水工混凝土碳化分析及处理工艺

摘要：混凝土碳化是引起钢筋锈蚀、影响混凝土耐久性的重要原因之一。本文阐述了混凝土碳化原因、危害及碳化处理方法，并结合工程实例提出了防止混凝土碳化或延缓碳化速度所采取的施工工艺。

关键词：水工混凝土、碳化、处理方法、应用

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1 前言

浦东新区区管水闸共计15座，大部分水闸建于上世纪60、70年代。近年来，根据水利部颁发的《水闸安全鉴定管理办法》要求，新区水闸管理部门逐步委托检测单位对各水闸进行安全鉴定，通过鉴定，发现绝大多数水闸混凝土表面均存在碳化现场，部分建设年代较早的水闸混凝土碳化现场尤其明显，已经超过钢筋保护层厚度平均值的50%，最大值达50mm，严重影响水闸结构的安全。

2 混凝土碳化原理及危害

混凝土碳化是混凝土所受的一种化学腐蚀。当空气中的CO2渗透到混凝土中，与混凝土中碱性物质发生化学反应后生成碳酸盐和水，从而使混凝土碱性降低，此化学反应的过程即为混凝土碳化，其化学反应方程为：Ca(OH)2+CO2 =CaCO3 +H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，原理是它能在钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4保护层，即纯化膜。当混凝土碳化后其碱性降低，因此对钢筋的保护效果降低，当碳化到一定深度，超过混凝土的保护层时，混凝土就会失去对钢筋的保护作用，这时在水与空气的作用下，钢筋开始锈蚀，逐步混凝土开裂、剥落、保护层遭受破坏，最终导致结构损坏，严重影响水工建筑物的运行寿命。

3 混凝土碳化处理原则

混凝土防碳化处理的目的是阻止或尽可能减缓CO2向其内部侵蚀扩散，尽可能减缓混凝土的碳化速度，使混凝土保持良好的强度特性，使其内部钢筋能一直处于高碱性环境中。混凝土碳化程度不同，部位不同，处理方法也不同。对混凝土碳化处理需遵循如下基本原则: ①对碳化深度较大，钢筋锈蚀明显，危及结构安全的构件应拆除重建; ②对碳化深度较小并小于钢筋保护层厚度，碳化层比较坚硬的，可用优质涂料封闭; ③对碳化深度大于钢筋保护层厚度或碳化深度虽然较小但碳化层疏松剥落的，均应凿除碳化层，粉刷高强砂浆或浇筑高强混凝土，然后全面封闭防护; ④对钢筋锈蚀严重的，应在修补前除锈，并应根据锈蚀情况和结构需要加补钢筋。

4 混凝土碳化的处理方法

混凝土碳化处理主要有如下几种处理方法：

1、涂抹丙乳砂浆，丙乳砂浆是丙烯酸脂共聚乳液水泥砂浆的简称，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂浆，是一种新型混凝土建筑物的修补材料，具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能，具有成本低、施工方便、与基础混凝土温度适应较好、耐老化等特点。

2、涂刷环氧厚浆涂料，环氧厚浆涂料是由环氧基料、增韧剂、防锈剂、防锈防渗填料及固化剂等多种成份组成，适用于混凝土表层封闭。该材料具有高固体分、优异的低表面处理要求的性能、优异的耐冲击性能、耐磨损性能、耐化学性能和防腐性能、对潮湿表面有良好的附着力、施工方便(刷涂、喷涂)、使用寿命长(10～20年)、适用范围广及造价适中等优点。

3、涂刷SBR 砂浆，SBR 砂浆为丁苯胶乳( SBR) 加入水泥砂浆后形成的改性聚合物水泥砂浆，具有优异的物理力学性能和耐久性。

4、喷涂SK 柔性防碳化涂料，SK 柔性防碳化涂料由底涂BE14、中间层ES302 和表层PU16 组成。BEl4 是一种100%固体环氧底漆，可允许在饱和或表干混凝土表面施工。它是采用特种高性能环氧树脂、含有排湿基团、能够在潮湿表面涂装和水下固化的高性能产品。BEl4与老混凝土基底粘接强度大于4 MPa，具有超常的防腐蚀和保护特性。ES302 是一种优异的、含固量100%的环氧厚浆涂料，含有耐候性、抗老化性及排湿特性基团的高性能产品，可直接涂于BEl4 表面，具有优良的抗腐蚀和防碳化性能。PUl6 是一种优异的聚氨酯柔性涂料，有良好的装饰性能，可以涂装在ES302上，起到坚韧和耐久作用。SK 柔性防碳化涂料适用于潮湿面混凝土表面的防护，可在潮湿环境、水位变化区等部位施工，具有防碳化效果好，与混凝土粘接强度高，耐碱性、抗渗透性、柔性好等特点。

5、涂刷HYN 弹性高分子水泥防水涂料，HYN 弹性高分子水泥防水涂料是一种绿色环保型防水材料，产品既有水泥类无机材料良好的耐水性，又有橡胶类材料的弹性和可塑性，可在潮湿基面上施工，硬化后即形成高弹性整体防水、防碳化层，没有接缝，具有“即时复原”的弹性和长期的柔韧性，无毒无味，可冷作业施工，不污染环境，与之配套使用的是HYF 多功能胶粉。

6、喷涂氟碳涂层材料，氟碳涂层材料是以氟树脂为主剂，加入一定量的助剂和固化剂等配置而成，氟树脂分子间凝聚力低，表面自由能低，难于被液体或固体浸润或粘着，表面磨擦系数小，具有优异的耐侯性、耐久性、耐化学品性和防腐蚀、耐磨性、绝缘性、耐沾污性及耐污染性等性能。

5 水闸翼墙防碳化处理应用

大治河东水闸是浦东新区最大的排涝口门，2011年经专业安全检测，混凝土表面碳化最小值为15mm，最大值为62mm，平均值在16～22mm之间，基本小于钢筋保护层厚度，只有局部部分情况比较严重。基于上述情况，2012年水闸管理部门采用环氧厚浆涂料对混凝土碳化表面进行处理，防止碳化进一步加深，具体施工工艺如下：

（1）材料配置：工程所需主要材料H52-S4环氧厚浆涂料；

（2）检查翼墙混凝土表面钢筋锈蚀缝、受力缝、蜂窝、麻面、破损等情况并做好记录；

（3）表面清理，除掉混凝土表面的浮尘、青苔、锈斑、油污，油污严重处用有机溶剂反复擦洗，对于表面轻微灰尘可用钢丝刷擦刷。清污后用压缩空气或高压水将表面清洗干净，对于混凝土表面蜂窝、麻面、破损等部位，应凿除松动混凝土（蜂窝混凝土），表面凿毛，清洗干净后用高强砂浆修补找平；

（4）有裂缝的部位，对于裂缝宽度大于0.3mm的裂缝，处理方法是：沿裂缝处凿“V”形槽，槽宽与槽深根据裂缝深度和有利于封缝来确定（一般槽顶宽约10cm），凿完后用钢丝刷及压缩空气将混凝土碎屑粉尘清除干净，用毛刷涂刷一层（厚1-2mm）环氧树脂浆液，涂刷要平整均匀，防止出现气孔和波纹，再在槽中充填聚合物水泥砂浆；如果钢筋混凝土结构中钢筋已经锈蚀，则将混凝土凿除到能够充分处理已经生锈的钢筋部分，将钢筋除锈。然后进行防锈处理，再在槽中充填聚合物水泥砂浆。对于裂缝宽度小于等于0.3mm的裂缝，处理方法是：表面打毛、清洗、干燥，在裂缝两侧（宽20-30mm）涂一层环氧树脂基液，后抹一层厚1mm左右、宽20-30mm的环氧树脂胶泥充填混凝土表面的孔隙，抹胶泥时应防止产生小孔和气泡，要刮平整，保证封闭可靠；

（5）涂刷，H52-S4环氧厚浆涂料主要由主剂和固化剂配置，分甲、乙两组包装，配制时按甲：乙=7:1配制，温度高时，固化剂减少，温度低时，固化剂适当多些，具体配比可视实际气温上下少许浮动，允许误差不超过20%，涂料随用随配，少配勤配，此项工作有专人负责，一配一核，混凝土表面要求干净，平整、密实无杂物，分3遍涂刷，每遍都是表面完全干燥的情况下进行，力求涂料均与，防止流挂、皱褶等现象发生。第一遍先涂刷一层环氧基夜，涂刷后静停40分钟左右，手触有拉丝现象，方可涂抹环氧砂浆，第二遍将配置好的环氧砂浆用抹刀按设计要求的厚度2-4mm涂抹已刷好基液的基面上，涂抹厚度不超过厚混凝土表层为准，涂抹时尽可能同方向连续摊料，并注意衔接处压实排气，边涂抹边压实找平，表面提浆，涂层压实提浆后，间隔2小时，最后，再次抹光。第三遍外观处理，环氧浆液与银粉一定比例配制，作为最后道工序，使结构外观颜色均与，并有一定的防碳化补强作用。每道工序都进行质量验收，应严格要求操作，合格后方可进行下一步，以确保质量。

（6）注意事项：①环氧涂料涂抹完后，需对已完工作业面封闭养护，养护期28天；②涂刷间隔时间根据气温而定，一般不可少于6小时，每次再涂，以上一层不粘手为准。

6 结语

水闸作为浦东重要的防汛设施，保卫着该地区一方水土的平安，而混凝土和钢筋混凝土作为水闸的主要建筑材料，一直面临着不可避免的碳化问题，因此采取治理措施来阻止或减缓混凝土碳化是十分必要的。本文通过对水工混凝土碳化进行分析并应用工程实践介绍了处理措施，以期为以后类似工程设计施工提供借鉴。

参考文献:

[1]黄国新，陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社，2000.

[2]王秘学，宋为群，周启.水工混凝土渗漏处理[J].人民长江，2007，38( 2) : 34-36.

[3]廖波，袁江，董建军.高耐候性抗碳化氟碳涂层材料的研制[J].人民长江，2011，42( 3) : 99-102.