高腐蝕環境下混凝土碳化修復工藝研究

周偉宏

(中鐵八局集團有限公司，四川 成都 610036)

1 項目概況

阿菲尼亞姆水壩位于塞內加爾卡薩芒斯河支流比尼奧納河的下游，水壩擋住下游海水蓄積上游淡水，由擋潮閘、過船道、引河、截流壩及擋潮堤等幾部分組成。區內年平均氣溫29 ℃，最高氣溫47.4 ℃，最低氣溫13 ℃；11月～次年6月為旱季，7月～10月為雨季。水壩所在河水為高礦化度咸水，對混凝土具強腐蝕性，水質分析成果如表1所示。

表1 水質分析成果表

阿菲尼亞姆水壩受海水等侵蝕影響，造成混凝土嚴重的碳化，經過現場測定，擋潮閘閘墩、工作橋排架柱、翼墻、護坡及過船道壩頂底板混凝土碳化深度值在3.0 mm～3.5 mm之間；擋潮閘閘墩、護坡水位變化區混凝土碳化深度值在1.0 mm～2.0 mm之間；過船道軌道梁及上下游邊墻碳化深度值在6.0 mm～6.5 mm之間。阿菲尼亞姆水壩現階段雖仍發揮著作用，但功能及可靠性降低，亟需進行修繕工作，恢復原有設計功能。

2 混凝土碳化修復方案

2.1 混凝土碳化修復總體方案

針對阿菲尼亞姆水壩具體部位混凝土碳化不同情況制定不同修復方案進行修復加固，修復方案考慮以下幾方面：1)水位變動區以上混凝土結構，最大碳化深度均小于10 mm，對于局部破損部位，采用聚合物砂漿修補，對混凝土表面采用高壓水槍沖洗后，涂刷防腐防碳化涂層。2)閘墩、翼墻、護坡水位變化區及以下區域以及過船道邊墻、底板、軌道梁混凝土大面積侵蝕剝落，石子裸露，侵蝕剝落深度普遍達1 cm～2 cm，局部達4 cm～6 cm。對這些部位的混凝土需要采用聚合物砂漿進行修復，然后涂刷防腐防碳化涂層。

2.2 聚合物砂漿修補

擬修復部位首先采用高壓水槍沖洗干凈，局部采取人工鑿毛至新鮮混凝土面，根據現場情況，必要時涂刷聚合物界面劑(采用聚合物防水乳液與水調和而成，聚合物防水乳液與水質量比為3∶7)，然后采用聚合物砂漿修補找平。修補用聚合物砂漿采用聚合物防水乳液、水泥、砂、水調制而成，參考配比如表2所示。

表2 聚合物砂漿參考配比 kg

聚合物砂漿用砂要求外觀干燥，細度0.84 mm，水泥采用P.O42.5；聚合物防水乳液黏結強度不小于1 MPa，抗滲水不小于0.5 MPa。

2.3 混凝土面防腐防碳化涂層

對擋潮閘閘墩、底板、翼墻、過船道邊墻、底板、軌道梁以及老混凝土護坡進行表面防腐防碳化處理，采用耐海水聚合物涂料進行。采用聚合物砂漿修復部位，需完成修補后再進行耐海水聚合物涂料防護。耐海水聚合物涂料各項指標需要滿足要求，即初凝不小于30 min，終凝不大于360 min；凈漿7 d抗壓強度不小于13 MPa，凈漿7 d抗折強度不小于4 MPa；黏結力不小于1.2 MPa；涂層7 d抗滲壓力不小于0.4 MPa，同時要耐堿、耐高溫。

3 混凝土碳化修復工藝

3.1 混凝土碳化修復施工處理工藝流程

在高腐蝕環境下混凝土受侵蝕碳化處理工藝流程如圖1所示。

3.2 混凝土碳化修復施工處理工藝

1)基面高壓水沖洗工藝。

確保混凝土基面處理的質量是保證混凝土修復質量的基礎，對高壓水沖洗結構混凝土基面碳化層的清理程度、基面質量進行認真的研究。現場針對水壩不同結構不同部位混凝土碳化程度差異，采用博赫爾高壓洗車機1.6 kW和2.6 kW進行沖洗對比，兩款沖洗機沖洗效果均能滿足，對比情況如表3所示。

表3 博赫爾1.6 kW和2.6 kW全自動高壓沖洗機沖洗效果對比

2)施工配合比優化。

聚合物砂漿質量配合比選配：聚合物防水乳液∶水泥∶砂∶水=7∶60∶120∶20。施工階段均為非洲旱季，影響聚合物砂漿施工性能主要為每天氣溫以及早、中、晚氣溫差異，并影響現場施工工藝適用性及砂漿防裂性。

現場施工配合比用水量調整需考慮細砂含水量、拌和溫度、施工作業面溫度、終凝前環境溫度等，不考慮細砂含水量影響，對環境溫度施工用水量調整量見表4。

表4 環境溫度施工用水量調整量

3)界面劑噴涂工藝。

界面劑采用聚合物防水乳液與水質量比為3∶7調和而成，現場工藝性試驗對界面劑涂刷質量進行檢驗，由于混凝土修復工作面凹凸不平，低凹處容易漏涂，改進采用噴涂工藝，界面劑噴涂均勻，質量好，效率高。

4)砂漿抹面工藝。

根據現場工藝性試驗砂漿抹面質量檢驗情況，由于混凝土修復工作面凹凸不平，聚合物砂漿修補厚度不一，修補較厚的一次抹面修補到位，底部出現與混凝土基面接觸不密貼、空鼓等質量問題。經對施工工藝進行改進，采用分層抹灰一次成型砂漿抹面修補工藝，即對同一部位砂漿修補必須采用分層抹灰，每層厚度不超過1 cm，分層抹灰可以保證每層抹灰密貼緊實，同時分層抹灰一次成型，避免層間產生冷縫，保證砂漿抹面施工質量。

5)砂漿保濕養護。

通過工藝性試驗，砂漿初凝后終凝前采用噴霧養護，終凝后采用土工布覆蓋灑水養護，土工布覆蓋保濕效果較好，在30 ℃高溫環境，保濕時間不低于2 h。

6)防腐防碳化涂層。

防腐防碳化涂層采用滾涂方式進行施工，分底涂層和面涂層，涂層厚度采用單位面積核定涂料用量進行保證，底涂層3遍～4遍、面涂層2遍，涂刷時輥軸向一個方向涂刷，禁止來回滾涂。

4 碳化混凝土修復施工

4.1 混凝土基面處理

1)混凝土表面打磨沖洗。首先清除混凝土結構表面淤泥并沖洗干凈。斜面混凝土直接沖洗，立面混凝土需搭設雙排鋼管腳手架進行沖洗[1]。護坡混凝土表面沖洗：在抽水時，一邊抽水一邊用高壓泵沖洗混凝土表面。立面混凝土表面沖洗：抽水完成后，在距離閘墩、翼墻30 cm搭設雙排鋼管腳手架，從上向下進行立面混凝土表面沖洗。沖洗干凈后，對混凝土表面附著物進行打磨沖洗，沖洗時應反復多次進行，確保混凝土面干凈無松動。

2)既有泄水孔疏通與保護。將既有泄水孔全部清理疏通，人工清除孔內堵塞的泥沙，確保排水孔暢通。泄水孔清理的泥沙不能留在坡面上，應同混凝土表面一起沖洗干凈。為避免泄水孔在后期加固修復時被砂漿或涂層堵塞，在清理疏通既有泄水孔后，采用彩條布打卷堵住泄水孔，彩條布卷頂面略高出修復后的坡頂面，方便后期拔出。

3)高壓淡水沖洗。混凝土表面經過前期打磨沖洗后，表面基本干凈無雜物，再用高壓淡水對混凝土表面進行沖洗，將局部松散易脫砂石等全部沖洗干凈。

4)混凝土局部破損修復加固。對混凝土沖洗干凈后，全面檢查混凝土破損情況，對破損混凝土進行標記。對破損混凝土進行鑿除，清理干凈，對背部土體進行夯實加固，重新鋪設墻背反濾層，對嵌補周邊混凝土結合面涂刷界面劑，澆筑耐腐蝕C40混凝土[2]。

4.2 聚合物砂漿修補施工

1)聚合物砂漿拌制。聚合物砂漿采用聚合物防水乳液、水泥、砂、水調制而成，結合生產廠家推薦配比進行現場調配和試驗性施工，對不同天氣情況下基面情況的用水量進行微量調整。聚合物砂漿拌制采用J350型滾筒式砂漿拌合機拌合,拌合進度結合施工快慢進行，保證隨拌隨用，在出倉時間30 min內用完。

2)聚合物砂漿運輸。聚合物砂漿運輸采用人力小車運輸到施工工作面，轉運的人力小車和人員鞋底應提前清洗干凈，以免污染工作面。

3)修補前基面濕潤及噴涂界面劑。基面提前采用淡水灑淋濕潤，根據天氣情況確定提前時間，達到修補時基面濕潤晾干無明水狀態。砂漿修補前噴涂界面劑，界面劑采用聚合物防水乳液與水按照3∶7的配比(質量比)調和而成，噴涂界面劑時基面應濕潤無明水，太干燥和有明水時均不適宜噴涂界面劑。

4)聚合物砂漿修補。聚合物砂漿通過人工抹灰方式進行抹面修補，采用人工分層抹灰一次成型方式。聚合物砂漿攤鋪到混凝土結構面時，用力將第一層砂漿涂抹攤鋪開，使聚合物砂漿與混凝土基面充分密貼緊實無空鼓，再進行第二層砂漿抹灰，表面用鋁合金尺枋反復找補平整，最后人工抹面收光。

5)養護。聚合物砂漿采用淡水進行養護，噴霧和覆蓋保濕模式進行。砂漿初凝前進行噴霧保濕養護，當砂漿初凝后，立即覆蓋土工布灑水保濕養護。安排專人進行養護，使聚合物砂漿養護期內保持濕潤狀態。對于閘墩、翼墻立面結構，設置專人采用高壓泵進行噴霧養護，使聚合物砂漿養護期內保持濕潤狀態。

4.3 混凝土防腐防碳化涂層施工

1)基面處理。清除混凝土浮灰、油漆、油污情況，對疏松面予以鏟除，再用淡水沖洗干凈；檢查有無滲漏水情況，對局部滲漏水進行堵漏處理；麻面、孔洞處理情況，提前采用聚合物砂漿嵌平，用抹布之類織物將表面露水擦干方可施工。

2)涂層涂料配制。底涂料配制按比例將B組分粉料(必須預先過篩)慢慢加入A組分乳液中，邊加邊攪拌，攪拌速度不宜太快，B組分粉料可視黏度在規定范圍選擇加量，不得隨意加水稀釋，必須按配比嚴格配制。底涂料每次配制數量不宜太多，隨配隨用，一般在1.5 h左右用完，間隔時間太長會發生漿料凝結增厚而無法使用。施工時底料配制應結合施工面積、工人數量、施工速度進行綜合考慮，桶內余物必須在每次用完后清除干凈。根據氣溫、空氣的濕度和混凝土表面潮濕程度，A，B組分的配比可適當調整，一般A與B質量比為1∶1.8～1∶2.2，以使底涂料的黏度既適于不同施工環境，又不會過早的凝結。

3)底涂層施工。底涂層分3層～4層施工，后一層必須在前一層涂層材料干燥不粘手后進行；底涂層按區塊進行施工，每區塊一次施工完畢，自然養護2 h左右，以表面結硬成膜不脫粉為準，并經檢查合格后，再進行下一層施工。

涂層施工方法可以采用滾涂、刷涂。每涂層應涂刷均勻，上下涂層涂刷方向相互垂直，以防漏涂，特殊部位可增加涂層次數。滾涂適合于大面積涂層，施工效率高，質量亦好；刷涂方法較慢，適宜難以施工的區域，如拐角處等部位刷涂，或小面積施工。對于立面、斜面和底部，一次涂層厚度要薄，防止流淌。

4)面涂層施工。底涂層完成驗收合格后，進行面涂層施工，面涂層涂刷采用滾涂方式。施工時滾刷速度不能太快，以免產生大量氣泡，同時防止滾刷時涂料在壁面流掛。在滾刷面涂料時，必須注意施工現場的濕度，以免影響涂料的成膜效果[3-4]。

5)涂層養護。面涂層施工完成后自然養護5 d及以上方能正式使用，在涂層養護期內不得對涂層進行重壓、沖擊以及在水中浸泡。

5 結語

混凝土結構長期在高腐蝕環境下，混凝土碳化問題較為普遍，及時對碳化混凝土進行修復非常重要。在混凝土修復前須認真分析混凝土碳化對結構功能和使用安全方面的影響，根據分析結果制定可行的修復方案至關重要，直接影響修復效果[5]。在施工過程中要對施工工藝的可靠性進行驗證，及時發現施工工藝上的不足和重點卡控環節，在大面積施工中優化施工工藝并做好質量卡控。本文提及的混凝土碳化修復工藝在項目實施過程中取得了比較理想的效果，可為今后類似工程項目混凝土碳化修復提供參考。