FPSC復(fù)合砂漿及CPC防碳化涂料在水利工程上的應(yīng)用

施 宇

(九江市水利科學(xué)研究所，江西 九江 332000)

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推廣應(yīng)用

FPSC復(fù)合砂漿及CPC防碳化涂料在水利工程上的應(yīng)用

施 宇

(九江市水利科學(xué)研究所，江西 九江 332000)

混凝土在工程上的使用并不是永固的，自澆灌成型開始，就會受到碳化、堿-集料反應(yīng)、凍融和鹽害等多方面的腐蝕破壞，其中以碳化最為常見，損失也最為嚴(yán)重。為此，文章選定江西省九江市永修縣柘林灌區(qū)2008年度續(xù)建配套與節(jié)水改造項目工程中大坪渡槽作為現(xiàn)場應(yīng)用工程，通過對大坪渡槽、發(fā)電灌溉隧洞的碳化、沖刷、裂縫、露筋等損壞情況，采用FPSC水泥砂漿、CPC混凝土防碳化涂料進行修復(fù)補強，分析處理措施的補強效果和投資情況，總結(jié)FPSC水泥砂漿及CPC混凝土防碳化涂料應(yīng)用效果和經(jīng)驗。

FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿；CPC混凝土防碳化涂料；水利工程；應(yīng)用

0 前 言

江西省絕大多數(shù)水利工程修建于上世紀(jì)六七十年代，至今已運行40a以上?；炷凉こ坛霈F(xiàn)沖刷、碳化、剝蝕、裂縫、露筋等現(xiàn)象嚴(yán)重，對老化混凝土工程的修復(fù)通常采用以拆除重建或者修復(fù)補強。部分工程以剝除表面碳化層后重新澆筑混凝土面層或環(huán)氧砂漿補強等方法進行修復(fù)，有的工程量大，施工困難，工期較長，資金投入較大，效果不佳。

1 FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿及CPC混凝土防碳化涂料產(chǎn)品概況

1.1 FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿

FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿(簡稱FPSC復(fù)合砂漿)是一種用于混凝土結(jié)構(gòu)加固補強、耐久性修復(fù)與防護的聚合物改性水泥基復(fù)合材料產(chǎn)品，由專用聚合物乳液(A組分)和強力改性水泥粉料(B組分)雙組分組成。此雙組分在施工現(xiàn)場與砂、水按比例拌合使用，拌和后形成和易性良好的砂漿，可用砂漿噴射泵機械噴涂或鏝刀、抹灰工具直接施工。砂漿硬化后產(chǎn)生較高的抗拉強度、抗沖擊韌性和低收縮變形，具有耐老化、抗?jié)B、防水、抗碳化、抗氯離子和硫酸鹽侵蝕、耐堿、抗凍融及保護鋼筋等優(yōu)良性能，且具有較好的抗沖磨和抗空蝕能力，對各種材料都有很好的黏結(jié)力。與環(huán)氧砂漿相比，F(xiàn)PSC復(fù)合砂漿與基底混凝土匹配性能好，同時施工簡單、無毒、成本較低。

FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿被廣泛的推廣和應(yīng)用在地下建筑、交通工程、公路工程、海港工程以及水運工程等建筑土建，由于凍融、沖磨以及談話等導(dǎo)致的混凝土表層剝落、腐蝕、開裂等問題的修補工作中。

1.2 CPC混凝土防碳化涂料

該種涂料為高性能聚合物乳液改性水泥基聚合物材料，在高性能聚合物乳液中存在共聚成分，該種獨特的成分會在水泥的作用下發(fā)生交叉反應(yīng)，形成聚合物-水泥水化產(chǎn)物的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成機械和化學(xué)相融合的附著力，這樣能夠顯著的提升結(jié)構(gòu)的黏結(jié)強度，涂覆在混凝土表面并與之牢固黏結(jié)形成高強堅韌耐久的彈性涂膜防護層，能夠顯著的提高結(jié)構(gòu)材料抵抗酸雨、海水、氯化物以及二氧化碳等有害物質(zhì)的侵蝕作用。同時，該涂料主要有3部分組成，即改性水泥基材料、多種助劑以及高性能聚合物乳液，當(dāng)涂層固化完成后，能夠形成耐久性強、柔性的高分子、新型涂層材料。CPC混凝土防碳化涂料的應(yīng)用范圍非常廣，主要應(yīng)用在工業(yè)工程、民用建筑、橋梁工程、隧道工程以及水電工程等混凝土結(jié)構(gòu)的防腐、防水以及防碳化等項目中，能夠顯著的提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長結(jié)構(gòu)的壽命[1]。

2 工程應(yīng)用推廣實例

2.1 工程概況

柘林灌區(qū)位于修河流域柘林水庫下游修河北岸，京九鐵路和昌九高速公路東西兩側(cè)的廣大丘陵坡地及圩區(qū)濱湖平原，地勢西北高，為柘林水庫自流引水式灌區(qū)。全區(qū)控制面積710km2，灌區(qū)受益范圍有永修縣、德安縣、共青開發(fā)區(qū)，耕地總面積42.94萬畝，包括永修縣、德安縣、共青開發(fā)區(qū)等共17個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)(場)。柘林灌區(qū)工程于1973年5月由原國家水利電力部批準(zhǔn)興建，渠首工程位于柘林水庫三副壩，工程于1973年9月動工，1979年5月建成并通水運行。建有專用灌溉隧洞連接總干渠1條，長54.92km，渠首底高程49.32m、設(shè)計引水流量30m3/s、加大流量32 m3/s。分干渠17條，總長169.09km；支渠110條，總長130km；總干各類建筑物410座，分干各類建筑物928座。

大坪渡槽位于永修縣梅棠鎮(zhèn)，為總干上渠系建筑物。工程于1974年11月開工，1975年竣工，槽身全長725m，共29節(jié)，每節(jié)長25m，結(jié)構(gòu)為簡支懸臂梁，中間跨度13m，兩端懸壁各6m，以60個排架支立，排架高3-12m不等。設(shè)計過水流量28m3/s，矩形斷面(寬4.0m，凈高3.8m)，設(shè)計水深3.47m，進口底板高程45.71m，縱坡1∶1500。

1982年觀測有裂縫347條，主要分布在側(cè)面和底板，多數(shù)分布在跨中和兩端懸壁，橫向分布，裂縫總長874m，寬度2-5mm，當(dāng)時采用了環(huán)氧砂漿補強，已老化脫落。1989年第4-5節(jié)跨段發(fā)生大火燒損事故，后對底板外面用掛鋼絲網(wǎng)高壓噴水泥砂漿處理，近10年運行觀察，外側(cè)混凝土保護層基本完好，但對裂縫處理效果不佳，且裂縫有擴大趨勢，有4處明顯滲漏出水點(漏洞)。2007年檢查發(fā)現(xiàn)寬度較寬的裂縫總長1380m，寬度2-8mm[2]。

渡槽常年過水水深1.8-2.4m，常年過水部分混凝土剝蝕脫落嚴(yán)重，經(jīng)檢查，主要分布在迎水面底板、兩側(cè)邊墻在底板1.8m以下范圍混凝土剝蝕脫落嚴(yán)重，剝蝕脫落5510m2，迎水面邊墻的其它部位混凝土老化，面積為2900m2。

因此，渡槽存在問題的主要問題有：渡槽裂縫，引起渡槽滲漏，鋼筋銹蝕；臨水面混凝土表面剝蝕，保護層脫落1-2cm，鋼筋外露銹蝕，混凝土老化。

2.2 工程內(nèi)容

本次大坪渡槽加固內(nèi)容：裂縫修補，混凝土剝蝕面加固，混凝土表面老化處理。工程設(shè)計對大坪渡槽槽身內(nèi)壁常年過水水深最大深2.4m以下部位、底板剝蝕破壞部位的修補采用FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿進行修補，修補厚度約1-2cm，修補完成后，為進一步提高槽身混凝土的耐久性，并保證內(nèi)壁顏色的一致性，整個槽身內(nèi)壁再統(tǒng)一涂刷CPC混凝土防碳化涂料，涂刷遍數(shù)3道。

采用FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿及CPC混凝土防碳化涂料進行槽身修補方案設(shè)計總投資237.84萬元。更換槽身能保證運行設(shè)計方案需投資789.73萬元。顯然，修補方案優(yōu)于重建槽身方案[3]。

2.3 施工方案

2.3.1 總工藝流程

混凝土基面處理→配制FPSC聚合物水泥凈漿→界面涂刷FPSC聚合物水泥凈漿→配制FPSC復(fù)合砂漿→涂抹FPSC復(fù)合砂漿→養(yǎng)護→配制CPC混凝土防碳化涂料→涂刷CPC混凝土防碳化涂料→養(yǎng)護。

2.3.2 FPSC復(fù)合砂漿施工要點

1)基面處理：首先，用角磨機清除掉混凝土表面浮層、油污物并用鋼絲刷刷毛；對于基面松動非常嚴(yán)重的現(xiàn)象，在對基面進行處理時，需要進行人工鑿毛，由工人將表面破損的混凝土清理干凈，直至基底露出堅固的混凝土為止，在進行鑿毛施工時必須進行徹底清理，同時為了防止對未損壞以及未碳化的混凝土造成破壞，也不能出現(xiàn)鑿毛深度過大的現(xiàn)象，做到基層表面粗糙、清潔、無油污、無浮漿、無灰塵，且不應(yīng)有起砂、空鼓、裂縫等現(xiàn)象。

如果鋼筋銹蝕外露，還應(yīng)對鋼筋表面進行除銹，并涂刷鋼筋阻銹劑。槽身混凝土的各種縫隙、裂縫宜先用CPC混凝土防碳化涂料調(diào)配的彈性聚合物膩子找平，配比為：A組分∶B組分=1∶(2-2.5)。

2)界面增黏處理：為了將混凝土表面的雜物、灰塵、碎屑等清理干凈，在進行界面增黏處理之前，需要利用高壓水槍進行沖洗，為了保證沖洗的整體效果，需要保證水質(zhì)質(zhì)量，通常采用飲用水。由專人根據(jù)相關(guān)規(guī)范和設(shè)計要求畫出涂層的分割線，并且在實際施工之前需要進行連續(xù)的灑水，保證混凝土表面始終處于飽和干狀態(tài)(混凝土表面既不能存在明顯的水，也不能過于干燥)。在進行FPSC砂漿涂抹施工之前，需要將混凝土基面整理干凈，由施工人員采用毛刷進行FPSC聚合物水泥漿界面劑的涂刷，界面劑按乳液∶水泥=1∶1質(zhì)量比配制而成，在進行涂刷施工時，需要保證涂刷的均勻性，避免出現(xiàn)多涂、少涂等現(xiàn)象。

3)調(diào)制FPSC復(fù)合砂漿：每次FPSC復(fù)合砂漿配制前，應(yīng)先將乳液組分?jǐn)嚢杈鶆?，再稱量。在實際調(diào)制之前，需要按照施工黏稠度、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及原材料性能等進行試拌。試拌的方式可以根據(jù)現(xiàn)場的實際條件確定，既可以采用人工拌和的方式，也可以采用機械攪拌的方式，在拌和過程中需要有專人嚴(yán)格、動態(tài)控制各材料的配合比。FPSC復(fù)合砂漿配比如下：

水泥∶強力改性水泥添加劑∶砂∶乳液∶水=510∶90∶1080∶180∶(72-90)。

砂子采用干凈的河砂，當(dāng)修補層厚度<1cm時，砂子宜過2.5mm篩；修補層厚度>1cm時，宜用中粗河砂，細(xì)度模數(shù)約為2.3-3.1。

先對砂料、添加劑以及水泥等進行均勻的干拌，然后添加水以及乳液，進行充分、均勻的攪拌，通常攪拌時間控制在4min左右。如果現(xiàn)場采用人工拌和的方式，為了防止雜物影響拌和質(zhì)量，需要在鐵皮上進行拌和，并采用飲用水。在實際拌和施工時，需要按照實際施工進度，合理確定砂漿的拌和數(shù)量，并且拌和好的砂漿需要在1h以內(nèi)用完，如果砂漿沒有用完，放置時間超過1h，并且出現(xiàn)干硬現(xiàn)象，則必須舍棄，禁止出現(xiàn)重新拌和使用的現(xiàn)象[4]。

4)涂抹：拌和20min左右，指觸砂漿似黏非黏時，由施工人員采用木抹子將FPSC砂漿均勻的涂抹在結(jié)構(gòu)上，尤其是在多層施工時必須保證涂抹的均勻性。在涂抹砂漿過程中需要施工人員用力擠壓，以此保證混凝土能夠和砂漿進行緊密的結(jié)合，并且在涂抹過程中還必須保證速度，朝著一個方向進行涂抹，并進行多次復(fù)壓。值得注意的是，在實踐涂抹過程中，應(yīng)該采用分塊、分條錯開施工的方式，避免一次涂抹面積過大的現(xiàn)象，盡可能將涂抹面積控制在10m2以內(nèi)，錯開施工的時間間隔需要超過1d。如果修補施工時厚度>1cm，則需要采用分層涂抹的方式，每次抹面的厚度應(yīng)該控制在5mm左右，當(dāng)上一層抹面觸干之后，再進行下一層涂抹，分層間隔時間視施工季節(jié)不同，室內(nèi)3-12h，室外2-6h。若最后一層要求平整光滑，則改用鐵抹子。若需在其上進行CPC防碳化涂料涂刷，則最后一層不必用鐵抹子抹光，用木抹子平整即可。

槽身底板修補施工厚度>3cm時，也應(yīng)分層施工，每層厚度≤2cm。對于破壞較深的部位(>5cm)，可先采用FPSC混凝土進行修補，養(yǎng)護3-5d后，再抹PFSC砂漿。

5)養(yǎng)護：FPSC砂漿表面觸干后，立即用農(nóng)用噴霧器進行噴霧養(yǎng)護或塑料薄膜覆蓋進行養(yǎng)護，不可采用直接噴水養(yǎng)護方式，即養(yǎng)護表面不能見明水。

養(yǎng)護程序為：理想的養(yǎng)護方式為：潮濕養(yǎng)護7d+自然干燥養(yǎng)護21d，一般要養(yǎng)護達到28d潮濕養(yǎng)護方可以承載。根據(jù)目前渡槽修補施工的實際情況，養(yǎng)護至少應(yīng)維持下列程序：潮濕養(yǎng)護4d+自然干燥養(yǎng)護3d。潮濕養(yǎng)護期間如表面遇寒流或雨雪，應(yīng)加以覆蓋，不受雨水沖洗。

6)注意事項：①聚合物水泥基復(fù)合砂漿施工的環(huán)境溫度宜為5℃-35℃，當(dāng)施工環(huán)境溫度低于5℃時，應(yīng)采取加熱保溫措施，遇寒流、雨雪、大風(fēng)或高溫(35℃以上)且具有太陽直射的環(huán)境下應(yīng)停止露天施工；②FPSC復(fù)合砂漿不應(yīng)在養(yǎng)護齡期少于3d的水泥基層上施工；③施工用的機具應(yīng)及時清洗。

2.3.3 CPC混凝土防碳化涂料施工要點

1)基面處理：對于已進行了FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿修補的部位，聚合物水泥砂漿至少養(yǎng)護7d(濕養(yǎng)4d+干養(yǎng)3d)后方可施用CPC混凝土防碳化涂料。施工前，基面平整、干凈、潤濕即可。

未進行修補的部位，基面的處理基本相同?；娓m、浮漿、油污等應(yīng)用鋼絲刷除掉，因碳化而疏松、空鼓部位應(yīng)予鑿除；較大缺陷可CPC混凝土防碳化涂料調(diào)配的聚合物砂漿修補找平，配比為(質(zhì)量比，以下同)：A組分:B組分:細(xì)砂:水=1:3:4:(0.7-1.0)。涂刷防碳化涂層之前，混凝土基面要預(yù)先噴水清洗和濕潤處理，并用干布擦去明水。需特別注意的是新澆普通混凝土或砂漿至少應(yīng)養(yǎng)護3d。

2)涂料拌制：液料與粉料的配比按本產(chǎn)品要求進行，準(zhǔn)確計量，采用小型電動攪拌器慢速攪拌均勻，若人工攪拌時間應(yīng)≥5min，拌制好的涂料應(yīng)色澤均勻。涂料配比(質(zhì)量比)為：A組分∶B組分∶水=1∶1∶適量，對于底層涂料水的比例推薦為0.5-0.75，中層和面層涂料推薦水的比例為0.1-0.3。

3)涂料涂刷：涂層應(yīng)分層多遍涂刷完成，至少應(yīng)包括底層1遍、中層1遍、面層1遍，后遍涂刷應(yīng)待前遍涂層表干不黏手后方可進行。當(dāng)前遍涂刷施工完畢后，應(yīng)檢查涂層是否厚薄均勻，嚴(yán)禁漏涂。涂刷工具可采用刷子或絨毛輥筒。輥涂時應(yīng)來回多輥幾次，以使涂料與基層之間不留氣泡，黏結(jié)牢固。每遍涂刷應(yīng)交替改變涂層的涂刷方向，最后一遍涂刷時要使表面平整、光滑。在涂刷過程中隨時攪拌涂料，以防止沉淀。

4)涂層養(yǎng)護：面層充分干硬后，先用農(nóng)用噴霧器噴水霧養(yǎng)護2d，再自然干燥養(yǎng)護14d以上才可接觸明水。

5)注意事項：①涂料施工時應(yīng)避免陽光的暴曬或大風(fēng)的吹刮，施工時氣溫應(yīng)在0℃以上，不應(yīng)在雨季中施工；②基層混凝土應(yīng)堅實、平整、潔凈，無油污和油漬，無浮渣、無疏松起砂、起皮、裂縫等缺陷，否則應(yīng)預(yù)先進行修復(fù)。修補區(qū)應(yīng)填塞、黏結(jié)良好；③涂料配制量以實際面積計算，應(yīng)隨配隨用以免結(jié)硬；④涂層的厚度應(yīng)均勻一致,達到設(shè)計要求或規(guī)定的涂刷遍數(shù)，色澤應(yīng)均勻一致，不允許有脫落、開裂、孔洞、氣泡或接茬不嚴(yán)密等缺陷；⑤涂料配比應(yīng)準(zhǔn)確、統(tǒng)一，攪拌均勻透徹，否則影響顏色的一致性；⑥CPC護碳化涂層施工完14d后可進行相關(guān)檢驗；⑦施工用的機具應(yīng)及時清洗。

2.4 工程效果分析

采用FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿及CPC混凝土防碳化涂料對大坪渡槽進行加固，混凝土裂縫修補、剝蝕面加固和表面老化處理達到預(yù)期結(jié)果。

通過大坪渡槽施工完工后5a 運行期的觀測，混凝土表面未發(fā)裂縫、滲透(漏)以及水泥碳酸鹽晶體析出等現(xiàn)象。FPSC復(fù)合砂漿與基底混凝土匹配性能好，無沖蝕起皮、脫落現(xiàn)象。CPC混凝土防碳化涂料成模性好，色澤光滑均勻，未發(fā)生色澤變化，未發(fā)生干縮、干裂造成的龜裂現(xiàn)象，經(jīng)混凝土碳化檢測，未有碳化現(xiàn)象發(fā)生[5]。

本工程修復(fù)補強加固成本低，施工操作簡便，無需專業(yè)設(shè)備，F(xiàn)PSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿及CPC混凝土防碳化涂料成膜性好，真正起到了防滲、防老化等作用。CPC防碳化涂料與聚脲分析見表1。

3 結(jié) 語

FPSC聚合物水泥基復(fù)合砂漿及CPC混凝土防碳化涂料是一種高性能防碳化復(fù)合材料，涂覆在混凝土表面后，可與混凝土牢固黏結(jié)形成保護層，可有效阻止環(huán)境中CO2、CL-、O2和海水、酸雨等腐蝕介質(zhì)對結(jié)構(gòu)材料的侵蝕，涂層耐久性好。具有抗拉強度高，彈性模量低、干縮變形小、抗裂性高、抗沖擊韌性好等特點，抗?jié)B、防水、抗凍、抗碳化、抗沖磨和抗空蝕能力強，耐化學(xué)腐蝕性能好，與混凝土黏結(jié)強度高。同時施工簡單、無毒、成本較低。

FPSC復(fù)合砂漿和CPC混凝土防碳化涂料可廣泛用于水閘、隧洞、蓄水池、橋梁、港口碼頭及消力池等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防碳化、防滲、防水、防腐，也可用于以上混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的碳化、腐蝕、老化修復(fù)補強等。

表1 CPC防碳化涂料與聚脲分析表

[1]中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T5126—2001聚合物改性水泥砂漿試驗規(guī)程[S].北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2001.

[2]鄭恒祥.丙乳砂漿在鋼筋混凝土防碳化中的應(yīng)用及其效果[J].人民黃河，1996(02):39-41.

[3]任秀全.聚合物改性水泥基復(fù)合材料及其在建筑中的應(yīng)用[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[4]狄大鵬,王志堂,薛鋒,等.水工混凝土環(huán)氧涂料防碳化施工工藝[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2005，13(04):74-75.

[5]何賢鋒.HZ902環(huán)氧厚漿涂料在梁垛河閘混凝土防碳化中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2008(04):63-64.

Application of FPSC and CPC in Hydraulic Engineering

SHI Yu

(Jiujiang Rural Hydraulic Science Research Institute, Jiujiang 332000, China)

With the continuous use for concrete in engineering, it is found that concrete is not eternal solidification, will be carbonized, alkalified since shaped by grouting, also be impacted by erosion and damage from frost and salt, in which most common and serious for carbonization. Therefore, the Daping adequate was selected as the application project on-sit,belonging to the continuous construction of Tuolin irrigation area of Yongxiu County in Jiujiang City in Jiangxi Province in 2008, through the loss situation including carbonization, scouring, fissure and reinforced steel broken in power generation irrigation tunnel,adopting FPSC and CPC to rehabilitate and strengthen, and the strengthened effects and investment situation were analyzed as the treatment measures to conclude the applying effect and experience of using FPSC and CPC.

Polymer cement base composite mortar (FPSC);concrete carbide coating (CPC);water conservancy project;application

1007-7596(2017)03-0106-04

2017-02-18

施宇(1979-)，男，江西九江人，工程師，從事水利科學(xué)研究。

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