐为主要成分的渗透结晶型表面处理剂应用多、范围广。

按作用机理不同,表面处理剂可分为三类:非渗透型表面处理剂、渗透型表面处理剂和复合型表面处理剂。从作用机理来看,渗透结晶型表面处理剂属于渗透型表面处理剂的一种,并且由于它渗透进入水泥基内部之后,与水泥的水化产物发生反应可以生成新的晶体,来填补水泥的缝隙,使基体更加密实,因而称为渗透结晶型表面处理剂。

硅酸盐和氟硅酸盐液体硬化剂都属于渗透结晶型表面处理剂,其渗透入混凝土内部,在水泥基材料内部发生化学反应,可增加硬度和“深层”保护,提高抗磨损能力;由“二次水化”所产生的水化产物能致密表层混凝土,防止混凝土表面的起砂、起尘现象;提高混凝土表层的密实度,从而大大提高混凝土抵抗外界有害介质侵蚀的性能。

现在国内非渗透型和渗透型表面处理剂应用较多,得到了广泛认同,但是也存在着使用寿命短、耐火性差、施工工艺复杂、有害成分挥发等缺点。与之相比,渗透结晶型表面处理剂有自己的特点:

● 主要成分是无机物质(如氟硅酸盐和硅酸盐),相比有机材料,无机材料的毒性低且不易燃烧,生产过程也不易对环境造成污染。

● 采用渗透结晶型表面处理剂处理后的混凝土,直接作用于水泥基本身,使用寿命长、强化有效时间长,甚至可能一次处理一劳永逸。

● 处理方法简单,一般采用直接浸泡或者涂覆的处理方法,用料少,原材料价格低廉,使得施工工艺和成本大大降低。

● 经处理后混凝土表面硬度提高,打磨后可以提高亮度、光泽度,增强混凝土美观度,不过和有机表面处理剂处理后的混凝土相比,在美观程度上还有一定差距。

氟硅酸盐类混凝土密封固化剂与水泥的作用机理

Ca(OH)2晶体是水泥的主要水化产物之一,外形呈六方板状或层状,对水泥基材料的强度贡献不大。经Gyu-Yong KIM等人研究发现,氟硅酸盐与Ca(OH)2可按如下方式发生反应:

混凝土密封固化剂作用机理

以MgSiF6为例,SiF62-.在含有Ca(OH)2的碱性环境下水解使得交换出来的F-分别与Mg2+的和Ca2+结合成MgF2和CaF2并且沉淀下来。 

MgSiF6+2Ca(OH)2 → MgF2↓+4CaF2↓+Si(HO)4 

MgSiF6+2Ca(OH)2 → MgF2↓+4CaF2↓+SiO2+H2O

MgF2是一种四方晶体或粉末,无味,难溶于水和醇,微溶于稀酸,能溶于硝酸。CaF2晶体属于等轴晶系,呈立方体、八面体或者十二面体。氟硅酸盐与Ca(OH)2生成的不溶性物质(MgF2和CaF2,以及C-S-H凝胶)填补在水泥基体的缝隙中,使得水泥基材料更加致密,达到强化效果,封堵了Ca(OH)2向表面迁移的通道,并且消耗了水化产生的Ca(OH)2,同时解决了水泥基材料表面泛白的困扰。 

关于这一点,在文献中采用XRD图谱及物相分析中也得到了一定证实。发现氟硅酸镁溶液对砂浆性能的修复和改善是通过化学反应增强机制来实现的,即氟硅酸镁与砂浆的主要组分Ca(OH)2发生反应,而砂浆其他组分可以认为不参与反应。并且在SEM的微观形貌观察中可以看出处理之后的砂浆,表面结晶物数量在增多、尺寸小,纤维状或网状的胶凝物数量大量增多,空隙的数量也相对减少了,形成的结构更加致密。 

反应生产的Si(OH)62-在水中转变为Si(OH)4,也就是原硅酸,原硅酸是多羟基小分子,是一种水溶解性很好的物质,在水中转化成多聚硅酸形成了一个网状结构,可以写成nSiO2•yH2O的形式,即常见的二氧化硅凝胶。这种活性氧化硅又会进一步与水泥水化产物氢氧化钙反应形成C-S-H凝胶,进一步填充毛细孔。 Ca(OH)2+SiO2+H2O → C-S-H 

可见,氟硅酸盐与水泥水化产物的二次反应产物都对水泥基材料的增强起到积极作用,并且将大量碱物质消耗,反应后可有效降低水泥基碱性,以产生更多的纤维状和网状的空间结构,有效填充了水泥基中的微观空隙,可以达到一定的增强效果。

硅酸盐类混凝土密封固化剂与水泥的作用机理 

常用的硅酸盐类液体硬化剂有硅酸钠类和硅酸锂类,其分别与氢氧化钙反应就可以生成一种不溶于碱的强碱弱酸盐(呈碱性)沉淀——硅酸钙,以一种凝胶的状态填充于水泥基空隙中。 

Na2SiO3+Ca(OH)2 → CaSiO3↓+2NaOH 

Li2SO3+Ca(OH)2 → CaSiO3↓+2LiOH

作为表面处理剂,首先硅酸盐会以溶液的形式通过混凝土中的空隙渗透进人水泥基体内部,然后通过与水泥的水化产物Ca(OH)2发生反应,生成不溶的胶状物质,填补水泥基的微空隙,以达到强化效果。 

然而,使用硅酸钠类液体硬化剂处理后,其产物中的钠离子和氢氧根离子在水中向基体表面渗透并向空气扩散的过程中,随水分渗出,并在水分蒸发后形成微小碱粒,呈白色,表现为返碱,并且有可能导致水泥基材料的碱.集料反应破坏。 

实验证明,加人含有Li+的抑制剂后,Li+可以取代碱骨料反应中的K+、Na+,生成锂硅酸凝胶L-S-H,此种物质是非膨胀性物质,不会发生吸水膨胀,因而有效阻止了水泥基的膨胀,起到了抑制作用,并且对已发生碱骨料反应的水泥基材料有一定的修复效果因此,使用Li基硅酸盐的表面处理剂替代Na基的表面处理剂,可以对碱·集料反应有抑制效果。 

Li++OH-+SiO2  → L-S-H

参考文献:[1]赵钰,王子明.  渗透结晶型液体硬化剂表面作用方法及作用机理研究  [J].  混凝土与水泥制品,2015,6:29-34

混凝土密封固化剂作用机理

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