不同表面涂層對(duì)管樁混凝土耐久性的提升研究

高 超、宋冰泉、王毓晉、周永祥、王 晶、夏京亮

(1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.國(guó)家建筑工程技術(shù)研究中心，北京 100013；3.寧波交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，寧波 315200)

預(yù)制混凝土管樁具有質(zhì)量好、施工快、工程地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高層建筑、港口、橋梁等基礎(chǔ)工程[1]。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁采用常壓蒸養(yǎng)后再高壓蒸養(yǎng)的生產(chǎn)工藝[2]，由于高壓蒸養(yǎng)能耗高，導(dǎo)致管樁混凝土脆性大、耐久性能不良等特點(diǎn)，現(xiàn)已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槊鈮赫羯a(chǎn)工藝，常壓蒸養(yǎng)管樁混凝土具有能耗低、高耐久性的優(yōu)勢(shì)[3]，有利于混凝土管樁的推廣使用，但是常壓蒸養(yǎng)也會(huì)造成其大于200 nm的有害孔比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)養(yǎng)[4]，致使管樁混凝土的耐久性能受到一定的影響。另一方面，管樁混凝土應(yīng)用于基礎(chǔ)工程時(shí)，會(huì)面臨嚴(yán)酷的凍融環(huán)境、海洋和除冰鹽等氯化物環(huán)境、硫酸鹽等化學(xué)腐蝕環(huán)境[5,6]，因此對(duì)壓蒸和免壓蒸管樁混凝土的耐久性提出了更高的技術(shù)要求。趙鐵軍等[7-15]研究表明表面涂層對(duì)混凝土的耐久性能具有顯著的提升作用，但上述研究均針對(duì)現(xiàn)澆、中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土進(jìn)行的研究。該研究采用聚合物防水砂漿、水劑型環(huán)氧樹脂、硅烷和丙烯酸酯涂料4種不同的表面涂層對(duì)管樁混凝土進(jìn)行表面涂層處理，研究進(jìn)行表面涂層處理對(duì)管樁混凝土的抗氯離子滲透性能、抗硫酸鹽侵蝕性能和抗凍性能的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

1)膠凝材料：金隅PO52.5水泥，3 d抗壓強(qiáng)度32.5 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度60.7 MPa；Ⅱ級(jí)粉煤灰，燒失量2.1%，45 μm篩篩余18%，需水量比98%；S95級(jí)礦渣粉，7 d活性指數(shù) 78%，28 d活性指數(shù)97%，流動(dòng)度比98%；硅灰：SiO2含量為91%，需水量比115%，活性指數(shù)111%。

2)骨料：5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石；機(jī)制砂，Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，石粉含量5.7%，MB值0.8。

3)減水劑：聚羧酸系高性能減水劑，減水率32%。

4)水：自來水。

1.2 配合比及強(qiáng)度

C80管樁混凝土配合比及蒸養(yǎng)強(qiáng)度見表1，管樁混凝土的蒸養(yǎng)制度：混凝土成型之后帶模養(yǎng)護(hù)，在40 ℃下放置3 h，然后在80 ℃下蒸養(yǎng)5 h，自然冷卻后拆模標(biāo)養(yǎng)至28 d進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 C80管樁混凝土配合比及蒸養(yǎng)強(qiáng)度

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用4種表面涂層防護(hù)材料進(jìn)行研究，分別為聚合物防水砂漿(編號(hào)JS)、水劑型環(huán)氧樹脂(編號(hào)HY)、硅烷(編號(hào)GW)和丙烯酸酯涂料(編號(hào)BZ)，均按照使用說明進(jìn)行涂刷。水泥基防護(hù)涂料在混凝土試件表面涂刷一層水泥基防水砂漿，施工后放置24 h進(jìn)行試驗(yàn)；水劑型環(huán)氧樹脂首先在混凝土試件表面涂刷一層底漆，放置24 h后再涂刷一層面漆，靜置24 h后進(jìn)行試驗(yàn)；硅烷涂刷時(shí)采用連續(xù)涂刷，使各被涂表面至少有5 s保持濕潤(rùn)；丙烯酸酯在混凝土試件表面涂刷兩層，第一層與第二層的涂刷方向垂直，待第一層硬化之后再進(jìn)行第二層的涂刷。

抗氯離子滲透、抗凍、抗硫酸鹽侵蝕性能按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082中的規(guī)定進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗氯離子滲透性能

管樁混凝土進(jìn)行表面涂層防護(hù)前后電通量和氯離子遷移系數(shù)的變化如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知，管樁混凝土的抗氯離子滲透性能已較好，電通量數(shù)值僅為309 C，氯離子遷移系數(shù)為0.69×10-12m2/s。4種不同表面涂層對(duì)管樁混凝土的提升作用顯著不同：聚合物防水砂漿對(duì)管樁混凝土的抗氯離子滲透性能的影響較小；水劑型環(huán)氧樹脂顯著提升了管樁混凝土的抗氯離子滲透性能，電通量和氯離子遷移系數(shù)分別降低了45%、60%；硅烷對(duì)管樁混凝土的抗氯離子滲透性能有一定的提升效果，電通量和氯離子滲透系數(shù)分別降低了20%、36%；丙烯酸酯涂料也顯著提升了管樁混凝土的抗氯離子滲透性能，電通量和氯離子遷移系數(shù)分別降低了29%、69%。

2.2 抗凍性能

管樁混凝土進(jìn)行表面涂層防護(hù)前后抗凍性能的變化如圖3、表2所示。由圖3和表2可知，管樁混凝土的抗凍性能優(yōu)異，抗凍等級(jí)已達(dá)到F350。4種不同表面涂層對(duì)管樁混凝土抗凍性能均有提升作用：聚合物防水砂漿使管樁混凝土的抗凍等級(jí)提升至F375，硅烷、水劑型環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯涂料對(duì)管樁混凝土的抗凍等級(jí)提升效果更為顯著，分別達(dá)到F450、 F475、F475。由表2可見：管樁混凝土和四種不同表面涂層后在歷經(jīng)500次凍融循環(huán)試驗(yàn)過程中試件的質(zhì)量變化均很小，圖4也可看出管樁混凝土試件經(jīng)凍融循環(huán)后的外觀形貌基本完好，丙烯酸酯涂料略有起皮現(xiàn)象。

表2 表面涂層對(duì)管樁混凝土凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率的影響

2.3 抗硫酸鹽侵蝕性能

管樁混凝土進(jìn)行表面涂層防護(hù)前后抗硫酸鹽侵蝕性能的變化如圖5所示。可知：管樁混凝土在經(jīng)歷120次硫酸鹽干濕循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)卻高于100%，這主要是由于硫酸鹽干濕循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的干燥過程為高溫烘干，溫度效應(yīng)提高了混凝土強(qiáng)度[16]。隨著硫酸鹽干濕循環(huán)次數(shù)的持續(xù)增加，管樁混凝土和不同表面涂層的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)均逐漸降低，管樁混凝土的硫酸鹽干濕循環(huán)180次時(shí)耐蝕系數(shù)降低至95%，4種不同表面涂層對(duì)管樁混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的提升作用顯著不同。聚合物防水砂漿對(duì)管樁混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響較小；丙烯酸酯涂料對(duì)管樁混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的提升效果較為明顯，硫酸鹽干濕循環(huán)180次時(shí)耐蝕系數(shù)提升至105%；水劑型環(huán)氧樹脂和硅烷的提升效果更加優(yōu)異，硫酸鹽干濕循環(huán)180次時(shí)耐蝕系數(shù)分別提升至112%、110%。進(jìn)行硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)180次循環(huán)之后，4種防護(hù)材料均未出現(xiàn)破壞情況，涂層外觀良好，如圖6所示。

3 結(jié) 論

a.水劑型環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯涂料能顯著提高管樁混凝土表層的密實(shí)性，提高其抗氯離子滲透性能，硅烷也有一定的提升作用，聚合物防水砂漿基本沒有提升作用。

b.水劑型環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯涂料、硅烷能顯著提高管樁混凝土的抗凍性能，將其抗凍等級(jí)由F350分別提升至F475、F475、F450；聚合物防水砂漿的提升作用較弱，將其抗凍等級(jí)提高至F375。

c.水劑型環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯涂料、硅烷能顯著提高管樁混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，將其硫酸鹽干濕循環(huán)180次時(shí)耐蝕系由95%分別提升至112%、105%、110%；聚合物防水砂漿對(duì)其抗硫酸鹽侵蝕性能的影響較弱。

d.綜合表面涂層對(duì)管樁混凝土耐久性的影響，水劑型環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯涂料、硅烷均能顯著提升管樁混凝土的耐久性。