岞山橡膠壩鋼筋混凝土碳化分析與處理

李鴻亮，高志偉，楊潤濤

（水發規劃設計有限公司，山東 濟南 250000）

本文以峽山水庫膠東地區調蓄戰略水源地工程—濰河下游調水入庫工程岞山提水泵站原有橡膠壩壩墩混凝土表面碳化處理為實際案例，闡述混凝土表面碳化處理在水利工程中的應用。

岞山橡膠壩位于峽山水庫下游約8km濰河河道內，橡膠壩壩體結構為鋼筋砼結構，3孔，混凝土設計標號為C25F150W4。2009年興建，歷經10年運行，受地表水體浸泡、河道泄洪沖刷、日曬風化、凍融剝蝕等影響，中、邊墩迎水面混凝土表面出現不同程度的碳化現象，局部部位存在露筋銹蝕現象。經現場檢測碳化深度0.8~3.5cm之間。

1 混凝土碳化原理

混凝土碳化是指空氣中CO2氣體滲透到混凝土內，與水泥水化產物Ca（OH）2發生化學反應生成CaCO3和H2O，使混凝土堿性降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化。碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土的保護層時，鋼筋表面的鈍化膜破壞，失去對鋼筋的保護作用，在水與空氣共同存在的條件下，鋼筋表面逐漸生成 Fe（OH）3，導致鋼筋銹蝕、體積膨脹、順筋開裂，從而影響鋼筋混凝土結構安全。

2 原因分析

影響混凝土碳化的主要因素有環境因素、原材料因素、施工因素等。

首先影響較大的是水泥品種，因不同的水泥中的摻合料不同。其中，礦渣水泥和粉煤灰水泥中的摻合料含有活性氧化硅和氧化鋁，它們與水泥水化產物Ca（OH）2結合形成具有膠凝性的活性物質，降低了混凝土的堿度，從而加快了混凝土的碳化。其次影響混凝土碳化主要還與周圍介質中的CO2的濃度高低及濕度大小有關，在干燥和飽和水條件下，碳化反應幾乎終止。另外影響混凝土碳化的因素還有如下幾點：

1）迎水、滲透水：在迎水或滲透水經過混凝土表面時，如水中存在SO42-、Cl-等影響 Ca（OH）2溶解度增加的鹽基性物質，石灰的溶解度增加，混凝土碳化速度加快。

2）水灰比：水灰比小的混凝土，由于水泥漿的組織密實、透氣性小，碳化速度較慢。

3）骨料品種及級配：級配良好、大粒徑顆粒少及性能穩定，不會發生堿-骨料反應的混凝土骨料對混凝土的抗碳化性能最有利。

4）澆筑和養護質量：混凝土澆筑時，振搗不密實，養護方法不當，會導致水泥水化程度的不同，養護時間不足，會造成混凝土內部毛細孔道粗大，其表層滲透性增大，使水、空氣、侵蝕性的化學物質進入混凝土內部，加速混凝土碳化和鋼筋腐蝕。

5）拌合物礦物摻合料：在混凝土中摻入粉煤灰、礦渣、石灰石粉和硅灰等礦物摻合料，與Ca（OH）2反應，會降低混凝土的堿度，從而使混凝土抗碳化能力減弱。

另外，混凝土的碳化還與混凝土的抗凍防滲外加劑的摻量、滲透系數、附近水的更新速度、水流速度、水壓力等有密切的關系。

3 材料與方案選擇

目前水工混凝土防碳化主要采用以下兩種材料：

一是聚合物水泥基類涂料，是由丙烯酸共聚乳液或苯丙乳液、水泥、石英砂、外加劑組成的水性涂料；二是環氧類涂料，以環氧樹脂為主要成膜物質，是一種油性涂料，同時又分為溶劑型環氧涂料和無溶劑型環氧涂料，目前以無溶劑型環氧涂料為主。

從目前防碳化處理效果及使用情況分析，二者對比如下：

1）防碳化性能：兩種涂料均能滿足工程要求；2）環保要求：兩種材料均為綠色環保材料，聚合物水泥基涂料稍優；3）耐老化性能：兩種材料均能滿足要求，聚合物水泥基涂料稍優；4）黏結強度、韌性：環氧類涂料比優于聚合物水泥基涂料稍優；5）防碳化、防腐蝕效果：環氧類涂料比優于聚合物水泥基涂料稍優；6）每平方工程造價：兩者相當。

綜合考慮工程所處環境、施工條件、防碳化技術要求、火災隱患、工程造價等影響，采用HY804環丙涂層（專利材料）作為岞山橡膠壩壩墩鋼筋混凝土碳化處理的優選方案。材料檢測性能指標及要求見表1：

表1 HY801底界面劑性能指標

4 施工工藝

4.1 基層處理

采用打磨工藝對混凝土表面及剝蝕修補部位進行處理，將表面的疏松、風化、剝蝕層徹底清理干凈，露出堅硬、牢固、新鮮的混凝土基面；對于鋼筋銹蝕部位應作徹底除銹處理；用高壓水槍將表面沖洗干凈，晾曬至含水率達到技術要求。

表2 HY804有機硅環丙樹脂涂料性能指標

表3 M901丙烯酸聚氨酯面漆

4.2 材料配制

嚴格按照配合比配制，不得隨意增加稀料進行稀釋；嚴格按一次性用料量配制，隨拌隨用，充分攪拌均勻。

4.3 施工過程

混凝土表面含水率合格后，均勻涂刷1道HY801底涂界面劑；底涂界面劑表干后，依次刮涂1~2道HY804有機硅環丙樹脂涂料（根據設計厚度而定，一般大于1.2mm），各道涂層之間間隔時間以上道涂層表干為準。對于存在蜂窩、麻面、破損嚴重的部位可適當增加涂層道數；待最后一道涂料表干后，采用砂紙進行打磨，然后噴涂1道M901丙烯酸聚氨酯面漆，自然養護3d即可投入運行。

4.4 注意事項

混凝土表面含水率必須達到合格后，才能進行涂層施工；環境溫度宜在5~35℃，相對濕度不大于85%，大風、雨霧及高溫環境不宜施工。

4.5 施工成果

岞山橡膠壩及附屬設施共處理混凝土表面碳化面積2850m2，經現場聯合驗收，涂層表面光澤、顏色均勻，處理面平整、無空鼓、脫落、針眼現象，達到了預期的效果。