環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆在沿海水利工程混凝土防碳化中的應(yīng)用

王 俊，張德友，顧伊娜

(江蘇省通榆河薔薇河送清水工程管理處，江蘇 淮安 223005)

善后新閘建成于1958年6月，位于江蘇省連云港市東陬山西南麓，主要作用為排澇、擋潮，同時(shí)兼有蓄水灌溉等功能，總寬120 m，共分10孔，每孔凈寬10 m。設(shè)計(jì)流量為1 050 m3/s，為大(2)型水閘，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)100年一遇。該閘距離海岸線約15 km，受潮汐影響較大。

2015年，管理單位根據(jù)水利工程管理要求對(duì)善后新閘開(kāi)展了安全鑒定工作，被鑒定為二類(lèi)水閘。在現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)該閘混凝土普遍出現(xiàn)碳化情況，碳化深度分部不均勻，位于中間的6號(hào)孔右閘墩及4號(hào)孔右排架碳化深度達(dá)到40 mm，其他部位在5～10 mm，無(wú)其他病害。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，混凝土保護(hù)層厚度基本大于最大碳化深度和最小保護(hù)層厚度。強(qiáng)度是影響碳化深度的重要因素，保護(hù)層厚度則對(duì)延長(zhǎng)建筑物的壽命至關(guān)重要[1]，因此決定對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行防碳化處理。

1 混凝土碳化原理及危害

1.1 原理

混凝土碳化是指外界環(huán)境中的二氧化碳及水通過(guò)混凝土表層的空隙和毛細(xì)孔，與混凝土中的氫氧化鈣生成碳酸鈣，從而使混凝土的堿度降低的過(guò)程。混凝土碳化減弱了混凝土的保護(hù)層對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，使鋼筋因表面的鈍化膜被破壞而開(kāi)始生銹，同時(shí)由于產(chǎn)生了混凝土收縮，使混凝土表面碳化層產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生微細(xì)裂縫，導(dǎo)致混凝土的抗折強(qiáng)度降低。最終鋼筋的銹蝕以及混凝土的收縮開(kāi)裂破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.2 危害

混凝土碳化后強(qiáng)度、硬度有所提高，但由于碳化一般均在結(jié)構(gòu)表面，深度不大，故對(duì)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響不大。但是混凝土碳化后會(huì)產(chǎn)生體積收縮，當(dāng)收縮應(yīng)力超過(guò)混凝土表面抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)在表面產(chǎn)生裂縫。潮濕空氣進(jìn)入裂縫使裂縫處的混凝土碳化收縮，繼而使裂縫向混凝土內(nèi)部發(fā)展。當(dāng)裂縫穿透混凝土保護(hù)層到達(dá)鋼筋時(shí)，由于混凝土堿性降低，濕氣銹蝕鋼筋，銹蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)脹裂保護(hù)層，加速銹蝕進(jìn)程，最終有可能影響結(jié)構(gòu)安全。

2 混凝土防碳化處理原理及方法

2.1 處理原則

混凝土防碳化處理的原則就是通過(guò)表面封閉等方式阻止或盡可能減緩?fù)饨缬泻怏w進(jìn)入混凝土內(nèi)侵蝕，使得混凝土內(nèi)部和鋼筋始終處于高堿性環(huán)境。關(guān)鍵是如何阻止不良因素進(jìn)入或盡可能延緩其進(jìn)入的速度。

在確定混凝土防碳化處理方案前，應(yīng)首先對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土碳化程度、表面強(qiáng)度等進(jìn)行檢測(cè)，分析判斷混凝土的碳化對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響[2]。

2.2 處理方法

刷涂防護(hù)涂料可提高混凝土的耐久性能，水性環(huán)氧涂料效果明顯好于防水涂料[3]。當(dāng)前我國(guó)對(duì)于混凝土表面防碳化處理的措施主要是刷涂環(huán)氧厚漿或SK柔性防碳化等涂料以及硅粉、丙乳、SBR等砂漿等。

由于善后新閘距離海邊較近，對(duì)混凝土預(yù)防鹽化侵蝕要求較高，普通的環(huán)氧厚漿等防碳化涂料雖然可以對(duì)混凝土有較高的滲透性使得滲透區(qū)域強(qiáng)度升高，能有效減緩不良因素進(jìn)入，但在高鹽度海邊環(huán)境中還不能起到較好封閉防護(hù)效果，因此耐侵蝕、抗?jié)B透性好的環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆成為混凝土防碳化處理首選涂料。

2.2.1 玻璃鱗片的應(yīng)用發(fā)展

玻璃鱗片涂料由美國(guó)首先開(kāi)發(fā)出來(lái)，主要適用于船殼、化學(xué)品儲(chǔ)罐的襯里材料。1967年，日本研發(fā)的玻璃鱗片被應(yīng)用于市場(chǎng)。1974年，大規(guī)模研發(fā)和應(yīng)用玻璃鱗片涂料，使得產(chǎn)品進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。20世紀(jì)80年代初，我國(guó)在貴溪冶煉廠開(kāi)始應(yīng)用玻璃鱗片。經(jīng)過(guò)多年的自主開(kāi)發(fā)，目前我國(guó)在玻璃鱗片的質(zhì)量及表里能力已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2.2.2 玻璃鱗片應(yīng)用

玻璃鱗片漆按照其黏結(jié)力度劃分，可以分為環(huán)氧玻璃鱗片漆、玻璃鱗片膠泥、玻璃鱗片涂料。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)表面的特點(diǎn)，本文主要分析環(huán)氧玻璃鱗片漆的應(yīng)用。

2.2.3 環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的主要組成

環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆主要由環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃鱗片、顏料、固化劑、助劑、稀釋劑等組成。其中玻璃鱗片是一種2～5 μm厚的玻璃碎片，它是由1 200 ℃以上的熔融中堿玻璃，經(jīng)吹泡、冷卻、粉碎、篩選及研磨等工藝步驟制成。一般環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的干膜厚度達(dá)到200～400 μm，且能保證涂層中數(shù)十層至上百層的鱗片排列，形成復(fù)雜曲折的防滲透擴(kuò)散路徑。

2.2.4 環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的主要性能

(1)抗侵蝕性好。玻璃鱗片在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)互相連結(jié)，能夠有效阻止水蒸氣和化學(xué)溶劑對(duì)混凝土的侵蝕，具有耐酸、耐堿、耐鹽、耐油等特點(diǎn)。有關(guān)試驗(yàn)表明：0.5 mm厚的鱗片抗?jié)B透性超過(guò)2.0 mm的玻璃鋼。

(2)伸展性好。固化時(shí)收縮小，具有較強(qiáng)的黏性和柔韌性，并能提供熱穩(wěn)定層，使得襯層涂層不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離。

(3)表面抗磨損性、抗沖擊性好。加入玻璃鱗片的涂層比不加的涂層硬度大得多,可以承受500 g鋼球從50 cm高處落下的沖擊，無(wú)裂紋，無(wú)剝落。

(4)施工方便，易于修補(bǔ)。

2.2.5 混凝土防碳化處理施工工藝

(1)表面清理。用高壓水槍對(duì)混凝土表面浮塵進(jìn)行清理，使用鋼絲刷、砂紙去除表面異物，主要是風(fēng)化的混凝土渣、青苔、污漬等；若混凝土表面不平整，需鑿除混凝土表面凹凸不平部分，用磨光機(jī)打磨至表面平整。

(2)破損修補(bǔ)。使用環(huán)氧砂漿配料對(duì)局部破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，如蜂窩麻面、表面裂紋、缺邊斷角等，達(dá)到表面平整，邊角橫平豎直，同時(shí)對(duì)修補(bǔ)料及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

(3)涂裝涂料。當(dāng)混凝土表面干燥、平整、無(wú)雜物后進(jìn)行厚漿刷涂。一般先進(jìn)行N50-1環(huán)氧封閉底漆，然后進(jìn)行N50-1環(huán)氧中間漆，中間層施工厚漿環(huán)氧玻璃鱗片漆，最后是面漆層908脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆。

2.2.6 涂料各面層主要作用

(1)底漆：主要為其他面層涂料提供具有抗?jié)B性、易清理和良好附著的表面，同時(shí)可以增加對(duì)基材的封閉性和附著強(qiáng)度。

(2)中間漆：主要起承上啟下的作用，可以讓底漆和面漆更好融合，并且起到一定封閉效果，保護(hù)底漆，提高效果。

(3)玻璃鱗片漆：起到關(guān)鍵作用，具有較強(qiáng)的抗侵蝕性、柔韌性、抗磨損性和抗沖擊性。

(4)面漆：黏性較好，耐腐蝕，有很好的機(jī)械性能，抗污性、自潔性、柔韌性都很好，而且耐刮擦。

涂料各面層示意圖見(jiàn)圖1，涂料主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖1

表1 涂料主要技術(shù)指標(biāo)

2.3 質(zhì)量要求

2.3.1 使用溫濕度及干燥時(shí)間

適宜涂裝溫度5℃以上，而15～25℃最適宜。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)濕度不能超過(guò)85%，一般冬雨季不適合涂裝。

已配好固化劑的涂料應(yīng)在2～6 h內(nèi)用完，否則會(huì)發(fā)生膠化。各面層涂刷間隔應(yīng)在24 h以上，這樣涂層不易產(chǎn)生氣泡。全部涂裝完成后，還需養(yǎng)護(hù)48 h以上。

2.3.2 基層處理

基層處理的好壞將直接影響到環(huán)氧厚漿涂裝的質(zhì)量。

(1)碳化基層處理

混凝土碳化由于碳化深度的不同，處理的方式也不盡相同。若碳化深度遠(yuǎn)大于鋼筋保護(hù)層厚度并且鋼筋銹蝕明顯，那么該構(gòu)件已危及結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)拆除重建；若碳化深度小于鋼筋保護(hù)層厚度，對(duì)基層表面進(jìn)行人工處理后用專用涂料封閉；若碳化深度大于等于鋼筋保護(hù)層厚度，同時(shí)碳化層疏松的，應(yīng)鑿除疏松的碳化層，再用高強(qiáng)環(huán)氧砂漿或混凝土修補(bǔ)；鋼筋銹蝕嚴(yán)重的，應(yīng)采取除銹或補(bǔ)鋼筋措施，然后再用專用涂料封閉。特別是環(huán)氧砂漿修補(bǔ)部位，不能急于進(jìn)行下一步涂裝，應(yīng)待環(huán)氧砂漿完全凝固，打磨后經(jīng)檢查無(wú)空鼓松動(dòng)后再進(jìn)行下一步操作。

(2)涂層處理

涂料涂裝完成后在干燥期間，可以通過(guò)目測(cè)去發(fā)現(xiàn)是否存在氣泡、開(kāi)裂、固化缺陷等問(wèn)題，如果存在，應(yīng)鏟除原問(wèn)題涂層，鏟至基層，分析原因，及時(shí)處置，打磨后按步驟涂裝涂料，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

3 應(yīng)用效果

針對(duì)環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的涂裝，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)了3種方式，即刷涂、滾涂和噴涂。

刷涂和滾涂的優(yōu)缺點(diǎn)很相似。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)基層附著力較強(qiáng)，邊角和隱蔽部位都可以刷涂到，作業(yè)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是工作效率低、有刷痕、厚度不均。

噴涂?jī)?yōu)點(diǎn)是厚度均勻、平整，工作效率高，適合大面積施工；缺點(diǎn)是需要專門(mén)的設(shè)備和技術(shù)，同時(shí)損耗較大。

善后新閘靠近海邊，風(fēng)較大，不適合噴涂，而滾涂的效率明顯高于刷涂，最終的施工工藝以滾涂為主，局部使用刷涂。

善后新閘混凝土防碳化處理在2017年進(jìn)行施工，目前整體情況較好，未出現(xiàn)處理部位表面開(kāi)裂、剝落等現(xiàn)象。原碳化嚴(yán)重的閘墩和排架部位表面環(huán)氧厚漿情況良好，施工質(zhì)量和效果達(dá)到預(yù)期。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

混凝土防碳化處理是水利工程中混凝土病害重要處理方式之一，處理方案的選擇與水利工程所處環(huán)境、碳化部位和程度、病害范圍等都密切關(guān)聯(lián)。環(huán)境溫度、混凝土強(qiáng)度和保護(hù)層厚度對(duì)于混凝土碳化都具有一定程度的影響[4]。沿海的水利工程應(yīng)側(cè)重于混凝土防鹽化、防侵蝕，抗侵蝕性強(qiáng)的環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆是較好的選擇，對(duì)于內(nèi)陸水利工程，封閉性能好的普通環(huán)氧厚漿漆是性價(jià)比較高的選擇。