淺談丙乳砂漿在鋼筋混凝土防碳化中的應(yīng)用

王剛晴

鋼筋混凝土強(qiáng)度高、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)，是理想的水工建筑物結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)60年代以來逐步普及，目前已成為我國(guó)水利工程中使用最普遍、數(shù)量最多的建筑結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土雖具備諸多優(yōu)點(diǎn)，但不足之處是碳化反應(yīng)容易破壞保護(hù)層，使鋼筋銹蝕，影響工程壽命。利用丙乳砂漿延緩、防止其碳化技術(shù)已在我國(guó)得到一定程度的應(yīng)用。在淮北平原一帶，宿縣閘是首例使用丙乳砂漿進(jìn)行防碳化處理的工程。本文針對(duì)該技術(shù)的原理及應(yīng)用方法展開討論。

一、混凝土碳化機(jī)理及丙乳砂漿的封閉作用

所謂碳化，就是混凝土受到空氣中二氧化碳的侵蝕作用，導(dǎo)致鋼筋銹蝕、混凝土破壞的過程?；炷潦怯伤?、砂、碎石和水混合凝固后的建筑材料。水泥水化后主要產(chǎn)物是氫氧化鈣Ca（OH）2，可使混凝土呈堿性，PH 值為12~14。鋼筋在堿性介質(zhì)中，表面形成鈍化膜，對(duì)鋼筋起到保護(hù)作用。而空氣中的二氧化碳通過混凝土表面的裂隙進(jìn)入混凝土中與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣和水，降低了混凝土的堿性，當(dāng)PH值降低到11時(shí)，鈍化膜開始破壞，使鋼筋直接接觸到水和空氣而發(fā)生銹蝕，產(chǎn)生氫氧化鐵Fe（OH）2，體積增加2~3倍，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使混凝土保護(hù)層脹裂，加劇了水和空氣的滲入，促使鋼筋進(jìn)一步銹蝕，以此惡性循環(huán)，導(dǎo)致混凝土剝落，直至破環(huán)。

使用丙乳砂漿封閉混凝土表面不但與老混凝土粘結(jié)好，強(qiáng)度高，而且由于聚合物膠乳形成的薄膜填充了漿體中的孔隙，切斷了與外界的聯(lián)系通道，改善了其物理組織性能，因而起到抗?jié)B、抗碳化、抗有害離子侵入等作用。因此丙乳砂漿是目前比較理想的保護(hù)密封材料。

二、碳化破壞時(shí)間的計(jì)算

混凝土中的鋼筋并非從碳化開始就銹蝕，而是在碳化深度達(dá)到鋼筋位置時(shí)（即超過保護(hù)層厚度），鈍化膜開始破壞，鋼筋開始銹蝕。為使鋼筋免遭銹蝕，必須在其尚未銹蝕前即進(jìn)行有效封閉處理。碳化深度達(dá)到保護(hù)層厚度時(shí)的臨界時(shí)間一般被稱為碳化破壞時(shí)間。碳化破壞時(shí)間與保護(hù)層厚度、二氧化碳濃度及其在混凝土中擴(kuò)散能力有關(guān)，可以用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，H——保護(hù)層厚度；

ε——二氧化碳的擴(kuò)散系數(shù)；

A——二氧化碳的濃度；

M——單位體積混凝土對(duì)二氧化碳的吸收能力；

T——碳化破壞時(shí)間。

從式（1）不難看出，對(duì)于同一座建筑物的混凝土構(gòu)件，若所處自然環(huán)境相同，則ε、A、M值是一定的。在建筑物中是個(gè)常數(shù)，設(shè)其為C，則。

利用式（2）可計(jì)算出混凝土工程從建成到鋼筋開始銹蝕的時(shí)間，從而可提前進(jìn)行防碳化處理。

三、丙乳砂漿封閉施工

利用丙乳砂漿封閉混凝土表面的施工工藝復(fù)雜，技術(shù)性強(qiáng)，精度要求高。如構(gòu)件表面處理不當(dāng)，則涂層附著力大幅度下降甚至脫落；水灰比、水聚比掌握不好，漿體會(huì)產(chǎn)生大量氣泡；施工環(huán)境溫度過高或過低以及養(yǎng)護(hù)不當(dāng)均會(huì)給施工帶來困難，影響工程質(zhì)量。因此，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，真正做到精心施工，才能達(dá)到預(yù)期的防護(hù)效果。

1.施工工具

施工工具主要有：缸、臺(tái)秤、白鐵板、鐵抹子、木抹子、白鐵桶、高壓泵、噴霧器、吹塵器、鋼刷及鐵鍬等。

2.施工前期工作

施工前需在混凝土構(gòu)件上劃清碳化與非碳化的界限，確定施工范圍。可以采用酚酞試劑顯色確定碳化范圍，如不變色說明混凝土堿性消失，已碳化，需進(jìn)行處理。具體的測(cè)定方法如下：

①酚酞試劑的配制。取10kg酚酞試劑，加入100g無水酒精（濃度在95%以上），搖晃均勻待用。

②測(cè)區(qū)的規(guī)定和測(cè)點(diǎn)的選擇。一般水工程建筑物可分水上部分、水下部分和水位波動(dòng)區(qū)3大區(qū)，可按上述分區(qū)選擇測(cè)點(diǎn)。選點(diǎn)時(shí)要注意有代表性，每區(qū)測(cè)點(diǎn)不少于5個(gè)。對(duì)梁、板、閘墩等主要承重構(gòu)件，測(cè)點(diǎn)要多些，梁、板上的測(cè)點(diǎn)宜選在側(cè)面和底部，即通風(fēng)易風(fēng)化部位。測(cè)點(diǎn)不應(yīng)選在邊角、裂隙、突起及剝落部位。

③試坑的開鑿與測(cè)試。測(cè)點(diǎn)選定后，用錘子和鑿子開鑿試坑。試坑的大小依據(jù)具體情況而定，材質(zhì)差異大的部位，試坑要適當(dāng)開大，以取得薄弱部位的碳化深度；混凝土表面面積大的部位，如翼墻、底板等試坑要開大些，在薄細(xì)的梁、板、柱上的試坑可開小些。為了便于測(cè)量、觀察試劑顏色變化，試坑邊緣要整齊。試坑深度依碳化深度而定。

當(dāng)試坑開鑿到預(yù)定深度后，用吹塵器吹凈坑內(nèi)灰塵，將酚酞試劑滴入測(cè)試部位，仔細(xì)觀察其顏色變化，然后用深度標(biāo)尺測(cè)量最大碳化深度。測(cè)試完畢應(yīng)將試坑用1∶2水泥砂漿封堵抹平。

3.施工程序

①基面清理。丙乳砂漿封閉施工前，必須把混凝土表面的塵污、松散混凝土、裂隙邊緣的雜物等用鋼刷徹底清除，表面有油污時(shí)用汽油沖洗干凈，然后用高壓水泵進(jìn)行噴洗?；炷帘砻娴牧芽p或孔洞用丙乳砂漿填充后不必抹光，以便與封閉涂料結(jié)合。

②涂漿封閉。施工前先將混凝土表面灑水，便于其充分吸附水分，待稍干并保持濕潤(rùn)狀態(tài)時(shí)開始涂漿。涂漿封閉分3次進(jìn)行。

第一遍用毛刷涂刷凈漿，涂刷時(shí)要力求均勻，對(duì)表面低洼點(diǎn)、糙紋處都要涂刷，不可漏涂。

第二遍涂漿待凈漿稍干（約2h）后進(jìn)行。用木抹子涂刷丙乳砂漿，不必抹光，均勻即可，厚度為4～5mm，為了保持砂漿的和易性，便于施工，涂刷要分片進(jìn)行，一次面積不可過大，以3～4m2為宜。砂漿隨用隨配，每次10kg左右，40min內(nèi)用完。夏季施工時(shí)，固化反應(yīng)加快，不時(shí)發(fā)生急凝現(xiàn)象，要用力往一個(gè)方向拉抹子，不可往返涂抹。另外施工中要特別注意絕對(duì)不能往漿料中加水，否則將產(chǎn)生大量氣泡，影響質(zhì)量。

第三遍涂漿待養(yǎng)護(hù)兩天后進(jìn)行。漿料配制與第二遍相同，每次配料仍為10kg，隨用隨配。因?yàn)樽詈笠槐橐笃秸饣?，因此要改用鐵抹子，仍保持一個(gè)方向拉抹。要求推漿薄而均勻，厚度5～6mm，軋光即可，涂抹時(shí)如表面開始固結(jié)，可用噴霧器噴霧，保持基面潮濕。

③養(yǎng)護(hù)。灑水養(yǎng)護(hù)要貫穿施工的全過程，當(dāng)?shù)谝槐閮魸{刷涂0.5h后養(yǎng)護(hù)即開始，第二遍、第三遍涂漿后更要注意養(yǎng)護(hù)，要由專人負(fù)責(zé)，周而復(fù)始不停進(jìn)行。丙乳砂漿的養(yǎng)護(hù)不同于普通混凝土，不可采用濕草袋覆蓋、直接噴水等傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法，最好使用農(nóng)用噴霧器不停噴灑，使工程周圍保持霧狀的濕潤(rùn)狀態(tài)。養(yǎng)護(hù)工作要晝夜不停地進(jìn)行，白天循環(huán)養(yǎng)護(hù)不得間歇，夜間每1h養(yǎng)護(hù)1次，持續(xù)7d。

施工后28d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，建筑物即可正常運(yùn)行。

表1 宿縣閘施工前后彈力儀測(cè)試強(qiáng)度對(duì)照表

四、防護(hù)效果

從試驗(yàn)性施工的觀測(cè)結(jié)果來看，丙乳砂漿封閉混凝土表面防碳化工藝的防護(hù)效果良好，碳化被有效阻止，表面強(qiáng)度明顯提高，沒有發(fā)現(xiàn)龜裂、剝落等現(xiàn)象，見表1。

五、結(jié)語

丙乳砂漿與被保護(hù)的混凝土粘結(jié)牢固，吸水率小，能有效地阻止水、空氣的侵入，是混凝土防碳化的較理想涂料。北方地區(qū)應(yīng)用該技術(shù)時(shí)要特別注意氣候的寒冷干燥，施工季節(jié)宜選在春末或秋初，氣溫在25℃以上。要嚴(yán)格加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，7d內(nèi)施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)始終保持在潮濕的環(huán)境中。由于砂漿的水灰比小，涂層薄，施工比較困難，因此要選擇有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工人掌抹，切忌向漿料中加水，以免產(chǎn)生氣泡。為方便施工，也可以在拌料時(shí)加入1%的消泡劑，經(jīng)實(shí)踐證明效果良好。為預(yù)防鋼筋銹蝕，不使混凝土工程遭到碳化破環(huán)，可在工程建成后即計(jì)算碳化破壞時(shí)間，在時(shí)間到來之前用丙乳砂漿封閉混凝土表面，防患于未然■