混凝土無(wú)機(jī)修護(hù)體系材料的試驗(yàn)研究

【摘 " "要】：針對(duì)鋼筋混凝土腐蝕缺陷，研制出一系列以水泥為主要基材的無(wú)機(jī)修護(hù)材料，該系列材料集修復(fù)、防裂、防水、裝飾、環(huán)保等多功能于一體，使修補(bǔ)后的混凝土與原結(jié)構(gòu)形成完整的一體。

【關(guān)鍵詞】：抗氯離子腐蝕；混凝土；無(wú)機(jī)修護(hù)材料

【中圖分類(lèi)號(hào)】：TU528 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A 【文章編號(hào)】：1008-3197（2024）05-50-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.05.014

Experimental Study on Materials of Concrete Inorganic Repairing System

DONG Hao， LIN Rui

（Tianjin Research Institute of Building Science Co.Ltd.，Tianjin 300193，China）

【Abstract】： In view of the corrosion defects of reinforced concrete， and developed a series of inorganic protective materials with cement as the main substrate. This series of materials integrates the functions of repair， crack prevention， waterproof， decoration and environmental protection， so that the repaired concrete and the original structure forms a complete unit.

【Key words】： resistance to chloride ion corrosion；concrete；inorganic protective materials

作為21世紀(jì)最主要工程結(jié)構(gòu)形式之一的混凝土結(jié)構(gòu)[1]，已經(jīng)由于各種各樣的耐久性原因出現(xiàn)達(dá)不到預(yù)定使用年限而提前失效的情況[2]。1959年落成的人民大會(huì)堂在20世紀(jì)80年代曾進(jìn)行小修，但是到20世紀(jì)90年代中期由于建造初期使用氯鹽作為防凍劑，造成梁柱為主的鋼筋腐蝕嚴(yán)重，就又進(jìn)行了大修[3]。我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)維修通常先采用砂漿修補(bǔ)，然后使用有機(jī)涂料對(duì)其進(jìn)行保護(hù)與涂飾。相較其他措施，涂料防護(hù)具有施工簡(jiǎn)單、成本較低、適用性廣等特點(diǎn)[4]；但也存在耐久性差、抗凍性差、抗裂性能差、抗污染能力差、色彩持久能力差、費(fèi)用較高等缺點(diǎn)。無(wú)機(jī)修護(hù)材料因與基體混凝土的組成基本相同、彈性模量基本一致，相對(duì)于有機(jī)涂料具有較高的耐久性且能與基體混凝土形成統(tǒng)一的整體，不影響美觀；但是，無(wú)機(jī)修護(hù)材料的防水性比有機(jī)材料差，導(dǎo)致其抗防腐蝕性差。本文針對(duì)鋼筋混凝土腐蝕缺陷，研制出一系列以水泥為主要基材，集修復(fù)、防裂、防水、裝飾、環(huán)保等多功能于一體的無(wú)機(jī)修護(hù)材料。

1 基底材料的試驗(yàn)研究

基底材料（頂立面修護(hù)材料）以抗壓強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度為力學(xué)性能的主要指標(biāo)，以抗氯離子滲透性、體積穩(wěn)定性及抗凍融性能為耐久性能的主要指標(biāo)。

1.1 力學(xué)性能試驗(yàn)

1.1.1 膠砂比對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)性能的影響

水泥為駱駝牌42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，骨料為40～70目石英砂，水膠比為0.5，選擇了4種膠砂比。見(jiàn)表1。

試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著膠凝材料占比減少，黏聚性減弱，擴(kuò)展度較小，流動(dòng)性變差，但抗壓強(qiáng)度基本不變，其中L-2的黏結(jié)強(qiáng)度較高且拌和物狀態(tài)較好，因此選擇1∶1.5的膠砂比作為基礎(chǔ)配比。

1.1.2 骨料對(duì)修補(bǔ)材料性能的影響

為了提高修補(bǔ)材料的黏結(jié)強(qiáng)度和黏聚性，在膠砂比為1∶1.5的拌和物中加入細(xì)砂。見(jiàn)表2。

試驗(yàn)結(jié)果表明：如果完全用細(xì)砂取代40～70目石英砂，則需水量增大，無(wú)流動(dòng)性；因此需選用細(xì)砂部分取代40～70目石英砂。加入細(xì)砂后的材料L-9黏聚性和黏結(jié)強(qiáng)度都有所提高，但抗壓強(qiáng)度有所下降；另外，雖然L-9的擴(kuò)展度為145 mm，但由于有流動(dòng)度，在墻面和頂面無(wú)法施工，因此為了提高其抗壓強(qiáng)度和進(jìn)一步提高其黏結(jié)強(qiáng)度，選用外加劑來(lái)提高性能。

1.1.3 外加劑對(duì)修補(bǔ)材料性能的影響

根據(jù)調(diào)研情況及以往經(jīng)驗(yàn)，添加可再分散乳膠粉0520和飽水增稠材料HP可提高砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度，因此在L-9的配比中摻加這兩種材料。見(jiàn)表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明：加入0520和HP能夠降低水膠比，提高砂漿的黏結(jié)性和施工性；隨著0520摻量的增加，黏結(jié)抗拉強(qiáng)度也提高，但摻量超過(guò)2%后抗壓強(qiáng)度不增反降，因此0520的最佳摻量為2%；隨著HP摻量的增加，黏結(jié)抗拉強(qiáng)度也提高，但施工性隨摻量的增加變差，雖然不流掛，但粘施工工具，不易施工，因此HP的最佳摻量為0.04%， L-11為最佳配比。

1.2 耐久性試驗(yàn)

耐久性主要包括抗氯離子滲透性、體積穩(wěn)定性及凍融后黏結(jié)性等性能，通過(guò)添加不同膠凝材料等粉料，改善耐久性。根據(jù)調(diào)研及以往經(jīng)驗(yàn)，防水填充材料G粉細(xì)度大，能夠提高砂漿的防水性能；礦物外加劑為全球狀具有連續(xù)級(jí)配的超細(xì)粉料，能夠改善砂漿的和易性和微觀孔結(jié)構(gòu)，因此在L-11的配比中摻加這兩種材料。見(jiàn)表4和表5。

試驗(yàn)結(jié)果表明：摻六九普硅水泥的基底材料擴(kuò)展度小于摻駱駝普硅水泥的。加入礦物外加劑后能夠增加基底材料的擴(kuò)展度及流變性能，因此礦物外加劑的摻量不能過(guò)多；由于G粉細(xì)度很大，影響基底材料的用水量，因此也不宜多摻。引入G粉和礦物外加劑后，基底材料的氯離子滲透性由中等降為低等，凍融黏結(jié)強(qiáng)度提高，體積穩(wěn)定性較好。其中配比L-18試驗(yàn)效果最好。見(jiàn)表6。

試驗(yàn)結(jié)果表明：L-18具有良好的黏結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，抗氯離子滲透能力較強(qiáng)、抗凍融性好、體積穩(wěn)定性強(qiáng)，可作為基底材料的基礎(chǔ)配比。

2 過(guò)渡層（黏結(jié)層）材料試驗(yàn)

過(guò)渡層即黏結(jié)層，旨在提高基底材料與面層材料黏結(jié)性；因此要求過(guò)渡層表面粗糙且黏結(jié)強(qiáng)度高（不掉粉及砂）。

采用含有25%增硬填充材料SW-200、20%防水填充材料G粉、55%普通硅酸鹽水泥，膠砂比9∶5的膠凝材料，通過(guò)調(diào)整0520和砂的摻量來(lái)提高其黏結(jié)強(qiáng)度。見(jiàn)表7。

試驗(yàn)結(jié)果表明：G-1到G-4隨著0520摻量增加黏結(jié)強(qiáng)度也增加，但當(dāng)摻量超過(guò)1.5%時(shí)黏結(jié)強(qiáng)度變化不大；加入石英砂的過(guò)渡層硬化后其表面過(guò)粗糙，40～70目和70～100目石英砂不能提高過(guò)渡層的表面硬度，出現(xiàn)掉砂的情況，而增硬填充材料SW-200能夠提高過(guò)渡層的黏結(jié)強(qiáng)度，避免掉砂情況出現(xiàn)，便于下一層施工。

3 面層材料試驗(yàn)

面層材料是用于混凝土表面修護(hù)的最后一層材料，是防護(hù)系統(tǒng)的主要材料，旨在防止主體混凝土再次受到環(huán)境破壞，使結(jié)構(gòu)美觀、顏色一致，這就要求材料硬化后表面強(qiáng)度較高、耐水性強(qiáng)、不易被風(fēng)吹、日曬、雨淋等侵蝕，整體顏色均勻、可調(diào)或與主體顏色一致。

3.1 硬化時(shí)間和黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)

面層材料不僅應(yīng)使混凝土材料更美觀，而且還要具有一定的強(qiáng)度和耐久性。由于環(huán)境因素（冬季室外施工溫度較低、風(fēng)速大）和材料功能（面層材料需輥涂于過(guò)渡層之上，因此其厚度非常薄，約1 mm左右）等限制，普通硅酸鹽水泥配制的面層材料表面失水快，不能滿(mǎn)足黏結(jié)強(qiáng)度要求。選用快硬水泥來(lái)取代部分普硅水泥進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整凝結(jié)時(shí)間來(lái)檢驗(yàn)表面是否掉粉。見(jiàn)表8。

試驗(yàn)結(jié)果表明：加入快硬水泥后能夠縮短凝結(jié)時(shí)間，改善掉粉狀況。

與M-2相比，M-3和M-4加入快硬水泥量多，但不能改善掉粉情況且快硬水泥顏色發(fā)黃，不利于美觀，因此選擇M-2為基礎(chǔ)配比，并用0520取代108膠來(lái)提高黏結(jié)強(qiáng)度；另外，為方便冬季施工，凍融后的黏結(jié)強(qiáng)度也考慮其中。見(jiàn)表9。

試驗(yàn)結(jié)果表明：加入0520后能夠提高黏結(jié)強(qiáng)度，改善掉粉狀況，摻量為1%時(shí)已經(jīng)具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度和凍融黏結(jié)強(qiáng)度。因此M-6為最佳配比。

3.2 面層材料的耐水性試驗(yàn)

面層材料的耐久性主要體現(xiàn)在耐水性方面，不能由于雨水等沖刷而失效。通過(guò)添加防水填充材料G粉來(lái)提高其耐水性。按照J(rèn)G/T 157—2009《建筑外墻用膩?zhàn)印吩囼?yàn)方法進(jìn)行耐水性試驗(yàn)。見(jiàn)表10。

試驗(yàn)結(jié)果表明：G粉可提高面層材料的耐水性，但也延長(zhǎng)了凝結(jié)時(shí)間，因此摻量不宜過(guò)多。M-9既具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度和較好的抗凍融性，又不掉粉且具有較好的耐水性。

4 結(jié)論

通過(guò)調(diào)整功能材料的試驗(yàn)，研制以水泥為主要基材的無(wú)機(jī)修護(hù)材料系列產(chǎn)品，該系列材料集修復(fù)、防裂、防水、裝飾、環(huán)保等多功能于一體，使修補(bǔ)后的混凝土與原結(jié)構(gòu)形成完整的一體。

1）通過(guò)調(diào)整功能材料的配合比提高基底材料的抗壓強(qiáng)度、黏結(jié)強(qiáng)度、抗氯離子滲透能力、抗凍融性、體積穩(wěn)定性。

2）通過(guò)調(diào)整膠凝材料和骨料的配合比，提高過(guò)渡層材料的黏結(jié)強(qiáng)度。

3）通過(guò)調(diào)整功能材料的配合比，調(diào)整面層材料的凝結(jié)時(shí)間，提高黏結(jié)強(qiáng)度、抗凍性和耐水性。

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