在普通混凝土的使用的过程中，干缩开裂是经常出 现的技术问题，它会导致水分的渗漏，引起钢筋的锈 蚀，影响混凝土的使用功能和寿命。为解决这一技术 问题，国内外工程界学者一般从材料、设计和施工三 个方面做研究。在材料方面，最通用的方法就是使 用混凝土膨胀剂。这一技术为解决潮湿环境和地下通 风环境中工作的混凝土收缩干裂发挥了及其重要的作用；但 是针对露天条件下工作的混凝土梁、板、柱，掺入膨 胀剂后不仅不能减少或控制干缩裂缝，相反其产生的 裂缝比纯粹使用水泥拌制的混凝土开裂的更严重。因 此，要想从根本上解决混凝土的开裂问题，对地下或 潮湿环境中工作的混凝土，膨胀剂是一种优质的外加 剂；而对于露天条件或干燥环境中工作的混凝土，研 制有机硅系列防水剂抗渗防裂显得很必要。

  有机硅防水剂的主要成分是甲基硅酸钠、乙基硅酸 钠、MS溶剂树脂。它们在空气中的C O2和H2O分子作用 下形成甲基硅醇、乙基硅醇及MS树脂膜。生成物甲基 硅醇、乙基硅醇及MS树脂膜都含有极性基因—OH，易 生成氢键。氢键的形成影响着甲基硅醇、乙基硅醇及 MS树脂膜的性质。使它的沸点较高（110℃）且耐低 温（-45℃）。同时，溶液中存在水解反应，这个水 解反应的结果使防水剂溶解程碱性（PH=12—15）， 甲基硅醇、乙基硅醇及MS树脂膜在这种碱性环境下进 一步偏聚，分子间脱水，生成甲基氧烷、乙基氧烷和 水，其中甲基硅醇、乙基硅醇为非电解质，油状增水 物。这个反应继续下去，生成枝状链，在此基础上又 偏聚成网状高分子聚合物甲基树脂，由此构成防水膜， 深入混凝土的毛细孔中，阻止水分进入。

  为了防止加入MS溶剂型树脂后的剧烈放热而造成的 反应失控，因而在加入MS溶剂型树脂之后通常须冷却， 以保证滴加过程体系的温度不高于65℃。 但是通过实验发现，在适当调整反应物配比的情况 下，可以不经过冷却并保持在相对平稳的温度条件下 直达反应终点，这样不仅缩短了反应的时间，而且提 高了反应产物的性能，提高了生产效率。 虽然该反应是一个放热过程，但却需要在一定的 温度下才能自发进行。根据反应动力学原理，升高温 度有利于反应速度的提高。同时，该体系中甲基硅酸 钠与乙基硅酸钠（常压沸点为56℃）和水（常压沸点 为100℃）在反应过程中能够最终靠适当控制回流比达 到所需的反应温度，同时滴加速度MS溶剂型树脂需控 制以防止爆沸。

  在混凝土加入有机硅防水剂后，由于偏聚反应中 生成枝状、链状及网状分子是伴随水泥水化反应的同 时进行的。他们填补了混凝土的微孔隙，是混凝土的 微观结构更致密，提高了混凝土的抗渗性，而且这 些高分子聚合物有一定的塑性强度，可以轻松又有效的减少 混凝土的干燥收缩，防止或减少因混凝土的收缩而产 生的内力，减轻因此而产生的原始裂缝开展程度，提 高了混凝土的抗裂性。再则，还可以分散应力，防止 应力集中，改善混凝土的内部界面效应，增加了混凝 土的弹塑性，使混凝土的抗渗、抗拉、耐久性得到改 善。

  1、通过大量试验优选甲基硅酸钠、乙基硅酸钠、 MS溶剂树脂等原材料。 2、研究有机硅混凝土防水剂的生产的基本工艺制度、工 艺原理、工艺流程、找出最佳工艺参数。 3、研究有机硅混凝土防水剂的各种配比方案并 应用。

  为了防止此现状的产生， MS溶剂型树脂的用量，甲基 硅酸钠与乙基硅酸钠的反应时间以及反应过程的温度都需要严 格的控制。

  根据以上配方，我们配制了有机硅混凝土防水剂 的样品，进行自检，并送北京市建材产品质量监督检 验站检测，其结果如下：

  具体的反应步骤为：首先将水、甲基硅酸钠与乙 基硅酸钠混合配臵成一定浓度的溶液，倾入带回流 冷凝装臵的反应容器中，在密封条件下缓慢搅拌加 热，回流一段时间后从恒压漏斗中滴加一定量的MS 溶剂型树脂。由于该反应为放热反应，为防止溶液 沸腾，最初的MS溶剂型树脂加入必须缓慢、谨慎， 待反应物呈金黄色后，在保持回流温度平稳的情况 下加入剩余的溶剂型树脂，使反应物保持沸腾状态， 维持一段时间至反应终点。

  经过多次试验证明，体系中所加入的MS溶剂型树脂同样是一 个十分重要的因素。MS溶剂型树脂不仅为反应体系提供了碱 性介质条件，而且由于它对羰基的加成，增加了中间产物的 官能度，因而在反应过程中出现了高于两个官能度的新单体， 因而产生了凝胶现象。

  有机硅混凝土防水剂的研制主要根据其在混凝土 施工全套工艺流程中的水化机制和工作环境，我们选用以上三种 材料作为原材料。甲基硅酸钠分子在反应后形成3—5个 硅原子的水溶性聚合物，以枝状和链状分子结构为主， 从防水机理上主要起到封堵毛细孔的作用；乙基硅酸钠 反应后形成8—13个硅原子的水溶性聚合物，以链状和 网状分子结构为主，主要起到封堵贯通孔的作用。MS溶 剂树脂在水泥水化过程中不发生化学反应，它本身是大 分子结构，当混凝土凝结硬化后，仍然具有一定的流动 性，主要是起到补充前二者没有填充的空间的作用。该 反应在可以加热并带有搅拌器的密闭反应中进行。由于 本反应体系为碱性介质，对反应器衬里没有特殊的要求。 反应进行一定的时间后取样本检验测试，达到一定的要求的后，经排 除低沸点组分即可。

  在六七十年代，日本最早投入对混凝土防水防 裂的研究。日本电气化学公司和日本小野田水泥公司 先后开发出硫铝酸盐膨胀剂和石灰质膨胀剂，并应用 于工程中，取得了良好的效果。随后，前苏联、澳大 利亚等国也先后开展了防水防渗混凝土外加剂的研制， 并取得了广泛应用。我国对混凝土防水防渗开展了防 水防渗混凝土外加剂的研制并取得了广泛的应用。我 国对混凝土防水防渗的研究和应用起步较晚，1975年 中国建材院研制成功CSA膨胀剂，1985年中国建材研 究院在自应力水泥科研成果基础上研制成功石灰系为 主的复合膨胀剂和钙凡石系膨胀剂并在防水防裂混凝 土工程中得到应用，取得了良好的补偿收缩作用，能 有效的防止混凝土的平衡开裂。

  当2个官能团的单体进行逐步聚合时，一般只形 成线型聚合物。当其中一种或多种单体具有2个以上 的官能团时，反应的结果是：先形成支链，进一步 反应则交联成体型聚合物。在本反应体系中，甲醛 甲基硅酸钠与乙基硅酸钠都可以看成是具有双官能 团的化合物，按道理它们之间的缩合反应即使进行 到完全的程度也只能生成线型缩聚物，而不可能会出现 交联凝胶。但在试验过程中发现该体系在聚合达到 一程度时，会出现粘度突然增大的现象，甚至形成 凝胶产物，失去了水溶性。

  根据以上原理，我们通过合理选择甲基硅酸 钠、乙基硅酸钠、MS溶剂树脂等原材料，再依据各 种组分在水泥水化时的反应剧烈程度，合理配比， 优选出有机硅混凝土防水剂的配方；采取了合理的生 产工艺制度，生产出有机硅混凝土防水剂，并在检 测后进行工业试生产、工程应用。

  对于一般的情况，在强碱条件下MS溶剂型树脂 滴入所进行的加成反应是非常剧烈的。但是通过实 验方法的改进，该反应过程是能够获得控制的。我 们首先将甲基硅酸钠与乙基硅酸钠水溶液混合，搅 拌加热开始回流，随着混合物的逐渐溶解，体系成 为乳白色的液体。该反应过程虽然是可逆的，但形 成一定量的聚合物有助于提高最终产物。

  在缩聚反应结束以后，反应产物的分子量有 一些范围的分布，原料中杂质的存在和反应中 副反应的存在，对最终产物性能有明显的影响。 反应达到终点以后，低沸点组分经过适当的排 除后，可使缩聚产物的聚合渗透能力显著提高。

  甲基硅酸钠与乙基硅酸钠是构成反应产物的主要 原料。它们之间的配比是决定最终产物分散性能的关 键因素。当两种或两种以上的共聚单体之间发生聚合 反应时，由于单体间反应活性的差异，会导致生成物 分子的结构单元的排列变化。在一定的反应条件下， 单体间发生聚合反应时，无论反应速度，还是反应生 成物的分子结构，均受到单体浓度和单体间比例的影 响。而分子的结构和分子中官能团的排列顺序和密度， 又明显地影响聚合物本身的性质和性能。通过改变之 间甲基硅酸钠与乙基硅酸钠的比例，试验结果如表3 所示。

  表1 项 外观 含量% 聚甲基硅酸钠含量% 粘度 25℃ 相对密度 PH 值 目

  但是近年来随着高层建筑的加快速度进行发展，超长超高 的混凝土的施工已经很普及，在这种条件下，膨胀 剂由地下潮湿环境升高到地面上露天环境下工作时的 缺陷便暴露了出来。干燥的空气介质使膨胀剂不能发 挥其自身的优势，这时候研制新型的混凝土防水防裂 材料已显得刻不容缓。加入有机化工材料，使混凝土 增加韧性提高抗拉强度是改善混凝土脆性的一条行之 有效的方法。因此国内有许多人研究使用新型的混凝 土防水防裂外加剂。

  有机硅防水剂的原材料主要有甲基硅酸钠、乙 基硅酸钠、MS溶剂树脂。我们在本研究选用的甲基 硅酸钠、乙基硅酸钠性能指标如表1所示，MS溶剂 树脂性能指标如表2所示。

  表4 序号 检验项目 3d 1 抗住压力的强度比，% 7d 28d 2 3 4 渗透高度比，% 48h 吸水量比，% 对钢筋锈蚀作用 掺量，C×% 有机硅混凝土防水剂检验结果 标准要求 （合格品） ≥90 ≥100 ≥90 ≤40 ≤75 对钢筋无锈蚀 --检验结果 139 159 137 36 61 对钢筋无锈蚀 2.0 本项结论 符合 符合 符合 符合 符合 符合 ---

  从表3中能够准确的看出，甲醛甲基硅酸钠与乙基硅酸 钠的mol比为2:1时，反应产物的分散能力最强。

  我们在试验过程中将原料的配合比和反应过程 中的温度等控制变量确定下来，能够获得缩聚产 物的粘度随时间变化的规律如图1所示。缩聚产 物的黏度跟着时间的延长而逐渐增大，但反应超 过一定的时间后，反应产物的粘度跟着时间的变 化趋于平稳，是因为聚合物的增比粘度随着聚 合物分子量的增大而增大，反应达到一定的程度 以后，原材料已基本消耗完全，反应产物的分子 量亦趋于一定的数值。 由此可见，延长聚合反应的时间能提高缩 聚物的聚合性。