淺談丙乳砂漿在鋼筋混凝土防碳化中的應用

王剛晴

鋼筋混凝土強度高、耐腐蝕、壽命長，是理想的水工建筑物結(jié)構(gòu)。20世紀60年代以來逐步普及，目前已成為我國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，但不足之處是碳化反應容易破壞保護層，使鋼筋銹蝕，影響工程壽命。利用丙乳砂漿延緩、防止其碳化技術已在我國得到一定程度的應用。在淮北平原一帶，宿縣閘是首例使用丙乳砂漿進行防碳化處理的工程。本文針對該技術的原理及應用方法展開討論。

一、混凝土碳化機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，導致鋼筋銹蝕、混凝土破壞的過程。混凝土是由水泥、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，對鋼筋起到保護作用。而空氣中的二氧化碳通過混凝土表面的裂隙進入混凝土中與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣和水，降低了混凝土的堿性，當PH值降低到11時，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)生膨脹應力，使混凝土保護層脹裂，加劇了水和空氣的滲入，促使鋼筋進一步銹蝕，以此惡性循環(huán)，導致混凝土剝落，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密封材料。

二、碳化破壞時間的計算

混凝土中的鋼筋并非從碳化開始就銹蝕，而是在碳化深度達到鋼筋位置時（即超過保護層厚度），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行有效封閉處理。碳化深度達到保護層厚度時的臨界時間一般被稱為碳化破壞時間。碳化破壞時間與保護層厚度、二氧化碳濃度及其在混凝土中擴散能力有關，可以用下式進行計算：

式中，H——保護層厚度；

ε——二氧化碳的擴散系數(shù)；

A——二氧化碳的濃度；

M——單位體積混凝土對二氧化碳的吸收能力；

T——碳化破壞時間。

從式（1）不難看出，對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。在建筑物中是個常數(shù)，設其為C，則。

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

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雜，技術性強，精度要求高。如構(gòu)件表面處理不當，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，漿體會產(chǎn)生大量氣泡；施工環(huán)境溫度過高或過低以及養(yǎng)護不當均會給施工帶來困難，影響工程質(zhì)量。因此，必須嚴格遵守操作規(guī)程，真正做到精心施工，才能達到預期的防護效果。

1.施工工具

施工工具主要有：缸、臺秤、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?？梢圆捎梅犹噭╋@色確定碳化范圍，如不變色說明混凝土堿性消失，已碳化，需進行處理。具體的測定方法如下：

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測區(qū)的規(guī)定和測點的選擇。一般水工程建筑物可分水上部分、水下部分和水位波動區(qū)3大區(qū)，可按上述分區(qū)選擇測點。選點時要注意有代表性，每區(qū)測點不少于5個。對梁、板、閘墩等主要承重構(gòu)件，測點要多些，梁、板上的測點宜選在側(cè)面和底部，即通風易風化部位。測點不應選在邊角、裂隙、突起及剝落部位。

③試坑的開鑿與測試。測點選定后，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，在薄細的梁、板、柱上的試坑可開小些。為了便于測量、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。

當試坑開鑿到預定深度后，用吹塵器吹凈坑內(nèi)灰塵，將酚酞試劑滴入測試部位，仔細觀察其顏色變化，然后用深度標尺測量最大碳化深度。測試完畢應將試坑用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，表面有油污時用汽油沖洗干凈，然后用高壓水泵進行噴洗?；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，待稍干并保持濕潤狀態(tài)時開始涂漿。涂漿封閉分3次進行。

第一遍用毛刷涂刷凈漿，涂刷時要力求均勻，對表面低洼點、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，固化反應加快，不時發(fā)生急凝現(xiàn)象，要用力往一個方向拉抹子，不可往返涂抹。另外施工中要特別注意絕對不能往漿料中加水，否則將產(chǎn)生大量氣泡，影響質(zhì)量。

第三遍涂漿待養(yǎng)護兩天后進行。漿料配制與第二遍相同，每次配料仍為10kg，隨用隨配。因為最后一遍要求平整光滑，因此要改用鐵抹子，仍保持一個方向拉抹。要求推漿薄而均勻，厚度5～6mm，軋光即可，涂抹時如表面開始固結(jié)，可用噴霧器噴霧，保持基面潮濕。

③養(yǎng)護。灑水養(yǎng)護要貫穿施工的全過程，當?shù)谝槐閮魸{刷涂0.5h后養(yǎng)護即開始，第二遍、第三遍涂漿后更要注意養(yǎng)護，要由專人負責，周而復始不停進行。丙乳砂漿的養(yǎng)護不同于普通混凝土，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狀態(tài)。養(yǎng)護工作要晝夜不停地進行，白天循環(huán)養(yǎng)護不得間歇，夜間每1h養(yǎng)護1次，持續(xù)7d。

施工后28d達到設計強度，建筑物即可正常運行。

表1 宿縣閘施工前后彈力儀測試強度對照表

四、防護效果

從試驗性施工的觀測結(jié)果來看，丙乳砂漿封閉混凝土表面防碳化工藝的防護效果良好，碳化被有效阻止，表面強度明顯提高，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)應用該技術時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。要嚴格加強養(yǎng)護，7d內(nèi)施工現(xiàn)場應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)驗的技術工人掌抹，切忌向漿料中加水，以免產(chǎn)生氣泡。為方便施工，也可以在拌料時加入1%的消泡劑，經(jīng)實踐證明效果良好。為預防鋼筋銹蝕，不使混凝土工程遭到碳化破環(huán)，可在工程建成后即計算碳化破壞時間，在時間到來之前用丙乳砂漿封閉混凝土表面，防患于未然■