水工混凝土防碳化处理方法及施工工艺

摘要：混凝土碳化是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一，严重时使钢筋锈蚀、混凝土开裂、剥落、保护层遭受破坏，最终导致结构物破坏。为能有效地处理混凝土碳化层，对水工混凝土碳化的基本处理原则及表面封闭处理材料的分类进行了介绍，对工程运用较多的处理方法、施工工艺及其适应性进行了总结，对类似工程设计施工具有借鉴意义。

关键词：水工混凝土; 防碳化处理; 混凝土碳化; 施工工艺

中图法分类号: TV698 文献标志码: A文章编号:1001-4179(2011)12-0050-03

1 碳化处理基本原则

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。对混凝土碳化处理提出如下基本原则: 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。本文主要针对第二种情况，根据不同的现场条件，提出不同的处理方法。

2 防碳化处理方法

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，防碳化处理一般均采用优质涂料对表面进行封闭，其封闭材料主要分为有机材料、无机材料以及结合两者特点的聚合物水泥基材料3 类。有机修补材料是选用不饱和聚酯树脂、固化剂、增韧剂、稀释剂和填料等组成修补材料，亦称树脂基修补材料。无机修补材料是以硅酸盐水泥为基料并掺有硅砂等多种特殊活性化学物质的粉末状材料，又称水泥基修补材料。聚合物水泥基修补材料是通过向水泥砂浆中掺加聚合物乳胶改性而制成的一类有机无机复合修补材料。无机修补材料虽与基底混凝土物理性能基本一致，但其粘结力及力学特性不如有机修补材料，修补效果不佳。有机修补材料更难以达到从根本上对混凝土碳化破坏进行修补的目的，而且在环境温度变化范围较大时易开裂脱落，且有机材料修补施工工艺要求高，价格昂贵，耐久性差。目前应用较多的是聚合物水泥基修补材料。

2． 1 涂抹丙乳砂浆

( 1) 涂料性能。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。丙乳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，与传统用环氧树脂砂浆相比，丙乳砂浆更显示其优越性，不仅成本低，而且具有施工方便、与基础混凝土温度适应较好、耐老化等特点［1］。与普通水泥砂浆相比其优点主要有: 极限拉伸提高2 ～ 3 倍，抗拉强度提高1 倍，抗拉弹性模量相应减小，收缩减小很多，与老砂浆潮湿面粘结强度提高2 倍以上，吸水率降低约80%，抗海水氯离子渗透能力提高8 倍，在紫外型碳弧灯全气候老化箱中老化2 160 h 后，抗拉强度和极限拉伸不降低，快冻300 次循环基本无破坏。

( 2) 施工工艺。①基面处理，如果建筑物表面平整度较差，先人工凿除，然后用高标号水泥砂浆找平，用磨光机磨掉表层碳化层及附着物，再用高压喷砂彻底清除表面碳化层，露出混凝土新鲜面。碳化层清理完毕后用高压水枪将建筑物表面完全冲洗干净，使施工面保持饱和面干状态但不能有积水。②砂浆拌制，先将水泥、砂拌制均匀，再加入水和丙乳充分拌和均匀，拌和过程中严格控制水灰比，每次应根据作业面大小拌制，保证拌制的砂浆在30 ～ 45 min 内全部使用完。③涂抹，先用丙乳净浆打底，净浆配比为1 kg丙乳加2 kg水泥，在净浆未硬化前铺筑丙乳砂浆，铺筑到位后用力压实，随后抹面，抹面要平整，且向一个方向抹平，不能来回多次抹，否则容易脱落和起泡。为使表面光滑美观，待丙乳沙浆表面略干后，按水泥∶丙乳∶水为1∶ 0． 2∶ 0． 3 的比例配制丙乳净浆，在丙乳砂浆表面再刮一层。④养护，在表层净浆表面略干后，用簿膜覆盖一昼夜再洒水养护，7 d 内要保持建筑物表面湿润，然后可自然风干。在阳光直射或风口部位应遮阳、保湿。

( 3) 注意事项。①施工期间要求气温高于5℃，最适合在平均气温20℃左右环境下施工，一般宜选择在春季或秋季施工。②环境湿度有利于丙乳砂浆的施工，初凝时间相对延长，有利于表面抹灰收光。当环境湿度小于30% 时，作业面要小，否则抹灰收光比较困难。③施工作业面的朝向对丙乳砂浆施工质量也有影响。向阳面施工，丙乳砂浆水分蒸发快，初凝快，不利于抹灰收光，要求作业面分块要小。背阳面相对有利于施工。对基面凹凸不平整度大的部分宜分多次抹灰。④基面的平整度对丙乳砂浆局部表面裂纹的影响非常大，基面平整度好的基本无裂纹，同时不能涂抹太厚。⑤色差，由于朝向、施工时间以及基面深浅的不同，丙乳砂浆表面存在色差，实际施工过程中为了减少色差往往采用满涂丙乳净浆掺1%白水泥浆2 ～ 3遍，实践表明效果很好。

2． 2 涂刷环氧厚浆涂料

( 1) 涂料性能。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 ～ 20a) 、适用范围广及造价适中等优点。

( 2) 施工工艺。①表面清理。首先清除混凝土松动层，对表面上的麻坑、蜂窝、裂隙等缺陷用腻子修补，暴露钢筋要除锈，对缺陷面积较大、较深的混凝土脱落部分用高标号混凝土修补; 其次用高压水枪进行清污并用钢丝刷刷糙，用砂纸打磨，去除表面浮物及浮尘; 最后用棉纱擦净，使混凝土表面保持干净、干燥。②涂料配制。环氧厚浆涂料由主剂和固化剂配制，分甲乙两组调装，配制时按甲∶乙为7∶ 1 配制。温度高时固化剂可适当减少，温度低时，固化剂可适当增多。③涂刷。混凝土表面要求干净、干燥、平整、密实无杂物，分3 遍涂刷，每遍都要求在表面完全干燥的情况下进行，力求涂料均匀，防止流挂、皱褶现象发生。

( 3) 注意事项。①处理后的混凝土表面要求平整密实，并且表面要有糙纹，方便涂料与混凝土表面粘结牢固。②施工期温度宜为10℃～30℃，过高或者过低均不利，过高则固化快，强度低，过低则固化慢或者不能完全固化，同样会降低强度，而且不利于施工; 同时施工期温度对材料消耗也有影响，温度高，材料消耗少，反之材料消耗多。③遇蜂窝、麻坑及裂缝时，涂刷第一遍时要反复揉搓，纵横涂刷，沿缝涂刷，使涂料充分进入缺陷处，保证涂刷效果。④涂刷质量的好坏与混凝土表面处理的质量关系密切，用腻子对基底进行修补，既要保证处理后基底表面平整，又要保证涂料的附着力，保证涂料不与混凝土表面脱落。通过研究和试验，采用高标号水泥配107 胶做腻子进行修补能够兼顾强度与平整度的要求［2］。

2． 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。

( 1) 施工工艺。①表面处理: 首先使用手锤等工具剔除基层表面上的蜂窝、麻面、突起、疙瘩及起壳等，清理至完好基面; 其次采用砂磨机对老混凝土面进行打磨，去除混凝土表面浮灰、污垢等; 最后将表面用高压水枪冲洗干净，让表面保持干燥状态或者湿润无明水状态。②涂刷: 首先涂刷1∶ 4∶ 1( SBR 胶∶水泥∶水)厚约1 mm的SBR 净浆1 遍。待净浆微干后用拌制好的SBR 水泥砂浆刷涂第1 遍，待表面稍干后再刷涂第2 遍，这样刷涂3 ～ 4 遍至涂层厚度不小于4 mm为止。③养护: 常温下养护一般在涂层完工后的72 h 以后进行。养护期不应少于14 d，每天不应少于3 次，前2d 最好采用喷雾养护，后期可采用洒水或喷水枪喷水养护。

( 2) 注意事项。①表面清理必须至新鲜牢固的混凝土面，并将打磨产生的浮尘清理干净。②涂刷前均应使作业面保持微干状态，太干则新喷涂层内的水分容易被基层吸收而影响新喷涂层的质量，太湿则易影响与新喷涂层的粘结效果和涂层的均匀性。

2． 4 喷涂SK 柔性防碳化涂料

( 1 ) 涂料性能。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［3］。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。

( 2) 施工工艺。对混凝土基面进行处理，用高压水枪清洗基面浮尘，防碳化涂料采用高压喷涂设备进行喷涂施工，首先喷涂底涂BEl4; 待底涂料表干后，喷涂中间层ES303; 待中间层表干后，喷涂表层PUl6。喷涂施工具有施工速度快，喷涂均匀的特点，便于施工人员操作。

2． 5 涂刷HYN 弹性高分子水泥防水涂料

( 1) 涂料性能。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。

( 2) 施工工艺。①基面处理: 先用电动打磨机清理表面，清除混凝土表面的软弱层、污垢及突出物，露出新鲜混凝土面。然后用高压水枪清洗基面，使基面干净无杂物，表面充分湿润但无积水。②材料配制:HYN 高分子水泥防水涂料和HYF 多功能胶粉均为粉料和液料两组分。HYN 高分子水泥防水涂料配比为:液料∶粉料= 1∶ 1． 5。HYF 多功能胶粉配比为: 液料∶粉料= 1∶ 6． 0。③防水材料涂刷: 先用HYF 多功能胶粉对混凝土面的剥蚀、麻面进行处理，深度小于3 mm的一次抹压完成，深度大于3 mm的分层模压。

( 3) 注意事项。施工中修补材料只能同一个方向刮抹，当手触涂层不粘手时再进行下一层施工，要求刮抹层平整，无砂眼，无起鼓，无开裂，刮抹完成后立即用塑料布覆盖进行湿养护。其次待混凝土面修补平整完成硬化后即可进行面层防水材料涂刷，施工时首先涂刷阴阳角等部位，然后进行大面涂刷，大面涂刷可采用滚刷滚涂。第二遍涂刷与第一遍的涂刷方向呈“十”字交叉的垂直方向施工，在涂料使用过程中不得随意加水，要少配快用，拌和好的浆料必须在25 min 内用完，第一遍涂层完成后须间隔24h 才能进行第二遍涂刷。

2． 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［4］。在一定施工工艺条件下，用喷涂设备将其均匀涂覆在混凝土表层，封闭混凝土表层孔隙，提高混凝土防碳化性能，从而延长水工建筑物使用寿命。其施工工艺流程为: 混凝土基面打磨→表面清理→局部找平→细微裂隙及毛细孔封闭→涂刷高耐候性氟碳面层。

3 结语

碳化是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一，对混凝土结构进行防碳化处理对提高混凝土结构耐久性具有重要意义。本文对涂抹丙乳砂浆、涂刷环氧厚浆涂料、涂刷SBR 砂浆、喷涂SK 柔性防碳化涂料、涂刷HYN 弹性高分子防水涂料及喷涂氟碳涂层材料等混凝土防碳化处理方法的主要特点、适用性、施工工艺及注意事项进行了分析总结，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］张文渊．用H52-S4 环氧厚浆涂料进行桥梁混凝土防碳化处理［J］．腐蚀与防腐，2003，24( 3) : 126-127．

［4］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．

作者简介:李建清，男，工程师，硕士，主要从事水工结构设计工作。