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，同時兼有蓄水灌溉等功能，總寬120 m，共分10孔，每孔凈寬10 m。設計流量為1 050 m3/s，為大(2)型水閘，設計標準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善后新閘開展了安全鑒定工作，被鑒定為二類水閘。在現(xiàn)場安全檢測中，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號孔右閘墩及4號孔右排架碳化深度達到40 mm，其他部位在5～10 mm，無其他病害。經(jīng)現(xiàn)場檢測，混凝土保護層厚度基本大于最大碳化深度和最小保護層厚度。強度是影響碳化深度的重要因素，保護層厚度則對延長建筑物的壽命至關重要[1]，因此決定對混凝土結構表面進行防碳化處理。

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混凝土表層的空隙和毛細孔，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程。混凝土碳化減弱了混凝土的保護層對鋼筋的保護作用，使鋼筋因表面的鈍化膜被破壞而開始生銹，同時由于產(chǎn)生了混凝土收縮，使混凝土表面碳化層產(chǎn)生拉應力，從而產(chǎn)生微細裂縫，導致混凝土的抗折強度降低。最終鋼筋的銹蝕以及混凝土的收縮開裂破壞了混凝土結構的耐久性。

1.2 危害

混凝土碳化后強度、硬度有所提高，但由于碳化一般均在結構表面，深度不大，故對整體結構強度影響不大。但是混凝土碳化后會產(chǎn)生體積收縮，當收縮應力超過混凝土表面抗拉強度時，會在表面產(chǎn)生裂縫。潮濕空氣進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部發(fā)展。當裂縫穿透混凝土保護層到達鋼筋時，由于混凝土堿性降低，濕氣銹蝕鋼筋，銹蝕嚴重時會脹裂保護層，加速銹蝕進程，最終有可能影響結構安全。

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表面封閉等方式阻止或盡可能減緩外界有害氣體進入混凝土內侵蝕，使得混凝土內部和鋼筋始終處于高堿性環(huán)境。關鍵是如何阻止不良因素進入或盡可能延緩其進入的速度。

在確定混凝土防碳化處理方案前，應首先對結構混凝土碳化程度、表面強度等進行檢測，分析判斷混凝土的碳化對結構穩(wěn)定性影響[2]。

2.2 處理方法

刷涂防護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]。當前我國對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，對混凝土預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混凝土有較高的滲透性使得滲透區(qū)域強度升高，能有效減緩不良因素進入，但在高鹽度海邊環(huán)境中還不能起到較好封閉防護效果，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 玻璃鱗片的應用發(fā)展

玻璃鱗片涂料由美國首先開發(fā)出來，主要適用于船殼、化學品儲罐的襯里材料。1967年，日本研發(fā)的玻璃鱗片被應用于市場。1974年，大規(guī)模研發(fā)和應用玻璃鱗片涂料，使得產(chǎn)品進一步擴大應用范圍。20世紀80年代初，我國在貴溪冶煉廠開始應用玻璃鱗片。經(jīng)過多年的自主開發(fā)，目前我國在玻璃鱗片的質量及表里能力已達到國際先進水平。

2.2.2 玻璃鱗片應用

玻璃鱗片漆按照其黏結力度劃分，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)混凝土結構表面的特點，本文主要分析環(huán)氧玻璃鱗片漆的應用。

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，形成復雜曲折的防滲透擴散路徑。

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)氧樹脂內互相連結，能夠有效阻止水蒸氣和化學溶劑對混凝土的侵蝕，具有耐酸、耐堿、耐鹽、耐油等特點。有關試驗表明：0.5 mm厚的鱗片抗?jié)B透性超過2.0 mm的玻璃鋼。

(2)伸展性好。固化時收縮小，具有較強的黏性和柔韌性，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，無裂紋，無剝落。

(4)施工方便，易于修補。

2.2.5 混凝土防碳化處理施工工藝

(1)表面清理。用高壓水槍對混凝土表面浮塵進行清理，使用鋼絲刷、砂紙去除表面異物，主要是風化的混凝土渣、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，用磨光機打磨至表面平整。

(2)破損修補。使用環(huán)氧砂漿配料對局部破損部位進行修補，如蜂窩麻面、表面裂紋、缺邊斷角等，達到表面平整，邊角橫平豎直，同時對修補料及時養(yǎng)護。

(3)涂裝涂料。當混凝土表面干燥、平整、無雜物后進行厚漿刷涂。一般先進行N50-1環(huán)氧封閉底漆，然后進行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，同時可以增加對基材的封閉性和附著強度。

(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，保護底漆，提高效果。

(3)玻璃鱗片漆：起到關鍵作用，具有較強的抗侵蝕性、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圖1，涂料主要技術指標見表1。

圖1

表1 涂料主要技術指標

2.3 質量要求

2.3.1 使用溫濕度及干燥時間

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

已配好固化劑的涂料應在2～6 h內用完，否則會發(fā)生膠化。各面層涂刷間隔應在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。若碳化深度遠大于鋼筋保護層厚度并且鋼筋銹蝕明顯，那么該構件已危及結構安全，應拆除重建；若碳化深度小于鋼筋保護層厚度，對基層表面進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層厚度，同時碳化層疏松的，應鑿除疏松的碳化層，再用高強環(huán)氧砂漿或混凝土修補；鋼筋銹蝕嚴重的，應采取除銹或補鋼筋措施，然后再用專用涂料封閉。特別是環(huán)氧砂漿修補部位，不能急于進行下一步涂裝，應待環(huán)氧砂漿完全凝固，打磨后經(jīng)檢查無空鼓松動后再進行下一步操作。

(2)涂層處理

涂料涂裝完成后在干燥期間，可以通過目測去發(fā)現(xiàn)是否存在氣泡、開裂、固化缺陷等問題，如果存在，應鏟除原問題涂層，鏟至基層，分析原因，及時處置，打磨后按步驟涂裝涂料，并加強養(yǎng)護。

3 應用效果

針對環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆的涂裝，現(xiàn)場試驗了3種方式，即刷涂、滾涂和噴涂。

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

噴涂優(yōu)點是厚度均勻、平整，工作效率高，適合大面積施工；缺點是需要專門的設備和技術，同時損耗較大。

善后新閘靠近海邊，風較大，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年進行施工，目前整體情況較好，未出現(xiàn)處理部位表面開裂、剝落等現(xiàn)象。原碳化嚴重的閘墩和排架部位表面環(huán)氧厚漿情況良好，施工質量和效果達到預期。

4 經(jīng)驗總結

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聯(lián)。環(huán)境溫度、混凝土強度和保護層厚度對于混凝土碳化都具有一定程度的影響[4]。沿海的水利工程應側重于混凝土防鹽化、防侵蝕，抗侵蝕性強的環(huán)氧厚漿玻璃鱗片漆是較好的選擇，對于內陸水利工程，封閉性能好的普通環(huán)氧厚漿漆是性價比較高的選擇。