養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到黑臭河道中的可行性分析

1.劉小艷 2.曹 鐳 1.孫 旭 3.楊建貴 4.李田雨

1.南京市水利建筑工程檢測(cè)中心有限公司 2.南京市水務(wù)局3.南京市水務(wù)工程建設(shè)管理中心 4.南京順昌工程項(xiàng)目管理咨詢有限公司

養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到黑臭河道中的可行性分析

1.劉小艷 2.曹 鐳 1.孫 旭 3.楊建貴 4.李田雨

1.南京市水利建筑工程檢測(cè)中心有限公司 2.南京市水務(wù)局3.南京市水務(wù)工程建設(shè)管理中心 4.南京順昌工程項(xiàng)目管理咨詢有限公司

根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》和《混凝土檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，混凝土澆注后，尚未具備足夠的強(qiáng)度，所以初期階段的養(yǎng)護(hù)非常重要。而黑臭河道惡劣的水環(huán)境整使混凝土從開始的養(yǎng)護(hù)階段就發(fā)生破壞，黑臭河道中的混凝土結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護(hù)期發(fā)生裂縫、蜂窩、麻面，在強(qiáng)度增長(zhǎng)期面臨著碳化、鋼筋銹蝕、硫酸鹽腐蝕、率鹽腐蝕、真菌細(xì)菌腐蝕等，造成混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命縮短，造成經(jīng)濟(jì)損失。本文提出了一種新型養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料，針對(duì)黑臭河道中已建和在建的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用內(nèi)摻和涂刷的方法，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能和服役壽命。養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能化材料的應(yīng)用，將減小黑臭河道惡劣環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成的破壞，減少經(jīng)濟(jì)損失。

養(yǎng)防護(hù)復(fù)合功能材料；黑臭河道；抗碳化；抗?jié)B

1 引言

城市黑臭河道整治，是中國(guó)近幾十年高速發(fā)展以來(lái)政府對(duì)城市水利工作的補(bǔ)救措施。隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展和城市人口急劇增多，由于冶金、電鍍、造紙、印染、制革等企業(yè)工業(yè)污水的排放，人們?nèi)粘Ｉ畹南礈鞆U水和糞尿污水等，以及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物含有大量的易溶于水的氯鹽、硫酸鹽和有機(jī)物等，受雨水沖淋造成水體污染，其中一些金屬元素及有機(jī)污染物已經(jīng)嚴(yán)重超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中所規(guī)定的含量。城市水體呈現(xiàn)出發(fā)黑發(fā)臭的現(xiàn)象，惡劣的水環(huán)境對(duì)水體中(附近)的混凝土結(jié)構(gòu)造成了破壞，使混凝土服役壽命縮短。為解決水工混凝土在黑臭河道中服役性能加速衰減的問題，本文提出了一種養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料的理念。

2 黑臭河道中混凝土結(jié)構(gòu)的破壞原理

南京市水利工程中對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的要求仍然是遵循通行的規(guī)范。在黑臭河道惡劣的水環(huán)境中，設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍然遵循《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)構(gòu)在惡劣的水環(huán)境中將被加速破壞，很明顯是不合適的。

2.1 水份滲透

混凝土表面和水接觸時(shí)，毛細(xì)孔壓力和壓力差會(huì)促使水分向混凝土內(nèi)部遷移。商品混凝土一般采用較大的水灰比，水泥水化速率較低。商品混凝土使用的骨料粒徑，也決定了混凝土的抗?jié)B性能的優(yōu)劣。黑臭河道現(xiàn)場(chǎng)惡劣的水環(huán)境以及施工人員不規(guī)范的養(yǎng)護(hù)，造成混凝土的水化遲緩，直接影響混凝土內(nèi)部的均勻性。若混凝土抗?jié)B性能差，不僅周圍水等液體易滲入內(nèi)部，而且當(dāng)遇到負(fù)溫或環(huán)境水中含有侵蝕介質(zhì)時(shí)，混凝土就易受冰凍或侵蝕作用破壞。對(duì)鋼筋混凝土還將引起其內(nèi)部銹蝕并導(dǎo)致表面混凝土保護(hù)層開裂與脫落。

2.2 真菌細(xì)菌腐蝕

隨著人們對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)混凝土而言，綠色環(huán)保無(wú)菌成了人們追求的目標(biāo)。在黑臭河道惡劣的水環(huán)境中，細(xì)菌和真菌廣泛的分布于水工混凝土結(jié)構(gòu)表面與內(nèi)部，在經(jīng)常發(fā)生滲漏水的混凝土結(jié)構(gòu)部位，細(xì)菌的存在使這些構(gòu)筑物的局部環(huán)境衛(wèi)生水平大大降低，影響其實(shí)用功能的正常發(fā)揮。與此同時(shí)，細(xì)菌和真菌在混凝土構(gòu)筑物中的存在和繁衍還會(huì)破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，劣化力學(xué)物理性能，降低使用壽命和耐久性。

2.3 碳化破壞

黑臭河道中有機(jī)物的厭氧性分解產(chǎn)生高濃度的CO2，在混凝土服役期間，將會(huì)加速混凝土結(jié)構(gòu)的碳化。碳化會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層厚度時(shí)，鋼筋就會(huì)開始銹蝕。鋼筋銹蝕造成混凝土的強(qiáng)度降低并引起構(gòu)件力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)承載力降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)早退出服役期，帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失甚至還可能造成人員傷亡。

2.4 硫酸鹽腐蝕

黑臭河道中產(chǎn)生的硫化氫氣體溶于水形成SO2-4，工業(yè)廢水中含有SO2-4，SO2-4與水泥石中的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣反應(yīng)生成三硫型水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)，固相體積將會(huì)增大94%，造成混凝土的膨脹、開裂與解體。硫酸鹽破壞一般會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)表面形成比較粗大的裂縫。與此同時(shí)，鈣礬石生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的的內(nèi)應(yīng)力，也進(jìn)一步加劇了混凝土的膨脹。在高污染地區(qū)，其中硫酸鹽濃度較高時(shí)，對(duì)黑臭河道中的混凝土而言不僅生成鈣礬石，還會(huì)有石膏結(jié)晶析出。石膏的生成使固相體積增大124%，將會(huì)引起混凝土更為嚴(yán)重的膨脹開裂。

3 養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料

3.1 國(guó)內(nèi)外養(yǎng)護(hù)、防護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)水利工程針對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)遵循的是《水工混凝土施工規(guī)范》。國(guó)內(nèi)外在養(yǎng)護(hù)方面主要采用混凝土表面噴涂(或內(nèi)摻)養(yǎng)護(hù)劑和覆膜保濕養(yǎng)護(hù)。目前外養(yǎng)護(hù)劑主要出現(xiàn)了無(wú)機(jī)類、有機(jī)乳液類、石蠟乳液類、有機(jī)復(fù)合類。在混凝土防護(hù)方面，常用的表面處理法(包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法)，僅適用于修補(bǔ)寬度小于0.2mm的裂縫。表面涂抹法適用于漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，表面貼補(bǔ)法適用于大面積漏水的防滲堵漏。另一常用方法——灌漿法，也僅適用于修補(bǔ)寬度大于0.2mm的裂縫。

長(zhǎng)期以來(lái)，養(yǎng)護(hù)和防護(hù)一直作為獨(dú)立的工法，應(yīng)用于混凝土工程中。養(yǎng)護(hù)技術(shù)以保證膠凝材料水化、減少干燥收縮為目標(biāo)，極少考慮減少自收縮和化學(xué)收縮。防護(hù)是通常是在混凝土發(fā)生開裂、劣化后才進(jìn)行的補(bǔ)救措施，多采用表面涂抹法和灌漿法，但無(wú)法處理微小裂縫，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，存在耐久性和環(huán)保問題。

3.2 養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料的特點(diǎn)

相比較傳統(tǒng)的混凝土摻外加劑與混凝土涂料，養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

(1)二次鈣礬石形成理論的應(yīng)用

依據(jù)水泥化學(xué)原理，利用硬化混凝土中含有的單硫型水化硫鋁酸鈣和功能材料中的硫酸鹽組分之間的反應(yīng)，在表層混凝土毛細(xì)孔和裂縫中生成二次鈣礬石，提高表層混凝土的體積穩(wěn)定性和抗侵蝕性能。

(2)混凝土微裂紋自修復(fù)技術(shù)

本文采用的反應(yīng)性功能材料，在水中的溶解度大，反應(yīng)活性高，與混凝土中的水泥水化產(chǎn)物及未水化的礦物材料反應(yīng)，產(chǎn)物填充于毛細(xì)孔和裂縫中。

(3)混凝土養(yǎng)護(hù)、防護(hù)一體化技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)，養(yǎng)護(hù)和防護(hù)一直作為獨(dú)立的工法，應(yīng)用于混凝土工程中。本項(xiàng)目首次采用混凝土養(yǎng)護(hù)、防護(hù)一體化技術(shù)，集成應(yīng)用項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新性成果，通過(guò)減蒸保濕、自養(yǎng)護(hù)、混凝土缺陷處二次鈣礬石生成及納米技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)礦物外摻料水化，對(duì)微裂紋和可見裂縫均具有修復(fù)作用。

3.3 養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料的制備

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》中的質(zhì)量檢查的要求，針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)水分蒸發(fā)快、混凝土結(jié)構(gòu)收縮開裂、混凝土結(jié)構(gòu)孔隙大等原因，混合使用減蒸型保坍劑、自養(yǎng)護(hù)劑、愈縫劑、納米防水材料、鈣礬石轉(zhuǎn)化劑以及抗菌劑，減蒸型保坍劑具有保水減蒸及高流動(dòng)性保持作用，自養(yǎng)護(hù)劑微粉通過(guò)內(nèi)引水養(yǎng)護(hù)減少化學(xué)收縮，反應(yīng)性愈縫劑通過(guò)與活性礦物反應(yīng)愈合裂縫，納米防水材料提高抗?jié)B性阻止有害離子進(jìn)入，鈣礬石轉(zhuǎn)化劑在毛細(xì)孔和微縫中生成鈣礬石，抗菌材料的使用能有效抑制細(xì)菌的繁殖并達(dá)到殺菌的效果。以上多種材料通過(guò)物理復(fù)配，作為養(yǎng)護(hù)防護(hù)功能組份，使用在混凝土中將極大的提高混凝土的耐久性能。

3.4 養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料的施工技術(shù)

養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能化材料針對(duì)不同的情況采用不同的方法。

(1)內(nèi)摻法：在拌合混凝土?xí)r，將養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能化材料作為粉料摻入進(jìn)行攪拌。根據(jù)不同的要求進(jìn)行摻量的調(diào)整，制備的混凝土既能達(dá)到預(yù)期的使用要求，又能降低成本。

(2)漿體涂刷：將養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能化材料溶于水配成漿體，均勻的涂抹在已建成的混凝土結(jié)構(gòu)表面。根據(jù)不同的要求進(jìn)行漿體配比的調(diào)整，減緩混凝土的性能損失，延長(zhǎng)混凝土服役壽命。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外近幾年養(yǎng)護(hù)以及防護(hù)措施的介紹，我們可以看到工程上仍然是把養(yǎng)護(hù)和防護(hù)分開做?；炷琉B(yǎng)護(hù)有表面噴涂(或內(nèi)摻)養(yǎng)護(hù)劑和覆膜保濕養(yǎng)護(hù)，混凝土防護(hù)有表面處理法(包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法)。養(yǎng)護(hù)和防護(hù)一直作為獨(dú)立的工法，應(yīng)用于混凝土工程中。本文提出的養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料具有較好的應(yīng)用前景，主要得到以下三個(gè)結(jié)論：

1、在黑臭河道整治工程中惡劣的水環(huán)境中，養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料能有效提高混凝土養(yǎng)護(hù)效果、減縮抗裂效果、耐久性提升效果；

2、養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能材料采用減蒸、減縮、內(nèi)養(yǎng)護(hù)、活性組分滲透及反應(yīng)，降低混凝土的養(yǎng)護(hù)和防護(hù)成本，簡(jiǎn)化施工操作的工藝；

3、養(yǎng)護(hù)防護(hù)復(fù)合功能化材料具有多種配合比以及施工工藝，適用不同的水環(huán)境以及不同類型的水利構(gòu)筑物。

[1]丁華.黑臭河道的形成及治理技術(shù)的探討[J/OL].工程技術(shù)研究，2017，(06)：91-92

[2]李澄.城市河道環(huán)境綜合整治技術(shù)研究[A].中國(guó)城市規(guī)劃學(xué)會(huì).城鄉(xiāng)治理與規(guī)劃改革——2014中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集(02-城市工程規(guī)劃)[C].中國(guó)城市規(guī)劃學(xué)會(huì)：2014：7

科技項(xiàng)目：2016年度南京市水務(wù)科技項(xiàng)目資助