車軸河閘混凝土碳化檢測(cè)及處理措施研究

焦 陽(yáng)

(江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223001)

混凝土碳化是水利、建筑、交通等行業(yè)中一種常見的現(xiàn)象。混凝土出現(xiàn)碳化的主要原因是混凝土標(biāo)號(hào)低、長(zhǎng)期的侵蝕等?；炷撂蓟斐苫炷帘Ｗo(hù)層厚度不滿足要求，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低[1]，影響到水工建筑質(zhì)量[2-4]。因此，對(duì)混凝土碳化深度進(jìn)行檢測(cè)是非常必要的。王金晶[5]認(rèn)為混凝土碳化深度與時(shí)間關(guān)系密切，建立了混凝土碳化模型；張曉英等[6]認(rèn)為混凝土碳化與混凝土強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)，混凝土強(qiáng)度越高，抗碳化能力也越強(qiáng)。車軸河閘在長(zhǎng)期使用中，混凝土老化現(xiàn)象嚴(yán)重，水閘功能缺失，因此，提出了除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，在此之前，進(jìn)行混凝土碳化檢測(cè)，為混凝土除險(xiǎn)加固提供參考。

1 工程概況

車軸河閘位于灌云縣，于1953年建成。由于埒子口淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致車軸河閘排水不暢，當(dāng)?shù)卣群笥?999年、2010年實(shí)施兩次車軸河分流，車軸河流域共200 km2面積澇水被分流調(diào)入五灌河入海，還余133 km2澇水需經(jīng)過車軸河閘經(jīng)埒子口排泄。車軸河閘閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘室總寬53.725 m，計(jì)8孔。底板為空箱式混凝土底板，其中右邊1孔為通航孔，總寬7.200 m，其余7孔為排水孔，單孔凈寬6.000 m，左邊三孔共一塊底板，寬19.800 m，中間四孔分別為二孔共一塊底板，每塊寬13.300 m，通航孔為上，下扉平面鋼閘門，排水孔為孤形鋼閘門，閘門均采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，通航孔上、下扉閘門各由一臺(tái)啟閉機(jī)控制，閘上、下游翼墻為鋼筋空箱結(jié)構(gòu)。

2 混凝土碳化檢測(cè)

2.1 混凝土碳化檢測(cè)方法原理

酚酞試劑遇強(qiáng)堿變紅，弱堿無(wú)色的特性是混凝土碳化深度檢測(cè)的最主要原理。利用鋼筋定位儀確定檢測(cè)部位混凝土保護(hù)層厚度，并標(biāo)示檢測(cè)部位。在檢測(cè)部位開孔并清理其中的粉塵后，立即使用濃度為1%的酚酞噴灑于孔內(nèi)，變色深度即為混凝土碳化深度，使用高精度卡尺測(cè)量該深度。比較碳化深度與保護(hù)層厚度，分析鋼筋是否位于混凝土有效保護(hù)層內(nèi)[7-8]。

混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕情況可以采用半電池電位法檢測(cè)。“Cu+CuSO4飽和溶液”和“鋼筋+混凝土”兩個(gè)半電池組合形成全電池系統(tǒng)[9-10]。“Cu+CuSO4飽和溶液”的電位較為穩(wěn)定，而鋼筋銹蝕程度不同導(dǎo)致“鋼筋+混凝土”半電池的電位變化較大。因此，鋼筋的銹蝕情況可以根據(jù)組成的全電池的電位值來評(píng)價(jià)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件檢測(cè)時(shí)，測(cè)區(qū)采用矩陣式布點(diǎn)。鋼筋銹蝕判斷方法見表1。同時(shí)，電位法檢測(cè)結(jié)果可鑿開驗(yàn)證，以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)鋼筋銹蝕情況。

表1 鋼筋銹蝕評(píng)價(jià)

2.2 混凝土碳化檢測(cè)結(jié)果

該工程閘墩共檢測(cè)10個(gè)構(gòu)件，1#孔右閘墩、3#孔左閘墩、3#孔右閘墩、4#孔左閘墩、4#孔右閘墩、5#孔右閘墩、6#孔左閘墩、6#孔右閘墩、7#孔右閘墩、8#孔右閘墩；胸墻檢測(cè)6個(gè)構(gòu)件，1#孔胸墻、2#孔胸墻、3#孔胸墻、4#孔胸墻、5#孔胸墻、6#孔胸墻；下游翼墻立板檢測(cè)6個(gè)構(gòu)件，下游第一節(jié)左翼墻立板、下游第二節(jié)左翼墻立板、下游第三節(jié)左翼墻立板、下游第一節(jié)右翼墻立板、下游第二節(jié)右翼墻立板、下游第三節(jié)右翼墻立板。各構(gòu)件混凝土碳化深度檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 混凝土構(gòu)件碳化深度檢測(cè)結(jié)果

閘墩的碳化深度不均勻，其值在14～31 mm 之間，3#孔左閘墩、4#孔左閘墩、4#孔右閘墩、5#孔右閘墩混凝土碳化情況較為嚴(yán)重，鋼筋保護(hù)層厚度不滿足規(guī)范要求，經(jīng)檢測(cè)鋼筋電位值<-350 mV，且鑿開驗(yàn)證后，鋼筋銹蝕較為嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)碳化混凝土進(jìn)行處理。胸墻的碳化深度不均勻，其值在6～22 mm之間，混凝土保護(hù)層厚度滿足要求，但應(yīng)進(jìn)行表面防護(hù)處理。下游翼墻立板的碳化深度不均勻，其值在14～23 mm 之間，經(jīng)檢測(cè)保護(hù)層厚度滿足要求，對(duì)鋼筋耐久性影響較小，可暫不進(jìn)行處理。

3 碳化混凝土處理措施研究

3.1 碳化混凝土處理方法

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，閘墩、胸墻、翼墻混凝土碳化情況不一，從輕度碳化到重度碳化。碳化較輕部位可不進(jìn)行碳化處理，但由于該工程地處高鹽地區(qū)，海水及鹽霧對(duì)閘身及上下游混凝土表面的長(zhǎng)期侵蝕，局部混凝土表面雖碳化較輕，但已經(jīng)開始碳化，為了確保提高混凝土的耐久性及處理后外觀的一致性，計(jì)劃對(duì)水位變化區(qū)以上所有混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行碳化處理，即水位1.0 m以上部分，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，總面積為3118.01 m2(輕度碳化面積2181.07 m2，重度碳化面積936.94 m2)；對(duì)于部分翼墻伸縮縫變大，中間填料已經(jīng)剝落等現(xiàn)象，在縫內(nèi)進(jìn)行灌自密實(shí)混凝土處理。

針對(duì)混凝土碳化擬采用以下處理措施：針對(duì)碳化較為嚴(yán)重的區(qū)域，采用鑿除修補(bǔ)處理，首先清除發(fā)生碳化的混凝土，使用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，達(dá)到原尺寸后與其他部位共同處理；輕度碳化區(qū)域，首先進(jìn)行表面清理，然后與修補(bǔ)到原設(shè)計(jì)值的嚴(yán)重碳化區(qū)域共同處理。混凝土鑿除后，使用高壓水槍進(jìn)行清理，并均勻噴灑，保證混凝土達(dá)到飽和。之后使用ME-4改性砂漿抹面，最后噴涂?jī)杀榄h(huán)氧厚漿，涂層厚度大于160 μm。

3.2 碳化混凝土處理工藝

3.2.1 使用材料

(1)修補(bǔ)砂漿。使用ME-4型修補(bǔ)砂漿。該砂漿在普通水泥中加入ME-4型改性劑，可以提高水泥砂漿的各項(xiàng)性能。改性后的水泥砂漿黏性提高，與原混凝土之間的黏結(jié)強(qiáng)度更好。同時(shí)，改性后的水泥砂漿具有更好的抗裂、抗碳化、防滲、抗凍性能，在水工建筑混凝土修補(bǔ)工程中較為常用。

(2)H-S型環(huán)氧厚漿涂料。該類型涂料由多種成分組成，具有穩(wěn)定性高、密封性能好、耐久性長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在混凝土防碳化、沖刷中較為常用。

3.2.2 施工工藝

碳化混凝土修補(bǔ)施工順序如下：基底處理→飽水濕潤(rùn)→砂漿配置→抹面施工→養(yǎng)護(hù)→噴涂環(huán)氧厚漿。具體要求如下：為了保證修補(bǔ)砂漿與原混凝土之間的黏結(jié)強(qiáng)度，采用噴砂法清除表層污染物，利用石英砂使得原混凝土表層出現(xiàn)一定的粗糙度，對(duì)于鋼筋外露部位，應(yīng)清除鋼筋表層的銹蝕痕跡。砂漿配比如下：水泥與中砂按照1∶2比例配制，均勻攪拌后加入ME-4改性劑，之后添加建筑901膠充分?jǐn)嚢?，拌合后的砂漿宜在45 min 內(nèi)使用完畢，逾期未用則應(yīng)當(dāng)舍棄。抹面施工應(yīng)分兩次，保證處理后的混凝土表面光滑，混凝土養(yǎng)護(hù)不應(yīng)少于15 d。環(huán)氧厚漿按照甲、乙組分比7∶1 混合，待噴涂機(jī)壓力達(dá)到要求后進(jìn)行噴涂，槍距在30～50 cm 之間，速度在0.5～1.0 m/s；涂層應(yīng)均勻、密實(shí)，厚度不少于160 μm。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用酚酞試劑和半電池法檢測(cè)車軸河閘混凝土碳化深度，閘墩混凝土碳化深度在14～31 mm之間；胸墻混凝土的碳化深度在6～22 mm之間；下游翼墻立板在14～23 mm之間；車軸河閘混凝土結(jié)構(gòu)碳化程度不一，應(yīng)采取不同的處理措施，針對(duì)碳化嚴(yán)重的區(qū)域采用鑿除修補(bǔ)的方法，采用ME-4型修補(bǔ)砂漿、H-S型環(huán)氧厚漿涂料嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行施工，可以明顯改善混凝土碳化現(xiàn)象，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。