Почему материалы, пропитанные силаном, демонстрируют столь значительные различия в характеристиках? 

Механизм реакции между силановыми материалами и бетоном

Силаны, силоксаны или их смеси обычно используются в качестве гидрофобных пропиточных веществ.

Проницаемость силанов и силоксанов зависит от их небольшой молекулярной структуры. Диаметр молекул силана составляет примерно от 1,0×10⁻⁶ до 1,5×10⁻⁶ нм, а молекул силоксана — от 1,5×10⁻⁶ до 7,5×10⁻⁶ нм. Как силаны, так и силоксаны содержат алкильные и алкоксильные группы. Алкильные группы снижают поверхностное натяжение бетона, усиливая его гидрофобные свойства. Алкоксильные группы подвергаются гидролизу с образованием силанольных групп, которые могут связываться с -OH-соединениями в бетоне посредством водородных связей. В качестве альтернативы, в щелочной среде бетона эти силанольные группы могут конденсироваться в силикаты, образуя более прочные химические связи. Малая молекулярная структура силановых материалов обеспечивает отличную проницаемость, позволяя проникать на глубину 3–20 мм в бетонные основания. На глубину проникновения влияют количество покрытия, прочность основания, соотношение воды и вяжущего в бетоне, влажность бетона и тип силана. Механизм связывания между силанами и бетоном показан на рисунке 2. Силанные материалы представляют собой класс соединений с молекулярными структурами, показанными на рисунке 1. Структурно силаны можно разделить на две части: защитную группу R и связывающую группу Si(OR')₃. В щелочных условиях Si(OR')₃ подвергается гидролизу с выделением спирта, образуя силанетриол. Силанетриол проявляет сильную аффинность к неорганическим основаниям, связываясь с ними посредством водородных или ковалентных связей. Одновременно неполярная органическая группа R располагается наружу, образуя гидрофобный слой, тем самым создавая водоотталкивающую поверхность на бетоне и повышая его прочность. Анализ химической структуры силановых материалов позволяет сделать следующие выводы: (1) Химическая реакция между силаном и бетоном является необходимым условием для защитной эффективности силана на бетоне; (2) Различные силановые материалы имеют одинаковый принцип реакции с бетоном, различаясь только гидрофобной эффективностью своих гидрофобных функциональных групп.

Влияние различных материалов на защитную эффективность

1.Влияние на глубину проникновения

Факторы, влияющие на глубину проникновения, в первую очередь зависят от количества нанесенного силанового материала и продолжительности проникновения.

В частности, влияние силановых материалов на глубину проникновения проявляется в следующих аспектах:

(1).Количество влияет на глубину проникновения

Количество силанового материала напрямую влияет на глубину его проникновения в бетон. При одинаковых условиях большее количество обеспечивает более глубокое проникновение, максимальная глубина которого достигает 50 мм. При постоянной дозировке силана различная прочность (или плотность) бетона влияет на скорость проникновения силана. Более высокая прочность бетона приводит к более медленному проникновению силана. Поэтому при определении глубины проникновения в бетон необходимо предусмотреть достаточное время проникновения в зависимости от конкретной прочности (или плотности) бетона, поскольку недостаточное время может повлиять на результаты испытаний. Для обеспечения защиты от коррозии с помощью силана необходимо подбирать индивидуальные нормы расхода в зависимости от конкретных требований, чтобы достичь желаемой глубины проникновения и эффективности защиты.

(2).Потеря компонентов из-за летучести Поскольку силаны являются низкомолекулярными веществами, они легко улетучиваются до вступления в реакцию с бетоном, особенно в ветреных условиях или при высоких температурах. Однако силановые материалы, вступившие в химическую реакцию с бетоном, образуют неразрывную структуру с подложкой и больше не улетучиваются. Во время зимнего строительства более низкие температуры снижают скорость реакции между силаном и бетоном. Согласно физико-химическим принципам, снижение температуры на 10 °C снижает скорость химической реакции в 2-4 раза. Силан, который не успевает вовремя вступить в реакцию с бетоном, легко улетучивается, тем самым снижая эффективную дозировку силана.

2.Влияние на гидрофобность

Гидрофобные свойства определяются нереактивной частью силана в бетоне. Обычные гидрофобные функциональные группы, представленные на рынке, включают метил, пропил, изобутил, н-октил и изооктил. Различные гидрофобные функциональные группы не только влияют на гидрофобность, но и влияют на скорость водопоглощения бетона и его устойчивость к эрозии хлорид-ионами. 1. Влияние химического состава силана Метильные и пропильные группы, имеющие только три атома углерода в своих гидрофобных функциональных группах, могут временно образовывать капли воды на бетонных поверхностях. Однако длительное погружение в воду приводит к снижению их гидрофобности, что делает их непригодными для защиты бетона от коррозии. Изобутильные группы, несмотря на то, что имеют только четыре атома углерода в своих гидрофобных функциональных группах, демонстрируют как отличную гидрофобность, так и превосходную стойкость к эрозии хлорид-ионами благодаря своим уникальным структурным характеристикам. Как н-октил, так и изооктил обладают гидрофобными группами с восемью атомами углерода, что обеспечивает превосходную гидрофобность и устойчивость к хлорид-ионам. Учитывая структурное сходство между изооктилом и изобутилом, их защитная эффективность также превосходит эффективность н-октила. С увеличением числа атомов углерода в гидрофобной функциональной группе гидрофобность и устойчивость к хлорид-ионам силановых материалов постепенно улучшаются. Однако более длинные углеродные цепи снижают их проникающие свойства, ограничивая их применение в защите бетона от коррозии. 2. Влияние супергидрофобных агентов в силанах Включение супергидрофобных агентов в силаны значительно улучшает их гидрофобные свойства. Особенно в условиях, когда нанесение силана должно быть завершено в короткие сроки до воздействия стоячей воды (например, в приливных зонах, районах с высоким уровнем осадков), добавление супергидрофобных агентов предотвращает потерю силанового материала в результате контакта с поверхностной водой.