２０１２年第７期江苏水利 浅谈丙乳砂浆 在碳化混凝土结构加固中的应用 徐哲 曾祥华缪建国 １工程概况 临洪东站位于连云港市北郊，承 担着蔷薇河流域１ １４３．８５ ｋｍｚ洪水强 排任务，是保障连云港市区工农业生 产和人民生命安全的重要水利工程。 本工程建设起始于１９７９年， １９８０年底由于国家压缩基建规模而 停缓建，到１９９６年 １９９７年才续建 完成后期工程。临洪东站经１０多年 的停缓建，期间缺少管理，加之紧靠 海边，空气湿度大，氯离子含量高，站 身构件混凝土碳化，钢筋锈蚀，混凝 土保护层剥落。 ２００９年初有关方面对本站进行 了安全鉴定，综合评定为三类泵站， 鉴于泵站对城市防洪的重要作用，需 对其进行更新改造。土建工程尤其需 对碳化混凝土结构采取有效且可靠 的处理措施。 ２混凝土碳化机理及其危害 混凝土的碳化是材料本身与外 部环境气候条件共同作用的结果，是 指混凝土中的氢氧化钙Ｃａ（０Ｈ），与渗 透进混凝土中的二氧化碳（ＣＯ，）或其 它酸性气体发生化学反应的过程。混 凝土中ＤＨ值下降的过程称为混凝土 的中性化过程，其中，由大气环境中 的ＣＯ：引起的中性化过程被称为混 凝土的碳化，可以简单的用下面的反 应式表达： Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２－－＂ＣａＣＯ Ｈ２０ 此反应生成的ＣａＣＯ 在水中的 溶解度极低，随着反应的进行不断结 晶析出。随着孔隙水中Ｃａ（ＯＨ），的浓 度不断降低，水泥熟料水化后生成的 固态Ｃａ（ＯＨ），继续在孔隙水中溶解并 向其浓度低的区域（已碳化区域）扩 散，重复上述反应，使混凝土碱度降 低。混凝土表层碳化后，大气中的 ＣＯ，继续沿混凝土中未完全充水的毛 细孔道向混凝土深处气相扩散，更深 入地进行碳化反应。 碳化后的混凝土质地疏松，强度 降低，但这只是碳化过程带给混凝土 的损坏，由于混凝土中性化过程而使 钢筋钝化膜遭到破坏，从而引起混凝 土内钢筋的锈胀，对结构安全的影响 才是至关重要的。 最初的混凝土孔隙中充满了饱 和的Ｃａ（ＯＨ），溶液，它使钢筋表层发 生初始的电化学腐蚀，该腐蚀物在钢 筋表面形成一层致密的覆盖物，即 Ｆｅ２０ 和Ｆｅ Ｏ ，这层覆盖物称为钝化 膜，在高碱性环境中，即ｐＨ≥１１．５ 时，它可以阻止钢筋被进一步腐蚀。 当混凝土碳化深度超过保护层达到 钢筋表面时，钢筋周围孔隙液的ＤＨ 值降低到８．５ ９．０，钝化膜被破坏，钢 筋将完成电化学腐蚀，导致钢筋锈 蚀。钢筋生锈后体积增大，破坏了混 凝土保护层，产生顺筋裂缝，水、空气 进入裂缝，更加速了钢筋的锈蚀，并 最终可能导致结构或构件的失效。 ３碳化混凝土的主要加固方法 混凝土的碳化程度不同，部位不 同，处理方法也不同。对碳化深度过 大、钢筋锈蚀明显、危及结构安全的 构件应拆除重建；对于碳化深度较小 且小于钢筋保护层厚度，碳化层比较 坚硬的，可用优质涂料封闭，如环氧 厚浆涂料等；对碳化深度大于钢筋保 护层厚度或碳化深度较小但碳化层 疏松剥落的，均应凿除碳化层，粉刷 高强水泥砂浆或聚合物水泥砂浆等； 对钢筋锈蚀严重的，应在修补前除 锈，并应根据锈蚀情况和结构需要加 补钢筋。临洪东站进水侧混凝土拱圈 严重碳化，采取拆除重建的方式处 理；泵站泵房内混凝土处于室内环 境，混凝土碳化程度相对较轻，碳化 层深度较小，碳化层混凝土强度相对 较高，采用涂环氧厚浆涂料封闭的方 式进行处理；泵站墩墙、出水流道和 胸墙等部位混凝土处于室外环境，而 且大部分处于水位变动区，混凝土碳 化程度相对较重，碳化层深度较大， 碳化层混凝土强度相对较低，因此采 用凿除碳化层混凝土，粉刷聚合物水 泥砂浆进行处理。 目前进行碳化混凝土表面修补 的材料及处理方案较多，如：环氧砂 浆、ＴＫ聚合物砂浆、１０７胶砂浆、丙乳 砂浆及高强普通砂浆等，各种方案各 有优缺点，具体见表１。经过方案比 较，临洪东站采用丙乳砂浆对碳化混 凝土进行加固。 ４丙乳砂浆 丙乳是丙烯酸酯共聚乳液的简 称，是一种高分子聚合物的水分散体， 是一种水泥改性剂，是由南京水利科 学院科技成果直接转化而成的产品， １９８６年已通过水利部鉴定，１９８８年获 国家科技进步三等奖。丙乳加入到水 泥砂浆后成为聚合物砂浆，属于高分 子聚合物乳液改性水泥砂浆。 ４．１ 丙乳砂浆的特性 与普通水泥砂浆相比，丙乳砂浆 极限拉伸率提高１ ３倍，抗拉强度提 高１．３５ １．５倍，抗拉弹性模数降低， 收缩小，抗裂性能显著提高，与混凝 土面及老砂浆黏结强度提高４倍以 上，２ ｄ吸水率降低１０倍，抗渗性能 提高１．５倍，抗氯离子渗透能力提高 ８倍以上。丙乳砂浆使用寿命与普通砂 浆基本相同，具有基本无毒、施工方便、 成本低的特点，且有密封作用，能够达 到防止老混凝土进一步碳化、延缓钢 ●冒瞄薯２０１２年第７期表１ 江苏水利 碳化混凝土表面修复方案比较 序号 １ 修复材料 优点 缺点 与基底黏结性能差，易干裂脱落。 ■目恿禺 ｝ｌ！—ｌｒｌ ； ２ 环氧砂浆 强度高，黏结性能好。高强普通砂浆 强度高、价格低廉、施工方便。 部分组分易挥发，有毒，造价高，施＿Ｔ工艺复杂。 有毒，抗冻、抗渗、抗冲耐磨、胶结性能差。 ３ ４ １０７胶砂浆 防水性好，价格低廉，主要用于建筑领域。 ＴＫ聚合物砂浆 抗拉强度高、干缩变形小、抗冻、抗渗、抗冲耐 施工工艺较丙乳砂浆复杂，成本较丙乳砂浆高、 磨、无毒环保。 对基底处理要求较高，需在短时间内用完。 丙乳砂浆 施工工艺简单、抗拉强度高、干缩变形小、抗冻、 成本较１０７胶砂浆、局强晋通砂浆高，对基底处 抗渗、抗冲耐磨，与混凝土黏结强度高，抗裂性 理要求较高，需在短时间内用完。 ５ 能好，无毒环保。 筋锈蚀速度、抵抗剥离破坏的目的。 效果。工程最终选用第二组配合比的 ４．２ 丙乳砂浆原材料及配合比选用 丙乳砂浆用于碳化混凝土表面修复。 内乳砂浆是丙烯酸酯共聚乳液 ４－３丙乳砂浆施工工艺 水泥砂浆的简称，属于高分子聚合物 ４．３．１基底处理 乳液改性水泥砂浆，丙烯酸酯共聚乳 丙乳砂浆涂抹前应先将混凝土 液、稳定剂和有机硅乳液可选用国内 结构或构件的表面碳化层凿除，深度 厂家的合格产品；水泥宜采用４２．５普 一般为２～３ ｃｍ（或根据实际碳化深度 通硅酸盐水泥；凡适宦饮用的水均可 调整），对于在凿除过程中暴露出的 使用，未经处理的工业废水不得使 缺陷混凝土，应加大凿除深度，将其 ；砂子为粒径小于２．５ １／ＩＩＴＩ的当地 全部凿除，并用高压水将凿毛的旧混 河砂，砂子的细度模数１．６，为细砂， 凝土面（基面）清洗干净，露出新鲜的 要求采用过筛处理。 混凝土层面。施１．＝面应处于饱水状态 丙乳砂浆配合比：灰砂比１：１－１：２； （但不应积水），经验收合格后，方可 灰乳比１：０．１５－１：０３；水灰比０．４左 进行丙乳砂浆抹面施 ［。 有。丙乳净浆按照丙乳：水泥＝１：２的 ４．３．２抹面施工 比例配置。 丙乳砂浆抹面可采用人ｌＴ抹压 临洪东站所用丙乳砂浆共进行 和挤压式砂浆泵喷涂两种施工方法， 了４组配合比实验，每组的灰砂比 采用挤压式砂浆泵操作时喷出的砂 均采月｛１：２，水灰比０．４左右，灰乳比 浆要充分分散、回弹少、不阻管、无流 分别采用１：０．１０，１：０．１５，１：０．２０和 淌。为防止大面积喷涂造成收缩裂 １：Ｏ．２５，各组试块的抗压强度及砂浆 缝，应分层喷涂，并控制好间隔时间； 表面质量见表２。 若采用人工涂刷，应在已经验收合格 表２ 不同配合比丙乳砂浆试块抗压强度比较 组别 灰砂比 灰乳比 水灰比 ２８ ｄ试块抗压 试块表面质量 强度（ＭＰａ） １ １：２ ｌ：０．１０ ０．４左右 ４５．４ 表面较光滑平整，有少许裂缝 ２ １：２ ｌ：０．１５ ０．４左右 ４４．６ 表面光滑平整，基本无裂缝 ３ １：２ １：０．２０ ０．４左右 ４２．５ 表面较光滑平整，有少许裂缝 ４ ｌ：２ １：０．２５ ０．４左右 ４１．３ 表面较光滑平整，有明显裂缝 从表２统计数据可以看出，在灰 的基层上涂刷一层丙乳净浆，涂刷层 砂比及水灰比基本相同的情况下，２８ 要薄而且均匀，不漏涂不流淌，待１５ ｄ试块抗压强度随丙乳掺量的提高而 ｍｉｎ左右，分两层抹压丙乳砂浆。抹压 降低，但韧性提高；在丙乳掺量较低 时采用倒退法进行，砂浆表面应平整 时，砂浆易干缩而出现表面裂缝，但 光滑。为防止大面积施工造成收缩裂 红丙乳掺量较多时也Ｉ叶Ｊ现明显的表 缝，应将施工区域分成小块，每块的 面裂缝是因为丙乳中含有一定量的 面积控制在２０ ｍｚ以下，各小块四周 水．无形中加大了丙乳砂浆的水灰 可铺设纤维板条作为Ｔ作面模板及 比，因此在加大丙乳用量的同时应适 层面整平导轨。 当减小水灰比才能获得较好的抗裂 ４．３３养护及注意事项 丙乳砂浆抹压后至终凝（约４ ｈ）， 采用农用喷雾器进行水喷雾养护或 用薄膜覆盖，养护１ ｄ后再用毛刷在 面层刷１道丙乳净浆，要求涂刷均 匀、密闭，待净浆终凝结硬后继续喷 雾养护，并使砂浆面层始终保持潮湿 状态７ ｄ。在阳光直射或风口部位，应 采取相应的遮阳和保湿措施。 为防止早期裂缝的出现，砂浆中 可适量加入具有补偿收缩性能的添 加剂；因拌和及配料不当，或因拌和 时间过长而报废的丙乳砂浆应弃置 在指定位置，不得随意丢弃；每次拌 制的丙乳砂浆应在３Ｏ～４５ ｒａｉｎ内使 用完，以防砂浆变性，影响使用效果。 ４－３．４质量检验 强度检验：丙乳砂浆试块２８ ｄ平 均抗压强度实验室检验应不小于设 计抗压强度，现场强度可采用回弹仪 进行检验。 表面检验：涂抹后的丙乳砂浆表 面应完好，无剥离、剥落现象，主要的 检验方法为观察和手摸检查。 施一亡质量检验：待丙乳砂浆强度 达到设计强度的５０％时可用小锤敲 击表面，声音清脆者合格，声音发哑 者凿除重修，检查部位应侧重于施丁 缝连接处。丙乳砂浆涂层产生裂缝一 般在硬化后１～２ ｄ，应及时检查，发现 后立即凿除重修。 ５结语 丙乳砂浆具有优异的黏结、抗 裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老 化等性能，施工简便、易于掌握，是一 种优良的薄层修补材料，在临洪东站 碳化混凝土表面修补中取得了良好 的效果，是一种可靠的混凝土表面加 固材料。 （作者单位：上海勘测设计研究院 ２００４３４连云港市水利局２２２００４）
