生態水泥基混凝土防腐增強涂料在道路基層上的應用

張靖宇

摘要 生態水泥具有優異的特性，擁有良好的緩凝性能、微膨脹性能和后期穩定性，可以達到道路工程水穩層施工設計要求，并且可以用于工程建設中的混凝土結構表面修復和耐腐蝕強化工程中。研究發現，不同配方的涂料對混凝土的穩定性有顯著提升，抗碳化和抗滲性能增強，并能夠顯著提高構件的遮瑕作用、力學性能和抗碳化能力，將有利于生態水泥基混凝土防腐增強涂料在道路基層上的應用推廣。

關鍵詞 生態水泥基涂料；防腐增強；工程應用；道路

中圖分類號 TU997文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0053-03

0 引言

水泥基涂料是一類常見的保護涂料，其組成通常包含砂漿、硅灰、粉煤炭和石膏。王廷勛[1]利用硅丙乳液制造出了這種具有白色反射功能的屋面涂料，其不僅具有防腐和保護功能，而且還能夠滿足使用環境的苛刻要求。這種涂料的制造操作簡單易行，施工和養護工序也十分簡單。李成吾等人[2]利用改變砂漿、重質碳酸鈣和石英砂的比例，大幅度地提升了聚合物水泥基防水涂料的延展特性。焦寶祥等人[3]則利用EVA加強涂料的黏附力，并采用減水劑和緩凝劑來減少其黏度和流動性損失，最終研發出這種可用作島礁及沿海鋼筋混凝土結構建筑中預先安裝鋼筋表面的防銹涂料。因此，該文擬提出一種新型的生態水泥基混凝土結構防銹強化材料。它的組成成分單一、綠色環保護，對人身和自然環境無任何不良影響。應用時，制備工藝簡便，無需特殊養護，能夠在嚴酷的自然環境中長期使用，極大地節約了原材料和人力成本。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

經過該次實驗，該文制備出了一種生態水泥基混凝土結構防腐增強涂料。它由固態和液態兩種組分攪拌而成。固態組分由砂漿基膠凝材料（由砂漿、粉煤灰、硅灰和石灰石粉構成）構成，其主要組成如表1所示。液相減水劑固濃度達到40%，而粉料品質分數的1%摻量可以有效降低減水率，達到35%～40%。攪拌水所用的飲用水應當確保無粒徑雜物，且pH應當為中度或弱堿性。在實驗中，該文選用了普通硅酸鹽水泥、河砂和碎石顆粒制成的C30混凝土試塊，并選擇了食用級自來水進行拌和。

1.2 試驗方法

按照《一般混凝土配合比設計方法》（JGJ55—2011），該文配制了C30混凝土結構，并按照《一般建筑材料力學性能試驗方法標準》（GB/T50081—2002）開展了抗壓抗折測試[4]。為了增加材料的強度，該文在水灰比為0.30的40 mm×40 mm×160 mm水泥凈漿試驗面上垂直于位置涂抹了兩遍，空白組為水灰比為0.30的40 mm×40 mm

×160 mm水泥凈漿試件。按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082—2009），使用RCM法檢測C30鋼筋的抗碳化性、抗水滲性和抗氯離子滲透性，將制成的材料涂抹在受侵蝕面上，然后將其自然組裝成不經過處理的鋼筋[5]。在28 d的標準養護房中，將生態砂漿及鋼筋防銹強化材料刷涂，然后將混凝土試件脫模，經過24 h的成型期后，再開展各項檢測。

按照《砌體工程現場檢測技術標準》（GB/T50315—2000），該文對現場試驗點開展了反應能力和碳化測試，并使用RigakuD/maX-1200x光線衍射儀（Cu靶）研究了涂料硬化體顆粒結構，同時還使用TESCAN VEEGA掃描電子顯微鏡觀察了涂料表面的形態特征。

2 結果與討論

2.1 最佳配方研究

通過將粉體物料與去離子水攪拌，可以制造出不同水灰比的涂料，其中包括0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80或者0.90，并使用黏度計測定其黏度值，具體結果見表2。將油漆均勻涂抹在戶外混凝土平臺上，每次涂抹面積約為100 cm2，涂抹完成后，觀察3 min、3 h和3 d的表面效果，如圖1所示。

當水灰比達到0.40時，涂料的黏度值達到最高，達到2 074.5 MPa，隨著水灰比的提高，黏度也會相應降低。然而，當水灰比低于0.40時，涂料的黏度將會變得極低，甚至無法測量。在圖1中，當水灰比低于0.40時，涂抹后3 min就會產生裂縫，而且涂抹過程極其艱難；而當水灰比低于0.60時，裂縫的長度和比例會逐漸增大；當水灰比低于0.75時，裂縫的形成會變得嚴重，隨著水灰比的繼續降低，裂縫的情況會變得更加嚴重。

經過3 d涂刷效果比較，該文認為，水灰比在0.70～0.90左右的噴涂結果最好。幾年來，行業研究表明，水泥基復合材料的水灰比越小，制造出的復合材料越密實。為了驗證這一結論，該文采用了水灰比為0.35的涂料，并在其中加入聚羧酸減水劑，使其得到0.85時的黏度值，然后與未加入減水劑時的涂料展開為期90 d的對比測試，最后噴涂完畢后，經過自然養護，涂料質量得到了顯著改善。

2.2 生態水泥在路面基層的性能分析

在這項實驗中，該文使用了4種不同的水泥劑量（4.0%、4.5%、5.0%和5.5%），碎石取自當地的混凝土站。根據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20—2015），該文將礦料混合在一起，并將其摻入混合料中，得出了10～30 mm∶10～20 mm∶5～10 mm∶石粉=10∶35∶20∶35。研究表明，不同劑量的水泥可以顯著改善道路地基穩定材料的力學性能。為此，該文開展了擊實試驗和7 d無側限抗壓強度試驗，結果如表3所示，為應用脫硫灰渣水泥提出了有力的理論支撐和技術。

根據表3的數據，伴隨混凝土用量的增長，無機結合料的最佳含水量也會隨之提高。這是因為伴隨著混凝土用量的增長，拌和料中的細料會越來越多，而流化床固硫灰渣的粒度大都呈無序狀態，表面有大量的連通孔，而且經過粉磨處理后，它們的微觀形態基本上不會產生改變，因此，伴隨混凝土用量的增長，最佳含水量也會呈上升態勢。伴隨混凝土摻入的增長，最高干密度也會相應提高。這是因為水泥細度較高，水化反應速度也更快，在擊實試驗中，有些混凝土會產生水化反應，形成混凝土石，從而提高混合料的比例，從而使混合料的干密度也隨之提高。由于水泥摻量的提升，7 d無側限強度也呈現出明顯的上升趨勢，這是因為混凝土結構中添加的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的比例有所提高，使得機體的硬度獲得了提升。

2.3 性能提升機理

所用粉末由粉煤灰、二氧化硅和石灰石粉復摻。粉煤灰由于其火山灰效應、微骨料效應和形態效應，在水泥漿中具有許多優點。粉煤灰細，玻璃離子聚集度低，玻璃微珠多。光滑的球形顆粒在水泥漿體中起到潤滑和滾動的作用。吸附在顆粒表面形成的雙層結構改善了潤滑度，改善了流動性和可加工性，提高了保水性和均勻性。硅灰具有很高的活性，其非常微小的顆粒性質能夠在水泥漿中高度分散，填充水泥顆粒之間的空隙，使水泥漿更加致密，利用其火山灰效應和充填效果，提高水泥漿強度，使體系更加致密。石灰石粉的加入使得水泥基材料形成致密的充填結構和自黏細觀堆積體系，從而有效提高了水泥基材料的綜合性能，既提高了力學性能，又提高了水泥基材料的力學性能和耐久性。分散在水泥漿中的石灰石粉在水泥水化體系中起到成核作用，加速水化過程，提高水化產物的均一性，使水泥結構更加致密。在光滑和堅硬的球形顆粒之間的石灰石粉可以起到“珠”的作用，以增加水泥漿的遷移率。石灰石粉的密度低于水泥，更換攪拌機后，可以得到更多體積的膠凝材料漿料，從而提高混合料的流動性。

3 工程應用

將水灰比調節至0.40，并加入聚羧酸減水劑，使涂料的黏度達到350 MPa·s，最終制備的涂料可用于工程應用。

2021年4月，南京市某公路路基結構完成了驗收。而在5月份，為了檢驗其抗壓能力，在泵站環境最復雜的路基兩側進行了測試，其中一側擋墻采用了C30級別的涂料，而另一側則在相同位置進行了空白對比，最終完成了為期90 d的測試。經過評估，該文發現混凝土表面的裂紋、蜂窩麻面遮蓋效果、回彈強度和碳化深度都達到了預期的標準。

圖2展示了路基擋墻的原始狀態。其中，（a）表面上出現了蜂窩狀麻面和嚴重的裂縫，而（b）和（c）則依次是涂抹了3 d和90 d后的效果圖。涂抹后，3 d涂料對水泥表層的遮瑕效應也已十分顯著，而90 d涂料的遮瑕效應仍然十分突出，原來粗糙度不均且布滿裂縫的水泥表層被涂料平整地遮蓋，沒有出現新的裂縫。經過測試，涂料厚薄超過1.20 mm，用料介于1.6～2.0 kg/m2，擋墻設計硬度為C30，噴涂90 d后，硬度改變與碳化狀況如圖3所示。實測回彈強度達到了42 MPa，比原來提高了23.5%，碳化深度為0，碳化程度也達到了1.22 mm。

掃描電鏡觀察7 d至28 d的混凝土膠砂水化反應顯微形態如圖4所示，發現大量的鈣礬石的形成，這不僅有助于提高混凝土膠砂的強度，而且還會使其具有微擴張的特性，局部會有微小顆粒物充填及局部膠凝材料的形成，進一步提升了混凝土膠砂的強度。觀察28 d混凝土膠砂水化反應的顯微形態，顯示水泥水化反應一般是由硅鋁相物料與溶解度在液相中的鈣離子之間發生綜合化學反應，水泥細度越大，水化反應的速度也就越快，而且水化過程的多少和類型也會影響膠凝材料的活力，灰渣中包含大量的活性物質也提高了混凝土的力學性能。

4 結語

生態水泥基混凝土防腐增強涂料不僅可以有效地防止滲漏和遮蓋瑕疵，還能夠有效地提升混凝土結構的耐久性和強度，而且它的應用生產成本較低，擁有極高的經濟效益和廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]林通敏， 陳玲， 黃榜彪， 等. 對摻廢棄燒結頁巖磚粉末制備生態水泥的研究[J]. 四川建材， 2022（11）： 3-4+7.

[2]車紅衛. 循環流化床灰渣制備道路緩凝專用生態水泥及其在道路基層上應用[J]. 山西交通科技， 2021（4）： 1-3.

[3]李田雨， 王偉， 李磊， 等. 生態水泥基混凝土防腐增強涂料的制備及應用[J]. 粉煤灰綜合利用， 2018（6）： 44-51.

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