高寒地區(qū)混凝土凍損原因分析和處理措施

盧 ?

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

高寒、干旱，日照時間長，太陽輻射強，晝夜溫差大，低溫季節(jié)相對時間長，氣候寒冷，環(huán)境惡劣是高寒地區(qū)的基本特征。海拔2600m 高程以上的高位淺山地區(qū)年降水量為500mm～600mm，平均風速在14m/s～15m/s之間，最大風速23m/s，最大凍土層深度1.0m～1.5m之間。多年平均氣溫3.0℃～7.9℃，歷年極端最高氣溫29.3℃～38.4℃，極端最低氣溫-33.1℃～-21.7℃；本地區(qū)無霜期為64.3d～171d左右，多年平均日照時數(shù)2430.8h～2666.7h，并由東向西遞增。凍融循環(huán)破壞、冰拔破壞是混凝土凍損的主要原因，主要表現(xiàn)為混凝土酥化、剝落吊皮，呈現(xiàn)蜂窩狀。長隧洞進口明洞段、暗渠等連接段較為明顯（見圖1)。

圖1 混凝土凍損情況

1 混凝土凍損原因分析

長隧道進口明洞段：因隧洞進口高程高于隧洞出口，空氣由隧洞出口向隧洞進口形成氣流，長隧洞內(nèi)溫度高于隧洞外。氣流在隧洞進口凝聚形成游離的霧化水（見圖2），再因溫度低于冰點而凝結成冰敷著于明洞段。夜間形成冰層，晝間溫度偏高冰層消融，凍融次數(shù)多，形成凍融循環(huán)。游離的水變成冰，體積膨脹9%，對混凝土產(chǎn)生膨脹應力，出現(xiàn)凍損破壞（見圖3）。在消融時混凝土中的膠凝材料，在微觀結構中遷移，形成廊道，發(fā)生冰拔破壞。使混凝土膨脹力變大，強度降低。在多次的凍融循環(huán)破壞和冰拔破壞后，混凝土就會出現(xiàn)酥化、剝落吊皮，呈現(xiàn)蜂窩狀。

圖2 隧洞進口游離的霧化水

圖3 冰拔現(xiàn)象

2 混凝土凍損處理方案

2.1 處理原理

水是混凝土結構凍損破壞諸多因素的載體，它通過裂縫或混凝土自身密實度不足進入混凝土內(nèi)部，導致發(fā)生堿-集料破壞、侵蝕、膨脹、溶蝕和凍融破壞，從而降低了混凝土的耐久性。因此，隔絕水與混凝土的接觸是防止混凝土凍損破壞、提高其耐久性的重要思路。在水工混凝土施工中采用憎水高分子彈性材料進行整體保護，可以使水工混凝土抵抗凍融破壞和冰拔破壞的能力得到顯著提高。采用表面防護技術提高混凝土耐久性是一種行之有效的途徑，對新老混凝土建筑物均適用。

2.2 丙乳砂漿處理方案

（1）混凝土表面清洗：仔細排除凍損部位，劃定處理范圍。

（2）凍損部位鑿毛清洗：用電錘或鑿毛機對混凝土面鑿毛15mm～20mm，采用大功率吹風機清除表面浮塵顆粒，清水沖洗干凈、潤濕，使混凝土基底呈飽和狀態(tài)。

（3）丙乳潤基：水泥與丙乳按重量比2:1稱量混合攪拌均勻配置基液，用排刷均勻涂抹在混凝土基底。

（4）丙乳砂漿配置：采用42.5級普通硅酸鹽水泥和過篩的水洗砂，按配合比混合均勻后倒入拌和盤中，然后將聚合物慢慢倒入。聚合物砂漿應根據(jù)現(xiàn)場施工實際需求進行拌制，不宜太多，以免浪費（人工抹壓施工）。聚合物砂漿的配比為水泥∶砂∶丙乳∶水=1∶2∶0.3∶少量，在滿足和易性要求的前提下盡量選用小水灰比。

（5）丙乳砂漿施工：人工抹灰：使用抹子將丙乳砂漿進行抹平壓實，同時嚴格控制砂漿抹壓總厚度（2.0cm左右），抹壓密實、光滑，保證施工質量，保證混凝土面層平整度。

養(yǎng)護：約4h后，抹壓的丙乳砂漿將產(chǎn)生初凝，采取霧化器人工養(yǎng)護手段進行養(yǎng)護，養(yǎng)護1d后再用毛刷在丙乳砂漿面層上刷一道丙乳凈漿，要求均勻、密封。凈漿初凝后繼續(xù)噴霧養(yǎng)護（或保鮮膜覆蓋），保持砂漿面層潮濕，養(yǎng)護時間不少于7d。

（6）聚脲抗凍涂料涂刷：養(yǎng)護完成后，采用大功率吹風機再次清洗丙乳砂漿基面浮塵等顆粒，要求平整、堅實、干燥、無浮塵。

基面涂刷界面劑(雙組份按產(chǎn)品說明配比10:1）進行打底，待界面劑表干時（溫度20℃時，1.5h～2h表干），開始涂刷第一遍抗凍涂料。待第一遍涂料表干（用手觸摸不粘手即可，切不可超過4h）后進行第二遍涂刷。側墻涂刷至少三遍，需保證厚度≥1.2mm。

圖4 丙乳砂漿處理

2.3 TPO 防水卷材（熱塑性聚烯烴類防水卷材）和改性環(huán)氧膠粘劑處理方案

TPO防水卷材即熱塑性聚烯烴類防水卷材，是以采用先進的聚合技術將乙丙橡膠與聚丙烯結合在一起的熱塑性聚烯烴（TPO）合成樹脂為基料，加入抗氧劑、防老劑、軟化劑制成的新型防水卷材。

改性環(huán)氧膠粘劑在混凝土修復的施工中，以增加抗壓，抗震，提高耐磨性耐候性的中間聚合體，可以大大提高混凝土面層的使用壽命和使用年限。

2.3.1 主要優(yōu)點

（1）化學性能穩(wěn)定，耐腐耐候性好；

（2）固結體具有高粘結力，高抗壓強度且不受結構形狀限制；

（3）具有補強、加固的作用；

（4）具有抗?jié)B、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸腐蝕的性能，并與多種材料的粘結力很強；

（5）熱膨脹系數(shù)與混凝土接近，故不易從這些被粘結的基材上脫開，耐久性好；

（6）與混凝土的匹配性好，耐久性能優(yōu)良，具有良好的抗老化和抗碳化性能，涂層能與混凝土在不同溫度條件下實現(xiàn)同步變形，避免了因兩種材料的脹縮性能差異太大而使界面應力過大，造成涂層脫空、開裂；

（7）改性環(huán)氧膠粘劑可以在潮濕的基層上施工。

2.3.2 具體施工工藝（見圖5）

圖5 TPO防水卷材施工效果圖

（1）用角磨機清理混凝土表面，并用濕抹布搽干凈，使表面無油脂或污垢；

（2）改性環(huán)氧膠粘劑按照AB組分2:1的質量比配比，攪拌直至粘稠均勻并呈現(xiàn)灰白色；

（3）用合適的抹刀將攪拌均勻的改性環(huán)氧膠粘劑抹到混凝土面層上，厚度為1mm。改性環(huán)氧膠粘劑的固化時間隨溫度的變化而變化，在10℃時固化時間為145min；在30℃時固化時間為35min；

（4）將TPO防水卷材粘在改性環(huán)氧膠粘劑上，使用合適的大壓輥壓緊，排出內(nèi)部的空氣以免留在TPO防水卷材和改性環(huán)氧膠粘劑之間。局部大壓輥無法施工的部位采用手持壓輥進行施工；

（5）TPO防水卷材接頭可采用熱風焊槍焊接，并采用手持壓輥壓緊搭接邊，進行熱風焊接前須用砂紙焊接邊打磨至表面粗糙；

2.3.3 優(yōu)勢

（1）材料高度靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用不同寬度的膠帶；

（2）改性環(huán)氧膠粘劑的單層粘接力可達到4.1kN/m，采用雙層粘接，保證粘接強度；

（3）粘接劑可直接在潮濕的基層面施工，維修時無須等待基層干燥，停水后即可立即維修，方便維修，節(jié)約工期；

（4）無須動火，無需復雜工藝和設備，無需拉電，操作簡單，降低因為復雜工序或人為因素而導致的質量風險；

（5）具有超過20年的耐紫外線能力，可以直接外露，無需額外保護，可抵抗-40℃的低溫，并且在早晚和冬夏的冷熱循環(huán)中不會損壞；

（6）斷裂延長超過70mm，可以有效抵抗各種形變。

3 結束語

綜上所述，水是混凝土結構凍損破壞諸多因素的載體，因此隔絕水與混凝土的接觸，是防止混凝土凍損、提高耐久性的重要技術路線。在水工混凝土施工中采用憎水高分子彈性材料進行整體保護，能顯著提高混凝土抵抗凍融破壞和冰拔破壞的能力，采用表面防護技術提高混凝土耐久性是一種行之有效的措施，它對新老混凝土建筑物均適用。