硅烷浸渍涂料-关键技术及应用研究成果

4.4.2.1　技术要求

鉴于硅烷浸渍表面处理技术的有效性和成熟性，我国将硅烷浸渍处理技术作为混凝土防腐蚀强化措施纳入了《铁路混凝土结构耐久性设计规范》，另外，《铁路混凝土结构耐久性修复及防护》也将硅烷浸渍涂装作为技术途径之一。国内外标准对硅烷浸渍处理技术的技术要求不尽相同，基准混凝土的要求不同，就造成不同研究者之间的数据不具有可比性。

1.浸渍材料基本要求

硅烷浸渍处理作为混凝土结构表面防护技术措施的基本功能如图 4.4-3 所示，这从功能定位决定了硅烷浸渍材料的技术要求，主要包括硅烷自身性能（有效物质含量、可施工性、耐老化性能）、浸渍混凝土的性能以及硅烷与混凝土界面性能等。硅烷浸渍材料的技术要求上升为标准规范源于欧洲路桥设计手册，不同规范对硅烷浸渍材料提出了不同的技术要求，如表4.4-24所示。

图4.4-3　浸渍处理技术的功能要求

表4.4-24　硅烷浸渍处理技术要求

2.国内外标准对硅烷浸渍处理的技术要求

（1）硅烷浸渍处理标准。

美国、德国、英国等都规定了硅烷浸渍处理技术的相关要求，而以硅烷为代表的表面处理技术最早纳入到我国海工规范，即《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》《混凝土结构耐久性设计及施工指南》《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》以及《铁路混凝土结构耐久性设计规范》等规范也随即将硅烷浸渍处理技术作为防腐蚀强化的技术措施之一。不同国家关于硅烷浸渍处理技术的标准规范如表4.4-25所示。

表4.4-25　硅烷浸渍处理相关规范

（2）硅烷浸渍材料技术要求。

硅烷浸渍处理技术要求包括硅烷浸渍材料自身的技术要求与硅烷浸渍处理混凝土结构防护效果的技术要求。下面分硅烷浸渍材料和硅烷浸渍混凝土结构防护效果来分别介绍。

① 硅烷浸渍材料。

硅烷浸渍材料按主要组分可分为烷基烷氧基硅烷和烯烃基烷氧基硅烷两大类，目前使用的以烷基烷氧基硅烷为主，但对异辛基（Isooctyl）或异丁基（Isobutyl）硅烷的作用尚存在争议。有研究表明，异丁基硅烷浸渍剂对 C40 混凝土的渗透深度与吸水率均小于异辛基硅烷，且硅烷对采用养护剂养护的混凝土的效果（渗透深度）降低。也有研究者认为异丁基硅烷（异丁基三乙氧基硅烷或正丁基三乙氧基硅烷）兼具优异的憎水性和在抗碱性条件下可达到最大的渗透深度；相比之下，带较长基团（辛基）的硅烷表面凝珠效果虽然良好，但在非常致密的高强混凝土中的最大渗透深度较小。BD 43—2003规定硅烷中异丁基三烷氧基硅烷活性物质的含量要不小于 92%，也可以使用其他类型的硅烷和硅氧烷，但必须经过试验论证。《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》规定宜采用异丁基三乙氧基硅烷作为硅烷浸渍材料，且异丁基三乙氧基硅烷应满足下列要求：

a.异丁基三乙氧基硅烷含量不应小于98.9%；

b.硅氧烷含量不应大于0.3%；

c.可水解的氯化物含量不应大于1/10 000；

d.密度应为0.88g/cm3；

e.活性应为100%，不得以溶剂或其他液体稀释。

《铁路混凝土结构耐久性修补与防护》中规定液体硅烷主要成分为异辛基三乙氧基硅烷，而膏体硅烷主要成分宜为无溶剂异辛基三乙氧基硅烷。《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中规定宜采用异辛基或异丁基硅烷作为浸渍材料。

② 烷浸渍混凝土结构防护效果。

硅烷浸渍混凝土结构防护效果可从抗水渗透性、抗氯离子渗透、抗冻性、抗磨蚀性以及耐化学腐蚀性等方面来评价。通常选择实验区进行喷涂，然后取样进行相关试验。对于一些无法取芯的试验，采用成型标准试件来检测。硅烷浸渍效果评价要求如表4.4-26所示。

表4.4-26　硅烷浸渍混凝土结构效果评价

（3）硅烷浸渍处理技术要求的异同点。

不同标准关于硅烷浸渍处理技术要求规定的异同主要存在于以下几个方面：

① 硅烷组分种类的不同。

有些标准规定只能使用异辛基硅烷或异丁基硅烷，也有标准规定两种硅烷都可以采用。尽管两种硅烷的性能有所差别，原则上异辛基硅烷和异丁基硅烷应该都可以使用。

② 表征混凝土吸水性指标不同。

表征混凝土吸水性指标有吸水率比、吸水率以及毛细吸附与透水性。吸水率比是一个相对值，即硅烷浸渍处理混凝土与未处理混凝土的比值；而吸水率和毛细吸附与透水性是一个绝对值，即硅烷浸渍处理混凝土必须达到某一个等级。除了《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中没有给出基准混凝土的要求，其他几个规范都给出了混凝土水胶比要求，即0.45。

③ 基准混凝土要求不同。

基准混凝土不同，硅烷渗透深度相差很大。规范中是以强度等级和水胶比来分类，基准混凝土强度等级有的采用C45，也有的采用C40，水胶比为0.7。

④ 技术指标要求不同

技术指标的要求相差较大的则是渗透深度、氯离子吸收降低率以及抗冻性等。不同规范对渗透深度规定如表 4.4-27 所示，《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》对渗透深度的要求最高，而Products and systems for the protection and repair of concrete structures则对渗透深度要求不合理，如Ⅰ等级渗透深度小于10mm，没有下限的规定，就有可能为 0。关于氯离子渗透深度，《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》要求较低，不小于80%，通常应该不小于 90%。在抗冻性方面，《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》要求也较低，硅烷浸渍处理混凝土试件比未处理混凝土至少多15次，其他规范都是至少多20次。

表4.4-27　硅烷浸渍混凝土结构渗透深度

3.高速铁路混凝土结构硅烷浸渍处理的技术要求

（1）适用范围。

不同防腐蚀强化措施都具有其特殊的适用性。混凝土的破坏与水或多或少都有一定关系，硅烷浸渍特殊的憎水特性，决定了硅烷浸渍可以应用于很多环境中。《铁路混凝土结构耐久性设计规范》将硅烷浸渍防腐蚀强化措施确定为可应用于包括冻融破坏环境（D4）、氯盐环境（L3）、化学侵蚀环境（H4）、盐类结晶破坏环境（Y4）以及磨蚀环境（M3）等在内的所有严重腐蚀环境中。《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》中规定硅烷浸渍可以应用于除了磨蚀环境以外的所有环境。

（2）硅烷浸渍材料的设计使用年限。

防腐蚀强化措施使用年限一直困扰着工程界，由于影响防腐蚀强化措施的因素较多，其使用年限很难量化。有研究者曾用混凝土在酸雨环境下的强度损失拟合模型，来预测硅烷浸渍处理混凝土结构的服役寿命。硅烷浸渍可以延长酸雨环境下混凝土结构使用寿命 10 年。The Im pregnation of Reinforced and Prestressed Concrete Highway Structures Using Hydrophobic Pore-Ling Impregnants规范中明确规定硅烷浸渍技术设计使用年限应大于15年。

《铁路混凝土结构耐久性设计规范》规定，当设计采用防腐蚀强化措施时，应明确防腐蚀强化措施所用主要材料的性能指标、合理的检验方法以及有效防护年限。对于高速铁路混凝土结构，浸渍处理技术措施的设计使用年限应为15年以上。

（3）硅烷浸渍处理技术要求。

硅烷浸渍处理技术应根据不同的作用环境选择不同的评价指标，包括硅烷材料技术要求、硅烷浸渍混凝土防护效果以及硅烷浸渍混凝土结构实体检测技术要求。

① 硅烷浸渍材料技术要求。

以 C45 混凝土为基准，课题组对比研究了异丁基硅烷和异辛基硅烷浸渍混凝土后的吸水率和氯离子渗透降低率，如图 4.4-4 和图 4.4-5 所示。两者吸水率均满足不大于0.01 mm/min1/2的要求，混凝土中氯离子浓度均小于0.06%，氯离子吸收物降低率小于90%。因此，异丁基硅烷和异辛基硅烷应该都可以应用于高速铁路工程。混凝土硅烷浸渍材料的技术要求应满足表4.4-28的要求。

图4.4-4　不同表面处理方式混凝土的吸水率

② 硅烷浸渍混凝土技术要求。

混凝土的腐蚀破坏大多与水有关，有害离子以水为介质，渗透到混凝土内部与水泥水化产物发生反应，产生体积膨胀物质、降低混凝土碱度等，从而对混凝土结构产生破坏。因此，应将高速铁路吸水性或抗水渗透性应作为硅烷浸渍混凝土的基本要求。而对于硅烷浸渍混凝土其他技术要求则应该根据结构所处环境条件不同而不同。根据已有研究成果，课题组提出高速铁路硅烷浸渍混凝土技术要求如表4.4-29所示。

图4.4-5　不同浸渍处理方式混凝土中氯化物吸收量降低率

表4.4-28　硅烷浸渍材料技术要求

表4.4-29　硅烷浸渍混凝土结构技术要求

③ 实体结构防护效果技术要求。

实体结构防护效果是对硅烷浸渍处理的整体评价，它不仅是对浸渍材料本身的评价，也是对浸渍材料施工的评价。鉴于实体结构的检测必须基于非破损试验，根据操作可行性和技术可行性，拟从表层混凝土渗透行为进行评价。对于实体结构防护效果评价如表4.4-30。

表4.4-30　硅烷浸渍实体结构防护效果评价

4.4.2.2　原材料选择

表面处理用材料为液体硅烷（简称L-Silane）、膏体硅烷（简称P-Silane）和渗透结晶材料（简称CCM），其性能和厂家如表4.4-31所示。

表4.4-31　表面处理材料性能

液体硅烷、膏体硅烷和渗透结晶材料的红外结构如图4.4-6、图4.4-7和图4.4-8所示。

图4.4-6　液体硅烷

(www.xing528.com)

图4.4-7　膏体硅烷

图4.4-8　渗透结晶材料

4.4.2.3　混凝土试验配比

基体混凝土为C30和C45混凝土，混凝土配合比如表4.4-32所示。

表4.4-32　试验用混凝土配合比 （单位：kg/m3）

注：减水剂及引气剂用量根据混凝土状态控制，坍落度200 mm±20 mm。

4.4.2.4　试验方法

混凝土抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法》（GB 50081）规定的方法进行；

电通量、氯离子扩散系数和抗冻性按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082）规定的方法进行；

吸水率和氯离子吸收降低率按《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ 275）规定的方法进行。

4.4.2.5　浸渍处理技术研究

1.浸渍处理对混凝土性能的影响

（1）抗压强度。

表面处理用材料为膏体硅烷（简称L-Silane）、液体硅烷（简称P-Silane）和渗透结晶材料（简称CCM）。图4.4-9为不同渗透型表面处理方式对混凝土抗压强度的影响。由图4.4-9可知，三种处理方式混凝土的抗压强度都有一定的提高，提高的幅度为 7.7%～9.8%。比较而言，液体硅烷处理与渗透结晶处理对强度提高的幅度相当，而膏体硅烷对混凝土抗压强度提高的幅度略低。三种渗透型表面处理方式对混凝土表面都有一定的硬化作用，其原因是渗透型表面处理材料能够渗透到混凝土的毛细孔道和微细裂隙中，与混凝土的水化产物发生反应，从而起到了强化混凝土表面的作用。

图4.4-9　不同表面处理方式混凝土抗压强度

（2）吸水率。

图4.4-10为不同渗透型表面处理方式混凝土的渗水高度。随着吸收时间的延长，混凝土中吸水高度逐渐增加。液体硅烷和膏体硅烷吸水高度很小，吸水 70 h 混凝土的吸水小于0.05 mm；在吸水早期，渗透结晶表面处理混凝土的吸水高度低于不处理基准混凝土，但到70 h 左右，两者吸水高度相当。图 4.4-11 为不同渗透型表面处理方式混凝土的吸水率。表面处理时间推迟（从3 d涂刷到7 d涂刷再到28 d涂刷），即涂刷时间晚，混凝土的吸水率逐渐降低，其原因之一是混凝土本身继续水化，一些毛细孔被水化产物堵塞，混凝土的吸水率降低；原因之二是表面处理所用的硅烷和渗透结晶材料能够与水泥水化产物发生反应形成新的物质，起到减少毛细孔的作用。三种表面处理方式，均能够降低混凝土的吸水率，硅烷浸渍处理方式对吸水率降低的幅度远大于渗透结晶材料处理。硅烷浸渍材料对混凝土吸水率降低能够满足不大于 0.01 mm/min1/2的要求，而渗透结晶材料处理方式不满足要求。

图4.4-10　不同表面处理方式混凝土的吸水高度

图4.4-11　不同表面处理方式混凝土的吸水率

硅烷浸渍处理对混凝土的吸水率降低的效果得到公认，但是对水胶比较大的混凝土降低效果好还是对水胶比较小的混凝土降低效果好尚未得到一致的结论。Reinhardardt 和 Massino Sosoro由吸水试验得出硅烷溶液的吸收量和渗透深度与时间的平方根呈现线性关系，这一关系被称为“时间开方定律”。Geedes等研究指出水的吸附量在 24 h 之内基本符合“时间开方定律”，而硅烷的吸附时间超过 8 h时，试验数据与计算值将产生偏差，偏差的程度与防水剂的种类有关。图 4.4-10 为液体硅烷（L-Silane）、膏体硅烷（P-Silane）和渗透结晶材料（CCM）表面处理混凝土和未处理基准混凝土（No）的吸水高度。未进行表面处理和渗透结晶材料处理的混凝土在 10 h 左右吸水高度与时间的开方呈较好的线性关系，之后则呈现变化较为平缓的趋势。对于采用硅烷浸渍处理的混凝土，其吸水高度很低，很难体现出与吸水高度和吸水时间的线性关系。战洪艳等以水灰比为0.4、0.5和0.6的混凝土进行吸水试验，三种未处理混凝土的毛细吸收系数为194g/（m2·h0.5）、254 g/（m2·h0.5）和 261 g/（m2·h0.5），经过硅烷浸渍处理的混凝土毛细吸收系数分别下降至16 g/（m2·h0.5）、21 g/（m2·h0.5）和15 g/（m2·h0.5），经过硅烷浸渍处理后的混凝土吸水量仅为未处理混凝土的 1/10 左右。随着水灰比从0.4到0.6的增大，未处理混凝土的吸水系数是依次增大的，而防水处理后，三种混凝土的毛细吸收系数值都较小，并且相差不大，这也说明硅烷憎水处理对水灰比较大的混凝土依然具有良好的效果。也有研究者认为，如果混凝土水胶比过大的话，内部孔隙过多，可能有部分孔隙没有被憎水膜覆盖，吸水率提高。有研究者通过空气渗透性试验与表层水吸附试验（ISAT）分别研究了有机硅烷、透水衬里模板单独使用时，以及有机硅烷与透水衬里模板共同使用时对混凝土表面渗透性的影响。试验表明有机硅烷能有效降低普通混凝土表层水吸附作用但对空气渗透性没有明显影响，透水衬里模板对普通混凝土表层的空气渗透性与水吸附作用都有明显降低作用，这也证明了硅烷浸渍处理技术能够降低混凝土抗水渗性能，却能保留混凝土的呼吸功能。

（3）氯离子吸收降低率。

氯离子吸收降低率是表征混凝土能否可以应用于氯盐环境下混凝土的主要指标。规范要求氯离子吸收量降低率不应小于90%，钢筋混凝土中氯离子含量不得大于0.06%。图 4.4-12为不同表面处理方式混凝土氯离子含量以及氯离子吸收降低率。三种处理方式，混凝土中氯离子浓度均小于0.06%，氯离子吸收降低率大于90%。硅烷表面处理对混凝土起到憎水作用，带有氯盐的腐蚀介质很难渗透到混凝土的毛细孔内，从而降低了混凝土氯离子吸收率。渗透结晶材料在混凝土毛细孔中结晶，腐蚀介质无法渗入，混凝土氯离子吸收率降低。

图4.4-12　不同浸渍处理方式混凝土中氯化物吸收量和降低率

（4）抗氯离子渗透性。

图4.4-13为不同表面处理方式混凝土与基准混凝土电通量比例。三种表面处理方式均能够降低混凝土的电通量。表面处理对 C30 基准混凝土电通量降低幅度大于C45基准混凝土的电通量，其原因是C45混凝土的致密度高于C30混凝土，硅烷和渗透结晶材料对C30混凝土渗透能力大，经过处理后的混凝土电通量降低幅度大。渗透结晶材料对混凝土电通量降低幅度小于硅烷浸渍混凝土。图4.4-14为不同表面处理混凝土氯离子扩散系数及氯离子扩散系数比值，由图可知，硅烷浸渍可以降低混凝土的抗氯离子扩散系数，降低为基准混凝土的80%左右。

图4.4-13　不同表面处理方式混凝土的电通量

图4.4-14　不同表面处理方式混凝土的氯离子扩散系数及其比率

硅烷浸渍用于海洋工程较多，其主要原因是硅烷浸渍处理可以使混凝土氯离子吸收量大大降低，这被大多数研究者所证实。不同研究者所采用的评价指标不同，采用较多的方法为：测定氯离子吸收量降低率和混凝土电学性能指标（如电通量、氯离子扩散系数、电阻率或交流阻抗值等）。Ricky 研究了测定硅烷-黏土纳米复合涂层对混凝土结构表层 50 mm 内的氯离子含量来评价其抗氯离子渗透性的影响。结果表明，硅烷处理和硅烷-黏土复合涂层处理均能降低混凝土中总氯离子含量，以硅烷浸渍处理效果最好，未进行表面处理的混凝土中氯离子含量占水泥总量的 0.23%，经过硅烷浸渍处理的降低 92%，而经过硅烷-黏土复合涂层处理的则降低69%。蒋正武等研究了10 d、28 d、90 d不同龄期下浸渍硅烷的混凝土氯离子吸收量降低值，结果均达到94%，硅烷的渗透深度随龄期的增长略有增大。

M.J.Mccarthy等研究了硅烷-硅氧烷表面处理、透水模板、硬脂酸盐防水剂、亚硝酸盐类阻锈剂等防腐蚀强化措施的抗氯离子渗透性。研究结果表明，硅烷-硅氧烷浸渍处理混凝土氯离子扩散系数仅为基准混凝土的45%，降低最为显著。作者曾研究了不同表面处理方式混凝土与基准混凝土电通量比例，如图4.4-13。三种表面处理方式均能够降低混凝土的电通量。表面处理对C30基准混凝土电通量降低幅度大于C45基准混凝土的电通量，其原因是C45混凝土的致密度高于C30混凝土，硅烷和渗透结晶材料对C30混凝土渗透能力大，经过处理后的混凝土电通量降低幅度大。渗透结晶材料对混凝土电通量降低幅度小于硅烷浸渍混凝土。C.C.Yang用电通量和氯离子含量来评价硅烷浸渍处理混凝土的传输特性。研究结果表明，当硅烷用量相同时，水胶比越小，混凝土中氯离子含量越小，混凝土的电通量也越小，且水胶比在0.35～0.55之间，混凝土抗氯离子渗透性效果一致。牛季收等研究了硅烷浸渍对带裂缝混凝土的防护效果。以带有 0.2 mm宽裂缝混凝土试件为研究对象，对比研究硅烷溶液、乳液或者凝胶浸渍处理混凝土的抗氯离子侵蚀行为。通过对试件氯离子二维含量的分析，验证了对带裂缝混凝土进行硅烷浸渍防护处理具有非常好的效果。熊建波等的研究表明使用硅烷浸渍剂后的混凝土电通量都有不同程度的降低，普通混凝土使用硅烷浸渍剂后的电通量降低幅度高于高性能混凝土。

（5）抗冻性。

图4.4-15为不同处理方式混凝土的抗冻性。膏体硅烷表面处理能够提高混凝土的抗冻性，而渗透结晶材料则对混凝土抗冻性产生不利影响。硅烷浸渍处理能够提高混凝土抗冻性的原因与硅烷的憎水效应以及硅烷显著降低混凝土吸水率有关，这由不同表面处理方式混凝土的吸水率可以证明。硅烷浸渍处理后的混凝土试件饱水程度要低于基准混凝土，因此，可以在一定程度上缓解混凝土的冻融破坏。

图4.4-15　不同表面处理方式混凝土的抗冻性

硅烷浸渍处理技术对混凝土抗冻性影响的研究多是针对除冰盐研究。Johansson 在瑞士Eugenia 隧道内的现场试验表明，硅烷浸渍处理对混凝土氯离子侵蚀的效果较为明显，由于被雨水或车辆溅起来的水冲刷，混凝土结构表面的氯离子浓度降低，称为“冲刷效应”。久保善司等采用快冻法研究了硅烷浸渍处理混凝土弹性模量和质量损失。研究结果表明，经过浸渍处理后混凝土冻弹性模量降低较快，但其质量损失却表现为相反的趋势，也就是说硅烷浸渍处理能够降低冻融后混凝土的质量损失，但无法确保混凝土内部损伤，即弹性模量的降低。赵尚传等以C30混凝土（坍落度为60mm）为基准，研究认为，经过硅烷浸渍处理的混凝土抗冻性大幅度提高，而其混凝土致密性越高则提高的幅度越大。基准混凝土的抗冻等级为D75 和 D100，硅烷浸渍混凝土的抗冻等级则为 D325 和D200。作者对比研究了膏体硅烷对混凝土抗冻性的影响，研究表明，硅烷浸渍混凝土的抗冻性略有提高。研究者采用快速冻融的方法来研究硅烷浸渍处理混凝土的抗冻性的结论不一致。揭示硅烷浸渍处理能够提高混凝土抗冻性的原因多为：硅烷渗入混凝土内部，在缝隙内壁形成憎水层，减少对水分的吸附，降低混凝土的吸水率。而揭示硅烷浸渍处理能够对混凝土抗冻性没有提高的原因为：零度以下未结冰的水与冰之间产生非常高的压力差，冻和融的过程对混凝土产生极大的破坏力，而硅烷渗透到混凝土表层，降低了混凝土中可供冻融破坏力释放的空间，因此，并没有从本质上改善混凝土的抗冻性。

（6）抗磨蚀性能。

经过浸渍处理的混凝土表面在一定程度上能够提高混凝土表面的光洁度和强度，对于磨蚀作用来说，会起到一定的作用，但需要验证。加拿大阿尔伯塔州对6种渗透型混凝土防护材料进行磨耗性能测试，其中包括硅烷、丙烯酸和环氧树脂等。在测试前，混凝土的抗氯离子渗透有效率均为 90% 左右。当磨掉处理1 mm 后，丙烯酸和环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降为 30% 左右，而硅烷处理的混凝土表面仍然为 90% 左右；当磨掉3～4 mm后，丙烯酸和环氧树脂等处理的混凝土表面的耐氯离子渗透有效率下降为0% 左右，而硅烷处理的混凝土表面，低浓度、浅渗透的表面下降为30%～40%，高浓度、深渗透的表面仍然保持为 90% 左右。这一方面说明硅烷渗透深度较深，另一方面也间接证明硅烷浸渍能够提高混凝土的抗磨蚀性能，即便是磨蚀 3～4 mm 后，混凝土中的毛细孔依然被硅烷渗透。另外，作者曾对不同表面处理方式混凝土的强度进行试验，硅烷浸渍处理能够提高7%～10% 的抗压强度，这也证明硅烷浸渍能够提高混凝土的抗磨蚀性能。

（7）抗酸雨性能。

蒋正武等采用酸雨模拟试验方法，研究了两种硅烷［硅烷/硅氧烷产品（6689）和异丁基三乙氧基硅烷（6403）］对不同配合比（普通混凝土与矿渣混凝土）的混凝土耐酸雨性能的影响。以硅烷浸渍混凝土的外观、体积、质量、强度及吸水率与碳化深度等为评价指标，建立了硅烷浸渍混凝土的服役寿命预测模型。两种硅烷可有效提高混凝土耐酸雨性能，明显减小酸雨浸渍后的混凝土强度下降、质量损失、体积变化，大大减小混凝土的吸水率值和碳化深度。不涂硅烷的C0 基准混凝土的耐酸雨寿命约为 11 a，不涂硅烷的掺矿渣粉的 C1 混凝土的耐酸雨寿命约为12.5 a。喷涂6689 硅烷的C0 混凝土耐酸雨寿命约为21 a，可延长混凝土寿命10 a；喷涂6689 硅烷的C1混凝土耐酸雨寿命约为21 a，可延长混凝土寿命8 a以上。6689硅烷浸渍混凝土的各项耐酸雨性能指标略优于6403硅烷。

2.黏土改性硅烷浸渍处理技术的研究

（1）改性前后浸渍材料结构。

图4.4-16为采用高岭土和蒙脱石改性硅烷红外结构图。由图可知，黏土改性硅烷和硅烷结构一致，即黏土对硅烷的改性只体现在对硅烷黏度的改性，而没有与硅烷发生反应，形成新的化学键。

图4.4-16　黏土改性前后硅烷的红外结构

（2）黏土改性前后硅烷渗透深度。

黏土改性硅烷对混凝土渗透深度有一定的改善，从试验结果来看（图4.4-17），3% 和 5%蒙脱石和 5% 高岭土对硅烷渗透深度改善最好，渗透深度可以达到4.0 mm，为基准的4倍。添加 1% 蒙脱石、添加1% 高岭土和3% 高岭土对基准硅烷改善效果相当，硅烷渗透深度为3.0 mm，约为基准的3倍。

图4.4-17　黏土改性硅烷的浸渍深度

（3）吸水率。

图4.4-18为黏土改性硅烷浸渍混凝土的吸水高度。与未浸渍混凝土相比，混凝土吸水高度降低为不到原来的1/10，且浸渍混凝土吸水高度随吸水时间呈现较大幅度增长，浸渍混凝土与未浸渍混凝土吸水高度在 26 h 后趋于吸水平衡。图4.4-19为黏土改性前后硅烷浸渍混凝土的吸水高度。由图可知，基准硅烷吸水高度低于黏土硅烷改性混凝土的吸水高度，其原因可能是因为黏土的引入，增加了硅烷的黏度，提高了硅烷体系的附着性，但对吸水性略有提高。

图4.4-18　硅烷浸渍和未浸渍混凝土吸水高度

图4.4-19　黏土改性前后硅烷浸渍混凝土吸水高度

（4）氯离子降低率。

黏土改性硅烷浸渍混凝土氯离子降低率如图 4.4-20 所示。黏土改性硅烷对氯离子降低率与基准硅烷基本一致，变动在 2% 以内，表明黏土改性对硅烷降低氯离子的能力基本没有影响。

图4.4-20　氯离子结合降低率

（5）抗氯离子渗透性。

黏土改性对混凝土抗氯离子渗透性影响如图4.4-21所示。黏土改性硅烷能够在一定程度上降低混凝土的电通量和氯离子扩散系数，对氯离子扩散系数降低幅度更大，约为基准的60%，电通量降低为基准的 90% 左右，且 5% 蒙脱石改性硅烷大于基准值。

图4.4-21　黏土改性硅烷抗氯离子渗透性