新疆地區(qū)水壩使用防碳化涂料篩選的依據(jù)

＊桑亞軍

（新疆科能防水防護技術(shù)股份有限公司 新疆 831100）

新疆地區(qū)水壩使用防碳化涂料篩選的依據(jù)

＊桑亞軍

（新疆科能防水防護技術(shù)股份有限公司 新疆 831100）

針對新疆嚴寒地區(qū)水壩的特點，從防水性能、成膜溫度、反應(yīng)條件三個方面，對目前市場上用的防碳化涂料進行篩選，發(fā)現(xiàn)VAE一類的高聚物乳液是最優(yōu)的防碳化涂料。

新疆地區(qū)；混凝土；防碳化；防碳化涂料；篩選

混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)之一，我國有70%的房屋建筑和50%的橋梁結(jié)構(gòu)采用了混凝土結(jié)構(gòu)。隨著這些工程結(jié)構(gòu)使用時間的增長，混凝土材料和結(jié)構(gòu)受到的侵蝕越來越嚴重，許多工程結(jié)構(gòu)往往由于侵蝕引起使用功能退化，甚至結(jié)構(gòu)破壞，給社會帶來了巨大的損失。

在所有的侵蝕中二氧化碳中和導(dǎo)致的碳化侵蝕最為普通，也最為嚴重，混凝土碳化先從表層開始，然后逐步向混凝土深處擴散，發(fā)生更深入的碳化反應(yīng)，這種反應(yīng)致使混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組織發(fā)生變化，導(dǎo)致混凝土開裂、鋼筋銹蝕，直接影響混凝土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及耐久性，縮短了建筑物壽命。

防止混凝土碳化的技術(shù)，其核心在于減緩碳化速度和有效控制混凝土鋼筋處于鈍化狀態(tài)，或者說，盡量保持混凝土原本的堿性而不被中性。采用涂刷防碳化涂料是一種極為有效的抑制碳化的方法。本文將結(jié)合新疆地區(qū)水壩區(qū)域溫差大，濕度高等地理特點，對該地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)水壩在防碳化工藝施工時對防碳化涂料的篩選和使用，提出了幾點建議。

1.混凝土碳化機理

混凝土的碳化，主要是因為混凝土中的水化產(chǎn)物與周圍環(huán)境里的二氧化碳進行了傳質(zhì)運動，其產(chǎn)生的化學(xué)性侵蝕為溶解與結(jié)晶，其反應(yīng)為：

溶解反應(yīng)：CaO+H2O→Ca(OH)2

外部反應(yīng)：Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

內(nèi)部反應(yīng)：Ca(OH)2+CO2→H2CO3+H2O(中性化)

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O↑(碳化)

溶解反應(yīng)生成的Ca(OH)2，使混凝土的空隙液pH保持在12.5～13.50。碳化發(fā)生時，空氣中的CO2滲透到混凝土中，中和混凝土里的Ca(OH)2，生成碳酸鹽和其他物質(zhì)：碳化過程中，CO2不斷地消耗混凝土中的堿，混凝土的pH逐漸下降，當混凝土pH降至8.5～9.0時，碳化已完全。

防碳化其實就是抑制二氧化碳在混凝土中的擴散，二氧化碳在擴散過程中遵循Fick第一定律：

J=-A*dc/dx

A：二氧化碳擴散系數(shù)；

dc/dx：二氧化碳擴散的濃度梯度；

J：單位時間單位面積二氧化碳透過量。

可見單位時間單位面積二氧化碳透過量的大小取決于二氧化碳擴散系數(shù)和二氧化碳擴散的濃度梯度，抑制碳化可以從這兩方面著手: 降低二氧化碳擴散系數(shù)或是增加厚度以降低二氧化碳擴散的濃度梯度。

大量的研究表明：增加混凝土表面的覆蓋層厚度或增加混凝土中水泥含量，有利于碳化的抑制，實際上僅僅從成本的角度考慮，單純的依靠增加厚度來實現(xiàn)單位時間單位面積二氧化碳透過量的降低，是不現(xiàn)實的，因此目前防碳化主要是通過降低二氧化碳擴散系數(shù)來實現(xiàn)的。防碳化涂料就是基于這一原理，通過高聚物成膜，封閉混凝土表層，抑制二氧化碳擴散。

目前市場上能夠抑制碳化的高聚物種類很多,例如:環(huán)氧，聚乙烯醇，丙乳，苯丙乳液以及VAE（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）乳液。

2.新疆地區(qū)水壩用防碳化涂料篩選原則

經(jīng)過多年的考證和研究，就針對新疆水壩區(qū)域-特殊的地理環(huán)境及市場防碳化涂料的多樣性，本文，對涂料的選擇提出了四個篩選原則：

(1)防水性能優(yōu)異

水壩區(qū)域混凝土面板除了受到明水的侵蝕還有潮濕空氣的影響。相對濕度對碳化速度呈現(xiàn)拋物線關(guān)系，并滿足如下關(guān)系式：

在濕度低時，二氧化碳無法水化，濕度高時，二氧化碳無法擴散，都不利于碳化，在相對濕度約為60%-70%時，碳化速率最快，而新疆水壩區(qū)域晝夜溫差大，相對濕度白天高，夜晚低，導(dǎo)致較長時間內(nèi)，相對濕度接近60%-70%，有利于二氧化碳的擴散。

溫度除了通過相對濕度間接的影響碳化速度外，還能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生直接的影響，研究表明溫度越高，二氧化碳擴散越快，碳化加劇，碳化速率與溫度滿足如下公式：

此外交替變化的溫度也有利于二氧化碳的擴散，在新疆水壩區(qū)域，晝夜溫差大，溫度交替變化明顯，極利于碳化的進行。

當然明水沒有對碳化有直接的影響，但是明水會侵蝕混凝土的表層產(chǎn)生裂紋和縫隙，滲透到混凝土內(nèi)部，產(chǎn)生更深層次的裂縫。

因此在防碳化的過程過，必須要有優(yōu)良的防水性能，既可以阻止明水的直接侵蝕，及其伴隨的碳化又可以阻止?jié)穸纫鸬闹苯犹蓟?/p>

有報道提出聚乙烯醇來進行防碳化處理，雖然成本很低，效果優(yōu)異，但是不易適用于新疆水壩區(qū)域，因為聚乙烯醇中存在大量親水性的羥基，這些羥基的存在會使聚乙烯醇能夠溶解于水中，從而起不到有效防水的效果，因此從長遠的角度來看，在水壩區(qū)域的防碳化涂料應(yīng)具有良好的防水效果。

(2)成膜溫度低

在新疆水壩區(qū)域，尤其是冬季，室外溫度極低，對高聚物的成膜有很大的影響。筆者通過實驗發(fā)現(xiàn)，苯丙類的高聚物雖然性能優(yōu)異，但是由于分子中苯環(huán)的存在，使得高聚物成膜溫度高，即使加入了成膜助劑-，成膜效果依然不佳。故在低溫下能夠容易成膜的高聚物是篩選防碳化涂料一個重要原則。

(3)酸堿性要求

丙烯酸乳液防水性能優(yōu)異，而且在低溫下能夠成膜，但是混凝土中的堿性會與聚丙烯酸側(cè)鏈上的羧基發(fā)生反應(yīng)，對丙烯酸乳液的成膜性有一定的影響。因此防碳化涂料的高聚物的pH最好是中性或堿性，不會消耗混凝土自身的堿性。

3.新疆地區(qū)水壩用防碳化涂料篩選結(jié)果

根據(jù)以上篩選原則結(jié)合新疆地區(qū)水壩所處的環(huán)境和對目前市場上抑制碳化的高聚物防碳化涂料的研究，最終發(fā)現(xiàn)VAE乳液是一類非常適合新疆水壩區(qū)域的防碳化涂料，VAE乳液的側(cè)鏈含有乙烯基，具有良好的疏水性能；此外VAE乳液成膜溫度低，可以在低溫條件下成膜。且相對于環(huán)氧而言，VAE乳液還具有良好的柔順型，可以防止防碳化涂料因應(yīng)變能力差，涂層被拉裂的問題。

(責(zé)任編輯 盧鳳英)

Basis of the Screening of Anti-carbonization Coating for the Dams in Xinjiang Region

Sang Yajun
（Xinjiang Ke’neng Water Proof Protective Technology Limited Liability Company, Xinjiang, 831100）

In terms of the features of dams in Xinjiang freezing region, this paper has taken the screening of the anti-carbonization coating on market from the aspects of waterproof property, film-forming temperature and reaction condition, and then it has found that the VAE type of polymer emulsion is the optimal anti-carbonization coating.

Xinjiang region；concrete；anti-carbonization；anti-carbonization coating；screening

T

A

桑亞軍（1987～），男，新疆科能防水防護技術(shù)股份有限公司；研究方向：材料工程。