凭借低廉的造价及优异的性能,混凝土已成为现代基础设施工程中必不可少的建筑材料之一，被广泛用于桥梁、港口、公路及人工岛屿等建筑工程中。滨海地区的桥梁混凝土结构长期处于盐雾侵蚀、冻融、风化、溶蚀、剥落等复杂的自然环境和服役条件下，混凝土材料的组成和结构会不可避免地发生变化，甚至遭到破坏。此外，滨海大气环境中充足的水分会成为混凝土结构出现冻融破坏、化学侵蚀、钢筋锈蚀和碱骨料反应的重要介质，其中，氯离子渗透导致的钢筋锈蚀是混凝土结构破坏和性能失效的关键因素。

位于我国北方海域的青岛海湾大桥，长期受到海洋盐雾及融雪剂的侵蚀，最易发生混凝土表层剥落等病害，影响桥梁美观。更为严重的是，因氯离子渗透诱发的钢筋锈蚀将导致桥梁混凝土的强度降低以及结构破坏，进而影响到桥梁的安全服役寿命，造成严重的事故与经济损失。因此，做好混凝土结构防护对桥梁的长久安全服役具有重要意义。

目前，针对混凝土的防护主要集中在表层防护处理方面。通过对其结构表面进行密封和防水处理，实现结构内部与外界环境的有效阻隔，防止外界水分及有害离子经过混凝土中的毛细孔进入结构内部，降低对混凝土的化学侵蚀及钢筋的锈蚀，实现该类结构耐久性提升，延长其使用寿命。

硅烷浸渍技术是混凝土表层防护的有效处理技术之一。该技术主要利用硅烷活性物质与混凝土结构中的碱性物质及空气中的水分反应，生成结构致密的憎水层保护膜，能够有效提高混凝土结构表面的防水抗渗能力；由于该膜通过渗透到混凝土表层而形成，并未增加混凝土体积，对外观几乎不产生任何影响，即使其表层发生轻度磨损也不会完全破坏它的封闭防护性能。

硅烷浸渍技术的研究进展

硅烷浸渍技术起源于国外，特别是德国和美国在该领域的研究较为突出。我国在硅烷浸渍技术方面的研究，虽然起步较晚，但随着工程的需要，也逐渐得到重视。某科研团队关注高渗透型硅烷对混凝土结构表层防护的效果，并通过研究发现，硅烷浸渍能够使混凝土吸水率的降幅达到90%，且浸渍深度越大，防护效果越好。有些学者探究了硅烷浸渍技术的作用机理及施工技术，并利用自主研发的硅烷浸渍膏体实现了混凝土抵抗有害离子侵蚀能力的显著提升。而针对硅烷浸渍对不同强度等级混凝土的性能影响规律的研究，得出混凝土强度等级越低，浸渍深度越大，防护效果越好的结论，同时还发现无机硅烷的综合防护性能优于有机硅烷。还有一支科研团队分析出硅烷喷涂工艺对浸渍效果的影响规律，并提出一种将显著提高防护效果的新方法，即在混凝土结构立面采用自下而上扇形叠交喷涂，水平面选用后退式叠交喷涂方式，对边角不易喷涂位置则进行仔细的人工涂刷。清华大学的研究人员对硅烷浸渍混凝土的效果及机理进行综述，认为硅烷浸渍对降低混凝土表面渗透性效果显著，但其长期抗老化的性能仍有待进一步探索。

桥梁的混凝土防撞墙易受到冰雪冻融及氯盐侵蚀的双重影响，通常成为桥梁结构中最容易遭到破坏的部位。某学者指出，采用长寿命硅烷浸渍防腐技术能够显著改善混凝土防撞墙的耐久性，并介绍了防撞墙浸渍防腐的技术特点、施工工艺等。通过硅烷浸渍混凝土护栏的应用研究发现，只有有效控制施工，才能充分发挥出硅烷材料的最大优势。而另一位专家则从产品介绍、技术指标、对比试验、施工前准备工作和施工中质量控制等方面，详细分析了硅烷浸渍技术在三河嘴桥预防性养护工程中的应用效果。越来越多的专业技术人员通过开展硅烷浸渍技术对混凝土防腐、防水处理及提高混凝土结构物耐久性的关键技术研究，希望对桥梁混凝土的养护工程提供帮助。

作用机制

按照硅烷的成分划分，硅烷浸渍材料可分为烷基烷氧基硅烷与烷氧基硅烷两种，具体产品包括异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异辛烷三甲氧基硅烷和异辛烷三乙氧基硅烷。如果按该材料的形态划分，则可分为液体和固体两种形式，液体主要是渗透型硅烷浸渍材料，其主要成分为小分子量的烷基三乙氧基硅烷；而固体主要是硅烷浸渍膏体，主要以硅烷或硅氧烷作为活性成分，配合乳化剂、水及其他助剂制备而成的膏体状混凝土硅烷浸渍材料。

无论是液体硅烷浸渍材料还是膏体硅烷浸渍材料，其作用机制均是小分子量的硅烷分子喷涂到混凝土表面后进行渗透，逐渐渗透到混凝土内部一定深度，并与混凝土孔隙中的水分及碱性物质反应。硅烷首先发生水解反应生成硅羟基，然后在硅羟基之间、硅羟基与混凝土表面和毛细孔隙中的羟基之间进一步发生缩合反应生成网状有机硅树脂，通过稳定的硅氧化学键将有机硅分子牢固地附着在混凝土表面和毛细孔道中，这层网状硅氧烷分子膜如同无数把小雨伞排列在混凝土表面和毛细孔道中，将原来亲水的混凝土表面和毛细孔隙变成了疏水表面。而且，这种膜的表面张力比水的表面张力低得多，产生毛细逆气压现象，不堵塞毛细孔隙就能够有效降低混凝土的吸水率。此外，硅烷浸渍材料的表面能较低，当其涂覆在混凝土表面时，能够大大增加水与混凝土的接触角，使其接触角大于98°，从而将混凝土表面由亲水性变为疏水性，显著增强其防水效果。

通过物理憎水机理和化学结合机理的共同作用，硅烷浸渍材料既能够有效降低混凝土毛细孔的吸水率，减少氯离子侵蚀，阻止混凝土碳化、钢筋腐蚀和霉菌生长，提高混凝土的耐久性；又不会堵塞混凝土毛细孔隙而妨碍其内部水分的挥发，保证了混凝土的透气性。

在渗透型硅烷浸渍材料的使用过程中，发现其存在易滴落、垂直面易流淌、须多次涂刷造成浪费，以及喷涂时易形成气溶胶等问题；而硅烷浸渍膏体则具有流动性好、渗透效果更优等特点，施工更为高效便捷，应用范围也更加广泛。

技术优势

硅烷浸渍是通过小分子结构渗透到混凝土毛细孔壁，与水化的水泥发生反应形成交叉互联的网络结构，并赋予混凝土表面长期的憎水性能，保持混凝土表面结构干燥不受潮、表面不脱落、有害离子难以侵入等。同时还保持混凝土的呼吸透气功能，保证其结构稳定，为桥梁提供安全的服役性能。

1.优异的渗透性能

对硅烷浸渍混凝土开展取芯试验，采取“染料指示法”对渗透深度进行测量，经分析发现，硅烷渗透深度可接近5.0mm，渗透效果良好。

2.极佳的憎水性能

通过对硅烷浸渍处理的混凝土试块进行浸水试验，结果表明，硅烷浸渍处理的混凝土试块吸水率仅为未经处理的混凝土试块吸水率的1/3。

3.抗氯离子性能显著提升

对硅烷浸渍处理的混凝土试块进行饱和NaCl溶液浸泡试验, 数据显示，经硅烷浸渍处理的混凝土试块对减少饱和NaCl溶液吸收能力提高了95%以上。

4.抗碳化性能得以改善

通过对硅烷浸渍处理的混凝土试块进行碳化试验，经碳化深度检测发现，硅烷浸渍处理后的混凝土试块碳化深度仅为未经处理的1/4。

5.良好的抗冻融性能

对硅烷浸渍处理的混凝土试块进行冻融循环试验，试验结果表明，经硅烷浸渍处理后的混凝土试块经过冻融循环 300次后表面仍完好，与未经浸渍处理的混凝土相比,其抗冻性能提升了一倍。

在桥梁服役的全生命周期内，采用硅烷浸渍处理混凝土技术，能有效延长混凝土结构的耐久性多达15-20年以上，成本节约30%左右。同时，该技术具有对基材表面要求不高、操作简便等特点，施工后的混凝土构件仍然保留原有外观。该技术已在省内、外诸多工程中得到了广泛应用（如图1和图2），获得良好的效果，得到同行的认可。

图1 硅烷浸渍施工（辊涂）示例

图2 青岛海湾大桥养护专项工程中硅烷浸渍施工后的效果展示

硅烷浸渍的施工工艺

基本要求及表面处理

施工工艺应满足以下基本条件：

1．新建工程的混凝土龄期应≥28天，修补工程的混凝土龄期应≥14天。

2．施工环境应满足：基面温度5℃～45℃（最佳为18℃～25℃）；基面含水率＜8%；风力不大于5级。

而对表面的处理，则需要遵循下述原则：

1．混凝土表面应无明显的破损，不得有空鼓、疏松等现象；

2．当混凝土表面存在明显麻面、砂斑等缺陷时，应采用水泥基修补材料进行修补，修补材料强度不应低于基体混凝土强度；

3．混凝土表面应清除干净，不得有油污、脱模剂、养护剂等附着物残留。

施工方法

开展施工作业时，应按照下列规定或流程实施：

1．正式施工前，应当先进行涂敷试验，试验合格后方可正式施工。

2．施工面积≥1000 m2时，宜采用喷涂方式施工；当施工面积＜1000 m2时，宜使用辊涂或刷涂方式施工。

3．液体硅烷宜使用低压喷枪喷涂，喷枪应配有耐腐蚀的软管和垫圈，如采用连续循环的泵送系统，喷枪压力宜保持在60kPa～70kPa之间。膏体硅烷宜则使用无气喷涂机喷涂。机具应保持清洁和干燥。

4．辊涂或刷涂时宜使用辊筒、刷等工具。

5．涂装应保持连续，使被涂表面饱和溢流。立面施工时，应自最低处向上涂装，被涂面应至少保持5S的表湿状态。对于顶面或底面，被涂面应至少保持5s的“光面”效果。

6．液体硅烷涂装应不少于两次，且间隔时间不少于4h。

7．膏体硅烷宜用于立面和顶面的涂装，一般涂装一次，如有特殊要求，也可在构件将膏体吸收并呈表干状态后再次涂装。

8．涂装施工后，施工部位应避免任何污染并自然风干，持续时间不少于24h。

安全要求

在涂料的存储、运输及施工等几个主要环节中，落实6项基本的安全要求尤为重要。

1．硅烷浸渍涂料宜单独存放，应贮存在通风、干燥、阴凉区域，并采取有效的防火措施。

2．硅烷浸渍涂料在运输过程中需要采取有效的防碰撞、防泄漏和防接触直接热源等措施。

3．施工现场不应有明火且通风良好。

4．应当避免硅烷浸渍涂料接触花草等植物。

5．工作人员正确穿戴工作服、安全帽、护目镜、手套等安全防护用品。

6．施工时,人宜站在上风向。如不慎吸入,应立即移到通风处。如接触到身体，应立即用清水冲洗15min以上，并及时脱下受污染的衣物，情况严重者必须及时就医。

注意事项

在进行硅烷浸渍处理时，需要注意以下几个方面：

1．清洁混凝土表面。将欲处理表面的碱垢、污物清除干净；若表面有浮浆皮、海生物和油污等污染物，对海蛎子等采用人工凿除的方式，也可对拟浸渍表面选用高压喷水或喷细砂清洗；用水冲洗后，拟浸渍表面应在浸渍前自然干燥。

2．保证施工环境要求。当作业环境温度低于4℃、高于45℃，或表干前（约10h）可能下雨、风力大于5级以上（此时产品会加快蒸发，造成浪费）时，勿要施工。

3．浪溅区及水位变动区施工。潮差区施工时，应在落潮过程中潮位低于海平面且模板拆除时开始喷涂硅烷。掌握好潮汛期，尽量提供较充足的混凝土表层的表干时间，同时又要保证硅烷浸渍后能够固化的时间，防止硅烷还未及时反应固化就被潮水冲走。可采用烤灯、喷灯等烘干方式加速混凝土干燥及硅烷固化过程。

4．安全施工防护。在本品固化反应过程中会释放乙醇，应注意安全预防措施。施工现场保持通风良好，远离火花、明火。施工人员在施工过程中要严格按照要求穿戴护目镜和防护手套。如不慎吸入，应立即移到有新鲜空气的地方；如不慎接触到皮肤、眼睛后，立即用清水冲洗15min，脱下受污染的衣服、鞋子，并及时就医。

通过硅烷浸渍技术在青岛海湾大桥维修养护工程中的应用研究，充分证明了该技术的可靠性与实用性。经硅烷浸渍处理的混凝土结构具有良好的疏水性，有效阻止了水和有害离子的侵入，提高了抵抗海洋盐雾、冻融循环、融雪剂等对混凝土结构及内部钢筋侵蚀的能力，大幅降低混凝土结构病害的发生。混凝土表层的硅烷浸渍处理技术，不仅保留了原有的混凝土外观，对其结构表面的要求不高且操作简便，可广泛应用于房屋建筑、公路、桥梁、人工岛屿等混凝土结构的长期耐久性防护。

本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志 2024年 第1期 总第25期

作者 / 荆玉才

作者单位 / 山东高速路桥集团股份有限公司