5.3.3 两种液态憎水剂对超轻泡沫混凝土防水效果的影响
为了进一步降低UHBFC的体积吸水率,并探究液态憎水剂单独作用下和液态憎水剂与粉状憎水剂协同作用下对UHBFC防水效果的差异,试验用甲基聚硅氧烷树脂和含氢硅油这两种液态憎水剂分别对组N0和CS6的UHBFC进行了防水处理。对UHBFC处理分为表面涂刷法和浸泡法两种工艺。试验中,选用了一种硅烷偶联剂KH550,对比在液态憎水剂中加入KH550与不加入KH550对处理后的UHBFC的固化率和防水效果的影响。不同处理方式对UHBFC固化率和体积吸水率的影响结果见表5.4,不同组别的UHBFC试样的体积吸水率随着浸泡时间的变化规律如图5.10和图5.11所示。另外,为了更直观地对比不同组别UHBFC防水效果的差异,测试了团聚在试样表面的红墨水滴的憎水角度。其结果如表5.5和图5.12所示。
表5.4 不同液态憎水剂和不同处理方式对UHBFC体积吸水率和固化率的影响
注:NSM—用甲基聚硅氧烷树脂对组N0的试样进行浸泡处理;CSCH—用含氢硅油对组CS6的试样进行表面涂刷处理;CSSMK—用掺入KH550的甲基聚硅氧烷树脂对组CS6的试样进行浸泡处理,其他组以此类推。
表5.5 团聚在不同组UHBFC表面的红墨水滴的憎水角度
如图5.10和表5.4所示,用甲基聚硅氧烷树脂处理后的UHBFC的1 h体积吸水率都低于5%,且在24 h内UHBFC的吸水率也增长缓慢。由图5.11可知,除两组试样的体积吸水率较高,其余组中的UHBFC的1 h体积吸水率也都低于5%。这都表明,用液态憎水剂处理后的UHBFC的憎水性要优于单独掺入粉状憎水剂的UHBFC。实际上,毛细吸水是一种通过毛细力进行的不饱和输送过程,甲基聚硅氧烷树脂和含氢硅油是两种有机硅类憎水剂,它们可在UHBFC表面形成防水衬里,达到与“荷花效应”类似的防水效果。它们通过改变水与试样表面的引力来增加憎水角度,导致压力差逆转,需要额外的力才能使水渗入UHBFC的孔隙中。由表5.4可知,用液态憎水剂对UHBFC处理后,其表面憎水角大于90°,这表明两种液态憎水剂可通过增加水与表面的憎水角来形成疏水屏障,从而有效降低UHBFC的吸水率。没有用液态憎水剂处理的组N0和CS6的UHBFC试样的憎水角分别为2.35°和65.41°,都远小于90°,这是因为用两种液态憎水剂处理后,水与试样表面具有较大的分子引力,毛细水上升形成一个凹半月板,水会自发地进入UHBFC的内部。
图5.10 甲基聚硅氧烷树脂处理后的UHBFC试样随着在水中浸泡时间的变化趋势
图5.11 含氢硅油处理后的UHBFC试样随着在水中浸泡时间的变化趋势
图5.12 用液态憎水剂处理后组N0,NSM,NSH,CS6,CSSM,CSSH的UHBFC表面水滴状态
为了更好地观察用甲基聚硅氧烷树脂和含氢硅油处理后的UHBFC表面疏水效果,分别在组N0,NSM,NSH,CS6,CSSM,CSSH的UHBFC试样块表面分别滴了3滴红墨水。红墨水滴在试样表面的状态如图5.12所示。滴在组N0试样的红墨水会立即在表面扩散进入试样内部,滴在组CS6试样表面的红墨水有扩散的趋势,但并没有很快都渗入UHBFC内部,而滴在用甲基聚硅氧烷树脂和含氢硅油处理后的UHBFC表面的红墨水滴在表面聚成一个近似于球状的水珠,其憎水角度大于90°。这是因表面经液态憎水剂处理并固化后,UHBFC的一些连通孔被堵塞,孔壁表面变得光滑,就像在表面附着了一层膜一样,相应的孔结构和孔壁形貌如图5.13所示。
图5.13 用两种液态憎水剂处理后组NSH,NSM,CSSH,CSSM的UHBFC孔结构和孔壁形貌
如图5.10和图5.11所示,不同组别的UHBFC的体积吸水率在24 h以后开始表现出较大的差异,代表组NCMK和CSCMK的曲线在24 h和48 h后都出现了较明显的上升阶段,而代表其他组的曲线增长较缓慢。这表明,在甲基聚硅氧烷树脂中加入KH550后,可加速其挥发速度,使固化率降低,导致在UHBFC表面形成的防水膜较薄,试样在水中浸泡后表面张力迅速下降。在短时间内,水会突破防线大量进入UHBFC内部,组NCMK和组CSCMK的憎水角分别为96.34°和99.11°,这要比组NCM和组CSCM的憎水角分别小13°和10°,这也能较好地证明表面涂有掺加了KH550的甲基聚硅氧烷树脂的UHBFC表面张力有所降低。由图5.10可知,组CSCMK中试样的体积吸水率高于组NCMK中的试样,并且组CSCMK中试样的体积吸水率在24 h后就出现了一个快速上升的阶段。同样,组CSCM中试样的体积吸水率高于组NCM中的试样。这是因为组CSCMK和组CSCM的试样中掺入了硬脂酸钙,大部分硬脂酸钙不会参与水化反应,而是附着在孔壁表面或者堵塞一部分微观孔,这虽然有效改善了孔结构且在孔壁形成了小范围的疏水层,但这也会削弱甲基聚硅氧烷树脂的渗透效果,使最终在试样表面形成的防水层较薄。总体来看,用甲基聚硅氧烷树脂通过浸泡法处理的UHBFC试样的体积吸水率要低于通过表面涂刷法处理的试样,在掺有KH550的甲基聚硅氧烷树脂中浸泡处理的UHBFC的防水效果要优于在不掺KH550的甲基聚硅氧烷树脂中浸泡处理的试样。UHBFC试样在甲基聚硅氧烷树脂中浸泡1 h后基本会渗入试样内部大部分区域,虽在固化过程中会有许多甲基聚硅氧烷树脂挥发,但决定最终防水效果的并不是憎水剂的渗透深度或防水膜的数量,而是形成的防水膜的厚度及其致密程度。形成的防水膜越厚越致密,表面张力就越大。由表5.4可知,组NSMK和组CSSMK试样的憎水角分别为120.10°和117.39°,这比组NSM和组CSSM试样的憎水角分别小10°和5°。
如图5.12所示,用含氢硅油处理的试样中除组NCH和组CSCH的试样外,体积吸水率都较低。由于含氢硅油在不掺加KH550的条件下很难固化,且采用表面涂刷的方法,液态憎水剂浸渍深度较小,形成的防水膜较薄。因此,组NCH和组CSCH的试样的体积吸水率较高。在含氢硅油中掺加了KH550后,加速了含氢硅油的固化,促进了防水膜的形成,提高了表面张力。由表5.4也可知,组NCHK和CSCHK中试样的憎水角要比组NCH和CSCH的憎水角分别大28°和30°,这表明掺加了KH550的含氢硅油形成的防水膜的表面张力更大,导致组NCHK和CSCHK中试样的体积吸水率低于组NCH和CSCH中试样。对比图5.11和图5.12可知,总体上除组NCH和CSCH中试样,用含氢硅油处理的试样的防水效果要优于用甲基聚硅氧烷树脂处理的试样。这可能是含氢硅油在固化过程中蒸发较困难,使含氢硅油的固化率增加,导致含氢硅油固化后在试样中占据的体积较大,降低了可供水分进入的有效空间,而且从图5.13可发现,组NSH和组CSSH的试样表面形成的防水膜非常光滑,可覆盖大部分的毛细孔。含氢硅油的防水机理如图5.14(a)所示。然而,甲基聚硅氧烷树脂却不会完全堵塞毛细孔,甲基聚硅氧烷树脂中的活性基团相互作用形成树枝状、链状或网状分子,最终形成网状的防水硅氧烷薄膜。从图5.13也可知,组NSM和CSSM防水膜的光滑程度不及组NSH和组CSSH试样表面的防水膜。尽管甲基聚硅氧烷树脂形成的防水膜可阻止大部分液态水的进入,但气态水却很容易进入UHBFC内部。其防水机理如图5.14(b)所示。同样,渗入UHBFC内部未固化的甲基聚硅氧烷树脂也比较容易穿过网状防水膜挥发出来,其固化率较低,且固化后在UHBFC中占据的体积较小,可供水分进入的空间较大。因此,综合来看,含氢硅油的防水效果要比甲基聚硅氧烷树脂防水效果好。
图5.14 两种液态憎水剂处理后的UHBFC防水机理
综合来看,含氢硅油的防水效果要优于甲基聚硅氧烷树脂,浸泡法处理的UHBFC试样的防水效果优于表面涂刷法。在所有用液态憎水剂处理的UHBFC试样中,组NCH的试样的防水效果最差,其72 h体积吸水率为32.3%,组CSSHK的试样的防水效果最好,其72 h体积吸水率可降至4.4%。但是,考虑组CSSHK的试样固化率较高,可能会导致干密度和导热系数增大,而组NCHK的试样不但72 h体积吸水率较低为5.8%,且固化率也较低为8.2%。因此,可选择该组方案,即用掺加KH550的含氢硅油来对不掺加粉状憎水剂的UHBFC试样进行表面涂刷处理。