環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆在沿海水利工程混凝土防碳化中的應(yīng)用

王 俊，張德友，顧伊娜

(江蘇省通榆河薔薇河送清水工程管理處，江蘇 淮安 223005)

善后新閘建成于1958年6月，位于江蘇省連云港市東陬山西南麓，主要作用為排澇、擋潮，同時(shí)兼有蓄水灌溉等功能，總寬120 m，共分10孔，每孔凈寬10 m。設(shè)計(jì)流量為1 050 m3/s，為大(2)型水閘，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)100年一遇。該閘距離海岸線約15 km，受潮汐影響較大。

2015年，管理單位根據(jù)水利工程管理要求對善后新閘開展了安全鑒定工作，被鑒定為二類水閘。在現(xiàn)場安全檢測中，發(fā)現(xiàn)該閘混凝土普遍出現(xiàn)碳化情況，碳化深度分部不均勻，位于中間的6號孔右閘墩及4號孔右排架碳化深度達(dá)到40 mm，其他部位在5～10 mm，無其他病害。經(jīng)現(xiàn)場檢測，混凝土保護(hù)層厚度基本大于最大碳化深度和最小保護(hù)層厚度。強(qiáng)度是影響碳化深度的重要因素，保護(hù)層厚度則對延長建筑物的壽命至關(guān)重要[1]，因此決定對混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行防碳化處理。

1 混凝土碳化原理及危害

1.1 原理

混凝土碳化是指外界環(huán)境中的二氧化碳及水通過混凝土表層的空隙和毛細(xì)孔，與混凝土中的氫氧化鈣生成碳酸鈣，從而使混凝土的堿度降低的過程。混凝土碳化減弱了混凝土的保護(hù)層對鋼筋的保護(hù)作用，使鋼筋因表面的鈍化膜被破壞而開始生銹，同時(shí)由于產(chǎn)生了混凝土收縮，使混凝土表面碳化層產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生微細(xì)裂縫，導(dǎo)致混凝土的抗折強(qiáng)度降低。最終鋼筋的銹蝕以及混凝土的收縮開裂破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.2 危害

混凝土碳化后強(qiáng)度、硬度有所提高，但由于碳化一般均在結(jié)構(gòu)表面，深度不大，故對整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響不大。但是混凝土碳化后會(huì)產(chǎn)生體積收縮，當(dāng)收縮應(yīng)力超過混凝土表面抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)在表面產(chǎn)生裂縫。潮濕空氣進(jìn)入裂縫使裂縫處的混凝土碳化收縮，繼而使裂縫向混凝土內(nèi)部發(fā)展。當(dāng)裂縫穿透混凝土保護(hù)層到達(dá)鋼筋時(shí)，由于混凝土堿性降低，濕氣銹蝕鋼筋，銹蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)脹裂保護(hù)層，加速銹蝕進(jìn)程，最終有可能影響結(jié)構(gòu)安全。

2 混凝土防碳化處理原理及方法

2.1 處理原則

混凝土防碳化處理的原則就是通過表面封閉等方式阻止或盡可能減緩?fù)饨缬泻怏w進(jìn)入混凝土內(nèi)侵蝕，使得混凝土內(nèi)部和鋼筋始終處于高堿性環(huán)境。關(guān)鍵是如何阻止不良因素進(jìn)入或盡可能延緩其進(jìn)入的速度。

在確定混凝土防碳化處理方案前，應(yīng)首先對結(jié)構(gòu)混凝土碳化程度、表面強(qiáng)度等進(jìn)行檢測，分析判斷混凝土的碳化對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響[2]。

2.2 處理方法

刷涂防護(hù)涂料可提高混凝土的耐久性能，水性環(huán)氧涂料效果明顯好于防水涂料[3]。當(dāng)前我國對于混凝土表面防碳化處理的措施主要是刷涂環(huán)氧厚漿或SK柔性防碳化等涂料以及硅粉、丙乳、SBR等砂漿等。

由于善后新閘距離海邊較近，對混凝土預(yù)防鹽化侵蝕要求較高，普通的環(huán)氧厚漿等防碳化涂料雖然可以對混凝土有較高的滲透性使得滲透區(qū)域強(qiáng)度升高，能有效減緩不良因素進(jìn)入，但在高鹽度海邊環(huán)境中還不能起到較好封閉防護(hù)效果，因此耐侵蝕、抗?jié)B透性好的環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆成為混凝土防碳化處理首選涂料。

2.2.1 玻璃鱗片的應(yīng)用發(fā)展

玻璃鱗片涂料由美國首先開發(fā)出來，主要適用于船殼、化學(xué)品儲罐的襯里材料。1967年，日本研發(fā)的玻璃鱗片被應(yīng)用于市場。1974年，大規(guī)模研發(fā)和應(yīng)用玻璃鱗片涂料，使得產(chǎn)品進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。20世紀(jì)80年代初，我國在貴溪冶煉廠開始應(yīng)用玻璃鱗片。經(jīng)過多年的自主開發(fā)，目前我國在玻璃鱗片的質(zhì)量及表里能力已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2.2.2 玻璃鱗片應(yīng)用

玻璃鱗片漆按照其黏結(jié)力度劃分，可以分為環(huán)氧玻璃鱗片漆、玻璃鱗片膠泥、玻璃鱗片涂料。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)表面的特點(diǎn)，本文主要分析環(huán)氧玻璃鱗片漆的應(yīng)用。

2.2.3 環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的主要組成

環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆主要由環(huán)氧樹脂、玻璃鱗片、顏料、固化劑、助劑、稀釋劑等組成。其中玻璃鱗片是一種2～5 μm厚的玻璃碎片，它是由1 200 ℃以上的熔融中堿玻璃，經(jīng)吹泡、冷卻、粉碎、篩選及研磨等工藝步驟制成。一般環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的干膜厚度達(dá)到200～400 μm，且能保證涂層中數(shù)十層至上百層的鱗片排列，形成復(fù)雜曲折的防滲透擴(kuò)散路徑。

2.2.4 環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的主要性能

(1)抗侵蝕性好。玻璃鱗片在環(huán)氧樹脂內(nèi)互相連結(jié)，能夠有效阻止水蒸氣和化學(xué)溶劑對混凝土的侵蝕，具有耐酸、耐堿、耐鹽、耐油等特點(diǎn)。有關(guān)試驗(yàn)表明：0.5 mm厚的鱗片抗?jié)B透性超過2.0 mm的玻璃鋼。

(2)伸展性好。固化時(shí)收縮小，具有較強(qiáng)的黏性和柔韌性，并能提供熱穩(wěn)定層，使得襯層涂層不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離。

(3)表面抗磨損性、抗沖擊性好。加入玻璃鱗片的涂層比不加的涂層硬度大得多,可以承受500 g鋼球從50 cm高處落下的沖擊，無裂紋，無剝落。

(4)施工方便，易于修補(bǔ)。

2.2.5 混凝土防碳化處理施工工藝

(1)表面清理。用高壓水槍對混凝土表面浮塵進(jìn)行清理，使用鋼絲刷、砂紙去除表面異物，主要是風(fēng)化的混凝土渣、青苔、污漬等；若混凝土表面不平整，需鑿除混凝土表面凹凸不平部分，用磨光機(jī)打磨至表面平整。

(2)破損修補(bǔ)。使用環(huán)氧砂漿配料對局部破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，如蜂窩麻面、表面裂紋、缺邊斷角等，達(dá)到表面平整，邊角橫平豎直，同時(shí)對修補(bǔ)料及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

(3)涂裝涂料。當(dāng)混凝土表面干燥、平整、無雜物后進(jìn)行厚漿刷涂。一般先進(jìn)行N50-1環(huán)氧封閉底漆，然后進(jìn)行N50-1環(huán)氧中間漆，中間層施工厚漿環(huán)氧玻璃鱗片漆，最后是面漆層908脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆。

2.2.6 涂料各面層主要作用

(1)底漆：主要為其他面層涂料提供具有抗?jié)B性、易清理和良好附著的表面，同時(shí)可以增加對基材的封閉性和附著強(qiáng)度。

(2)中間漆：主要起承上啟下的作用，可以讓底漆和面漆更好融合，并且起到一定封閉效果，保護(hù)底漆，提高效果。

(3)玻璃鱗片漆：起到關(guān)鍵作用，具有較強(qiáng)的抗侵蝕性、柔韌性、抗磨損性和抗沖擊性。

(4)面漆：黏性較好，耐腐蝕，有很好的機(jī)械性能，抗污性、自潔性、柔韌性都很好，而且耐刮擦。

涂料各面層示意圖見圖1，涂料主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

圖1

表1 涂料主要技術(shù)指標(biāo)

2.3 質(zhì)量要求

2.3.1 使用溫濕度及干燥時(shí)間

適宜涂裝溫度5℃以上，而15～25℃最適宜。作業(yè)現(xiàn)場相對濕度不能超過85%，一般冬雨季不適合涂裝。

已配好固化劑的涂料應(yīng)在2～6 h內(nèi)用完，否則會(huì)發(fā)生膠化。各面層涂刷間隔應(yīng)在24 h以上，這樣涂層不易產(chǎn)生氣泡。全部涂裝完成后，還需養(yǎng)護(hù)48 h以上。

2.3.2 基層處理

基層處理的好壞將直接影響到環(huán)氧厚漿涂裝的質(zhì)量。

(1)碳化基層處理

混凝土碳化由于碳化深度的不同，處理的方式也不盡相同。若碳化深度遠(yuǎn)大于鋼筋保護(hù)層厚度并且鋼筋銹蝕明顯，那么該構(gòu)件已危及結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)拆除重建；若碳化深度小于鋼筋保護(hù)層厚度，對基層表面進(jìn)行人工處理后用專用涂料封閉；若碳化深度大于等于鋼筋保護(hù)層厚度，同時(shí)碳化層疏松的，應(yīng)鑿除疏松的碳化層，再用高強(qiáng)環(huán)氧砂漿或混凝土修補(bǔ)；鋼筋銹蝕嚴(yán)重的，應(yīng)采取除銹或補(bǔ)鋼筋措施，然后再用專用涂料封閉。特別是環(huán)氧砂漿修補(bǔ)部位，不能急于進(jìn)行下一步涂裝，應(yīng)待環(huán)氧砂漿完全凝固，打磨后經(jīng)檢查無空鼓松動(dòng)后再進(jìn)行下一步操作。

(2)涂層處理

涂料涂裝完成后在干燥期間，可以通過目測去發(fā)現(xiàn)是否存在氣泡、開裂、固化缺陷等問題，如果存在，應(yīng)鏟除原問題涂層，鏟至基層，分析原因，及時(shí)處置，打磨后按步驟涂裝涂料，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

3 應(yīng)用效果

針對環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的涂裝，現(xiàn)場試驗(yàn)了3種方式，即刷涂、滾涂和噴涂。

刷涂和滾涂的優(yōu)缺點(diǎn)很相似。優(yōu)點(diǎn)是對基層附著力較強(qiáng)，邊角和隱蔽部位都可以刷涂到，作業(yè)簡單；缺點(diǎn)是工作效率低、有刷痕、厚度不均。

噴涂優(yōu)點(diǎn)是厚度均勻、平整，工作效率高，適合大面積施工；缺點(diǎn)是需要專門的設(shè)備和技術(shù)，同時(shí)損耗較大。

善后新閘靠近海邊，風(fēng)較大，不適合噴涂，而滾涂的效率明顯高于刷涂，最終的施工工藝以滾涂為主，局部使用刷涂。

善后新閘混凝土防碳化處理在2017年進(jìn)行施工，目前整體情況較好，未出現(xiàn)處理部位表面開裂、剝落等現(xiàn)象。原碳化嚴(yán)重的閘墩和排架部位表面環(huán)氧厚漿情況良好，施工質(zhì)量和效果達(dá)到預(yù)期。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

混凝土防碳化處理是水利工程中混凝土病害重要處理方式之一，處理方案的選擇與水利工程所處環(huán)境、碳化部位和程度、病害范圍等都密切關(guān)聯(lián)。環(huán)境溫度、混凝土強(qiáng)度和保護(hù)層厚度對于混凝土碳化都具有一定程度的影響[4]。沿海的水利工程應(yīng)側(cè)重于混凝土防鹽化、防侵蝕，抗侵蝕性強(qiáng)的環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆是較好的選擇，對于內(nèi)陸水利工程，封閉性能好的普通環(huán)氧厚漿漆是性價(jià)比較高的選擇。