水溶性有机硅涂料在浆砌石坝整治中的应用初探
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摘要:浆砌石坝除险加固工程中，常涉及防洪标准、结构稳定、渗流安全等主项的复核和整治，但忽略砌体石材表面的风化剥蚀问题。结合水溶性有机硅涂料的性能、防护机理等，探讨了其在浆砌石坝表面防风化整治中的应用，及相应设计和施工，并对工程前景进行了展望。
关键词:有机硅涂料 浆砌石坝 除险加固 防风化
中图分类号：TV文献标识码： A
1 前言
浆砌石坝历史悠久，数量众多，是挡水建筑物重要的坝型之一。中国山区面积广大，石料丰富，早在2000多年以前就利用石块修建水利工程，是世界上建造浆砌石坝最多的国家。据统计，我国坝高在15m以上的浆砌石大坝有2000多座，多为建于改革开放前的中、小型大坝[1]。
浆砌石坝修建时一般不会对石材表面进行防风化处理，随着运行时间的累积，其风化问题日益凸显。由于是挡水建筑物，且多位于山区沟谷，冻融、溶蚀、冲刷、风蚀、生物侵蚀等风化作用尤为剧烈，砌体石材表面普遍存在起壳、蜂窝、盐结晶、起砂、碎裂、锈斑等风化现象，破坏了石材的完整性，降低了石材强度，从而影响到大坝的整体性和防渗性，一定程度上威胁到大坝的安全。
在浆砌石坝除险加固工程中，一般侧重于坝体稳定和渗流安全整治，极少对浆砌石坝体表面的风化剥蚀进行处理。目前常见的石材表面防护方式有上蜡、刷漆、喷混凝土等。上蜡能有效形成防水层，但石蜡易变色（黄化），易起壳，耐久性差。油性漆易施工，但对环境影响较大，不适宜水利工程尤其是饮水工程坝体的防护。挂网喷混应用较多，防渗、防风化效果较好，但对大坝外观改变较大，丧失了石材原有的天然美感。
笔者推荐的水溶性有机硅涂料具有渗入性、透气性、疏水性、耐候性、亲合性、无色、无味、无毒等优点，施工工艺、流程简单，比较适合水利工程中石材（尤其是砂岩）的防风化处理。
2 有机硅涂料及防护机理[1]
有机硅材料以其独特优异的性能和多种多样的产品形态，作为基础材料、改性材料或辅助材料，被广泛应用于各产业领域，尤其在建筑、电子电气、纺织、通讯、汽车、日化行业中，已拥有不可替代的地位。在建筑行业中，以橡胶形态用作各类用途的密封剂；以液态形式（包括乳液）用作防水剂、改性涂料和建材添加剂。后者又分为水溶型和溶剂型两种。
水溶性有机硅涂料的主要成份是甲基（或乙基）硅酸钠（或钾）溶液。甲基硅酸钠易被弱酸分解，当遇到空气中的二氧化碳和水时，会分解成甲基硅酸并生成碳酸钠，甲基硅酸很快地聚合成聚甲基硅氧烷。硅酸基的化学性质活泼，当防水剂涂于硅酸盐石材表面上时，它与材料表面的游离羟基发生化学反应形成材料表面与防水剂之间的化学链连接，并使石材表面结构与有机硅树脂相同，表面张力降低到硅树脂表面张力的水平，涂层分子中的甲基朝向外面，它的氢原子与水的氢原子相互排斥，使水分子难以接近，从而形成一个甲基相界面，产生憎水效果。
由于有机硅涂料形成的防护层的疏水性，抑制了水在原石材孔隙中的流动，石材中的可溶盐产生溶蚀的可能性大大降低。有机硅涂料中的硅原子与石材表层的氧原子反应形成强度较高的Si-O链，从而提高了石材强风化表层的整体性和强度，冻融、冲刷、风蚀等作用的影响也相应降低。由此可见，水溶性有机硅涂料对石材强风化层进行有效处理的同时，提高了石材的后续抗风化能力。污物颗粒也因防水涂层的附着力小、侵入深度较浅而很容易被雨水冲掉，石材的抗污能力相应增强。
3 设计与施工
（1）借助脚手架、吊篮、安全绳等高空作业设备，人工清理坝体表面杂草、腐土、生物残体等附着物，剔除砌体风化剥落层、锈斑、松动块体等，水枪冲洗干净后待干。
（2）用M10砂浆充填砌体空隙并勾缝。对于原朽化浆体，用钢錾仔细剔除，清缝后用M10砂浆重新紧实灌注。仔细勾缝，要求美观自然。
（3）待清理后的坝体及勾缝浆体全干后，用水性有机硅防护涂料均匀喷涂砌体表面，涂料用量约0.25kg/m2。待头遍涂料干燥后，再进行二次喷涂，如此3遍。涂料喷涂过程中，应时刻检查和确保砌体表面干燥、洁净。
施工成型后，既能有效提高石材的表层强度和抗风化能力，又不改变石材原由色泽和面貌，同时具有较好的防渗性能。
4 结语
（1）水溶性有机硅涂料无色、无味、无毒，适用于环保要求较高的水利工程。由于其具有渗入特性，尤其适用于砂岩等质地较松散石材的防护。
（2）水溶性有机硅涂料防护后的石材由于表层膜体的憎水性，其防渗性能有所提高，有助于坝体的整体防渗，防渗效果还需工程实践验证。
（3）水溶性有机硅涂料能提高石材的表层强度，其强化程度需进一步试验研究。
（4）水溶性有机硅涂料在浆砌石坝整治中的应用尚缺乏设计、施工经验，需在工程实践中不断总结和完善。
参考文献：
[1] 林继庸,王光纶.水工建筑物[M].中国水利水电出版社,2008
[2] 游孟松.水溶性有机硅防水剂及应用.全国第六次防水材料技术交流大会论文集[C],2005
[3]浆砌石坝设计规范（SL25-2006）[S].水利电力出版社,2006