混凝土無機修護體系材料的試驗研究

【摘 " "要】：針對鋼筋混凝土腐蝕缺陷，研制出一系列以水泥為主要基材的無機修護材料，該系列材料集修復、防裂、防水、裝飾、環保等多功能于一體，使修補后的混凝土與原結構形成完整的一體。

【關鍵詞】：抗氯離子腐蝕；混凝土；無機修護材料

【中圖分類號】：TU528 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2024）05-50-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.05.014

Experimental Study on Materials of Concrete Inorganic Repairing System

DONG Hao， LIN Rui

（Tianjin Research Institute of Building Science Co.Ltd.，Tianjin 300193，China）

【Abstract】： In view of the corrosion defects of reinforced concrete， and developed a series of inorganic protective materials with cement as the main substrate. This series of materials integrates the functions of repair， crack prevention， waterproof， decoration and environmental protection， so that the repaired concrete and the original structure forms a complete unit.

【Key words】： resistance to chloride ion corrosion；concrete；inorganic protective materials

作為21世紀最主要工程結構形式之一的混凝土結構[1]，已經由于各種各樣的耐久性原因出現達不到預定使用年限而提前失效的情況[2]。1959年落成的人民大會堂在20世紀80年代曾進行小修，但是到20世紀90年代中期由于建造初期使用氯鹽作為防凍劑，造成梁柱為主的鋼筋腐蝕嚴重，就又進行了大修[3]。我國鋼筋混凝土結構維修通常先采用砂漿修補，然后使用有機涂料對其進行保護與涂飾。相較其他措施，涂料防護具有施工簡單、成本較低、適用性廣等特點[4]；但也存在耐久性差、抗凍性差、抗裂性能差、抗污染能力差、色彩持久能力差、費用較高等缺點。無機修護材料因與基體混凝土的組成基本相同、彈性模量基本一致，相對于有機涂料具有較高的耐久性且能與基體混凝土形成統一的整體，不影響美觀；但是，無機修護材料的防水性比有機材料差，導致其抗防腐蝕性差。本文針對鋼筋混凝土腐蝕缺陷，研制出一系列以水泥為主要基材，集修復、防裂、防水、裝飾、環保等多功能于一體的無機修護材料。

1 基底材料的試驗研究

基底材料（頂立面修護材料）以抗壓強度和黏結強度為力學性能的主要指標，以抗氯離子滲透性、體積穩定性及抗凍融性能為耐久性能的主要指標。

1.1 力學性能試驗

1.1.1 膠砂比對修補系統性能的影響

水泥為駱駝牌42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，骨料為40～70目石英砂，水膠比為0.5，選擇了4種膠砂比。見表1。

試驗結果表明：隨著膠凝材料占比減少，黏聚性減弱，擴展度較小，流動性變差，但抗壓強度基本不變，其中L-2的黏結強度較高且拌和物狀態較好，因此選擇1∶1.5的膠砂比作為基礎配比。

1.1.2 骨料對修補材料性能的影響

為了提高修補材料的黏結強度和黏聚性，在膠砂比為1∶1.5的拌和物中加入細砂。見表2。

試驗結果表明：如果完全用細砂取代40～70目石英砂，則需水量增大，無流動性；因此需選用細砂部分取代40～70目石英砂。加入細砂后的材料L-9黏聚性和黏結強度都有所提高，但抗壓強度有所下降；另外，雖然L-9的擴展度為145 mm，但由于有流動度，在墻面和頂面無法施工，因此為了提高其抗壓強度和進一步提高其黏結強度，選用外加劑來提高性能。

1.1.3 外加劑對修補材料性能的影響

根據調研情況及以往經驗，添加可再分散乳膠粉0520和飽水增稠材料HP可提高砂漿的黏結強度及抗壓強度，因此在L-9的配比中摻加這兩種材料。見表3。

試驗結果表明：加入0520和HP能夠降低水膠比，提高砂漿的黏結性和施工性；隨著0520摻量的增加，黏結抗拉強度也提高，但摻量超過2%后抗壓強度不增反降，因此0520的最佳摻量為2%；隨著HP摻量的增加，黏結抗拉強度也提高，但施工性隨摻量的增加變差，雖然不流掛，但粘施工工具，不易施工，因此HP的最佳摻量為0.04%， L-11為最佳配比。

1.2 耐久性試驗

耐久性主要包括抗氯離子滲透性、體積穩定性及凍融后黏結性等性能，通過添加不同膠凝材料等粉料，改善耐久性。根據調研及以往經驗，防水填充材料G粉細度大，能夠提高砂漿的防水性能；礦物外加劑為全球狀具有連續級配的超細粉料，能夠改善砂漿的和易性和微觀孔結構，因此在L-11的配比中摻加這兩種材料。見表4和表5。

試驗結果表明：摻六九普硅水泥的基底材料擴展度小于摻駱駝普硅水泥的。加入礦物外加劑后能夠增加基底材料的擴展度及流變性能，因此礦物外加劑的摻量不能過多；由于G粉細度很大，影響基底材料的用水量，因此也不宜多摻。引入G粉和礦物外加劑后，基底材料的氯離子滲透性由中等降為低等，凍融黏結強度提高，體積穩定性較好。其中配比L-18試驗效果最好。見表6。

試驗結果表明：L-18具有良好的黏結強度和抗壓強度，抗氯離子滲透能力較強、抗凍融性好、體積穩定性強，可作為基底材料的基礎配比。

2 過渡層（黏結層）材料試驗

過渡層即黏結層，旨在提高基底材料與面層材料黏結性；因此要求過渡層表面粗糙且黏結強度高（不掉粉及砂）。

采用含有25%增硬填充材料SW-200、20%防水填充材料G粉、55%普通硅酸鹽水泥，膠砂比9∶5的膠凝材料，通過調整0520和砂的摻量來提高其黏結強度。見表7。

試驗結果表明：G-1到G-4隨著0520摻量增加黏結強度也增加，但當摻量超過1.5%時黏結強度變化不大；加入石英砂的過渡層硬化后其表面過粗糙，40～70目和70～100目石英砂不能提高過渡層的表面硬度，出現掉砂的情況，而增硬填充材料SW-200能夠提高過渡層的黏結強度，避免掉砂情況出現，便于下一層施工。

3 面層材料試驗

面層材料是用于混凝土表面修護的最后一層材料，是防護系統的主要材料，旨在防止主體混凝土再次受到環境破壞，使結構美觀、顏色一致，這就要求材料硬化后表面強度較高、耐水性強、不易被風吹、日曬、雨淋等侵蝕，整體顏色均勻、可調或與主體顏色一致。

3.1 硬化時間和黏結強度試驗

面層材料不僅應使混凝土材料更美觀，而且還要具有一定的強度和耐久性。由于環境因素（冬季室外施工溫度較低、風速大）和材料功能（面層材料需輥涂于過渡層之上，因此其厚度非常薄，約1 mm左右）等限制，普通硅酸鹽水泥配制的面層材料表面失水快，不能滿足黏結強度要求。選用快硬水泥來取代部分普硅水泥進行試驗，通過調整凝結時間來檢驗表面是否掉粉。見表8。

試驗結果表明：加入快硬水泥后能夠縮短凝結時間，改善掉粉狀況。

與M-2相比，M-3和M-4加入快硬水泥量多，但不能改善掉粉情況且快硬水泥顏色發黃，不利于美觀，因此選擇M-2為基礎配比，并用0520取代108膠來提高黏結強度；另外，為方便冬季施工，凍融后的黏結強度也考慮其中。見表9。

試驗結果表明：加入0520后能夠提高黏結強度，改善掉粉狀況，摻量為1%時已經具有較高的黏結強度和凍融黏結強度。因此M-6為最佳配比。

3.2 面層材料的耐水性試驗

面層材料的耐久性主要體現在耐水性方面，不能由于雨水等沖刷而失效。通過添加防水填充材料G粉來提高其耐水性。按照JG/T 157—2009《建筑外墻用膩子》試驗方法進行耐水性試驗。見表10。

試驗結果表明：G粉可提高面層材料的耐水性，但也延長了凝結時間，因此摻量不宜過多。M-9既具有較高的黏結強度和較好的抗凍融性，又不掉粉且具有較好的耐水性。

4 結論

通過調整功能材料的試驗，研制以水泥為主要基材的無機修護材料系列產品，該系列材料集修復、防裂、防水、裝飾、環保等多功能于一體，使修補后的混凝土與原結構形成完整的一體。

1）通過調整功能材料的配合比提高基底材料的抗壓強度、黏結強度、抗氯離子滲透能力、抗凍融性、體積穩定性。

2）通過調整膠凝材料和骨料的配合比，提高過渡層材料的黏結強度。

3）通過調整功能材料的配合比，調整面層材料的凝結時間，提高黏結強度、抗凍性和耐水性。

參考文獻：

[1]戴 " "勝.越江盾構隧道耐久性分析與評估體系研究[D].上海：同濟大學，2008.

[2]周翠玲，劉經強.混凝土結構耐久性的研究現狀與進展[J] .山東農業大學學報（自然科學版），2010，41（3）：447-450.

[3]田冠飛.氯離子環境中鋼筋混凝土結構耐久性與可靠性研究[D].北京：清華大學，2006.

[4]齊玉宏，張國梁，池金鋒，等.混凝土防腐涂料的研究進展[J].涂料工業，2018，48（11）：63-71+78.