SA 改性水泥砂浆在水工混凝土表面腐蚀修补中的应用

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[摘　要] 　SA 改性水泥砂浆具有优异的粘结、抗冻、防渗、防腐、抗氯离子渗透、耐磨、耐老化、耐化学介质腐蚀等性能，是一种新型的混凝土表面修补护面材料。通过在江苏省淮海农场红星闸小型枢纽工程腐蚀修补中的应用，达到了预期的设计要求，获得良好的效果。本文介绍了SA 改性水泥砂浆施工方法。可供同类工程设计、施工参考。

[关键词] 　SA 改性水泥砂浆； 　混凝土碳化； 　钢筋锈蚀； 　修补； 　施工方法

SA 改性水泥砂浆是将SA 水泥改性剂按一定的比例加入水泥砂浆中配制的，具有优异的粘结、抗冻、防渗、防腐、抗氯离子渗透、耐磨、耐老化、耐化学介质腐蚀等性能。与传统的聚合物水泥砂浆(如环氧砂浆) 相比，不仅成本低，而且施工方便，可人工涂抹，也可机械喷涂，并适合潮湿面粉刷。无毒并与基础混凝土温度适应性好，耐老化性强与基础混凝土粘结牢固，不脱落，不开裂(环氧砂浆易脱落) 。所采用的SA 水泥改性剂是东南大学材料系在已有产品丙烯酸脂共聚乳胶的基础上改性开发的一种新型水泥改性剂，它的特点在于硬单体中除了甲基丙烯酸甲脂之外，还引进了性能优良的苯乙烯，由于苯乙烯在其聚合体系中的聚合速度较低，因此苯乙烯留在颗粒表面，形成了外硬内软的胶粒，致使该乳胶脱水固化后，既有较大的变形，又有较高的强度和粘结力。

1 　工程概况

江苏省淮海农场红星闸小型枢纽工程位于淮河下游，东临黄海，由节制闸、排涝泵站和公路桥组成。该工程1983 年建成投入运行。节制闸共4 孔，每孔净跨316m ，闸门为钢筋混凝土板梁式直升门，排涝泵站设有32ZLB - 125 型轴流泵2 台套， 固定装机容量为160kW ，节制闸上设有汽- 15 级公路桥，桥面净宽大615m ，桥总长3618m。为了解整个红星闸枢纽工程混凝土碳化及钢筋锈蚀情况，江苏省淮海农场建设规划办公室水利技术人员分别于1992 年12 月、2000 年6 月两次对该闸的混凝土碳化深度及钢筋锈蚀情况进行了全面的检测，并以回弹仪测验了该闸的混凝土强度，用酚酞试液测验了其碳化深度。从两次检查结果来看，1994 年红星闸混凝土明显碳化及严重碳化的占总表面积的65 % ，而2000 年检测发现，红星闸整个混凝土普遍碳化严重，碳化达面积100 % ，80 %以上的钢筋混凝土立柱发生了顺筋裂缝，严重部位混凝土保护层开始剥落、钢筋锈蚀。最大混凝土碳化深度达5815mm ，锈蚀后的钢筋截面损失率达10 %以上。有些部位混凝土表面虽未出现裂缝， 但经打开混凝土后，发现混凝土内的钢筋表面已有锈斑，只因时间关系，锈蚀产物的体积膨胀暂时尚未构成混凝土保护层的威胁而已，只要外界条件合适，随时都会产生钢筋锈蚀现象。更为严重的是节制闸钢筋混凝土闸门，因长期受环境介质的侵蚀，整个闸门混凝土早已被剥去一层“皮”，连坚硬的混凝土粗骨料石灰石也已外凸约10mm 左右，产生严重风化，到了报废的程度。

2 　腐蚀原因分析

2.1 　水质与空气的严重污染侵蚀了钢筋混凝土

众所周知，大气中的CO2 在一定的条件下，会与钢筋混凝土中的Ca (OH) 2 作用生成CaCO3 ，随着这种作用的不断发生， 将会逐渐降低混凝土孔隙液的碱度，当混凝土孔隙液中的碱度降低到一定值时，原先在高碱度条件下，才在钢筋表面形成的对钢筋起保护作用的钝化膜将被破坏，从而使钢筋失去保护膜，此时当空气、水等进入混凝土内部时，钢筋将产生锈蚀，一旦钢筋锈蚀，就将出现体积膨胀，膨胀量在2～4 倍左右，此时混凝土中产生很大的膨胀应力而混凝土把保护层胀裂，形成顺筋裂缝，继而出现保护层崩落，露筋以及钢筋断面严重削弱，甚至使构件失去承载能力而引起整个结构物损毁。另外，由于上游的滨海造纸厂、化肥厂等厂矿污水的排放，造成河水污染，每逢枯水季节，水质又黑又臭，加速了混凝土的碳化。

2.2 　混凝土均质性较差

据当时施工记录和参加施工的设计人员、施工人员回忆， 当时为了节约材料，盲目提高水灰比，以达到节约水泥，降低成本的目的。如节制闸后墙C20混凝土，设计配合比1m3 混凝土水泥用量为342kg ，而实际施工1m3 混凝土水泥用量为240kg ， 少用了102kg 水泥。由此造成了混凝土的密实性、抗污性能、抗冻性能大大降低，从而加速了混凝土的碳化。

2.3 　在运行管理方面维修工作滞后

水工混凝土建筑及时进行维修对提高建筑物寿命的意义极大，然而红星闸由于经费不足，人力有限及其它原因，虽然对工程碳化较严重的部位作了局部处理，但每次都是头痛医头， 脚痛医脚，问题严重的部位没有进行全面处理，无法从根本上解决工程安全问题，致使混凝土碳化及钢筋锈蚀加剧，增加了以后加固处理的难度。

3 　施工方法

3.1 　SA改性水泥砂浆施工配合比( 见表1)

3.2 　SA改性水泥砂浆的施工方法

(1) 使用风动铲及风动刷清除施工面污染及疏松混凝土， 并用高压水枪冲洗干净，保证施工面处于饱水状态，但不得积水。

(2) 使用挤压式灰浆泵喷射一遍SA 改性水泥净浆(厚约3mm) 打底。

(3) 在净浆未硬化前分两遍喷射SA 改性水泥砂浆(20mm 厚) 并及时进行人工抹平，抹灰时不宜来回多次抹，应沿一个方向抹平，不需第二次收光。

(4) SA 改性水泥砂浆表面略干后，宜用喷雾器养护24h 后，再洒水养护7d ，阳光直射部位或风口部位注意遮阳保湿。

3.3 　SA改性抗冲耐磨水泥砂浆施工方法

(1) 拌合时可先将水泥、砂、水、SA 改性剂在搅拌机内均匀拌合后，再加入纤维网，搅拌时间长短以纤维能在砂浆中均匀分布为度，一般3min～5min。

(2) 砂浆拌好后应立即进行喷射施工，间隔时间不得超过30min。

(3) 所有施工机具在施工前均应清洗干净。

3.4 　由于碳化造成钢筋锈蚀的混凝土加固处理方法

首先凿除碳化层直至钢筋外露，消除混凝土深度至少超过钢筋20mm ，锈蚀的钢筋使用除锈器彻底除锈。对于钢筋锈蚀严重有效面积减少，应增焊相应面积钢筋补强，此时混凝土清除范围应考虑增焊钢筋的搭接长度。也可根据补强构件的不同部位(如节制闸的钢筋混凝土立柱) 采用粘钢加固或采用加固法。除锈加强后，对混凝土损伤部位采用比原强度等级高一级的SA 改性混凝土进行修补，修补后表面再采用SA 改性水泥砂浆进行封闭处理。

4 　结语

SA 改性水泥砂浆作为一种新型的性能优异且价廉混凝土表面的修补护面材料，通过在江苏省淮海农场红星闸小型枢纽工程腐蚀修复及国内多项工程中的应用，获得良好的效果。根据SA 改性水泥砂浆与普通水泥砂浆施工现场取样性能对比试验：抗压强度提高5 %；抗拉强度提高32 %；与老混凝土粘结强度提高6.5 倍；与钢板粘结强度从无提高到1.25MPa ；干缩变形从0.12 %减少到0.06 % ，抗渗能力提高2 倍；抗碳化能力提高3.2 倍，达到了预期的设计要求，可供同类工程设计、施工参考。

[作者简介] 　张文渊(1965 - ) ，男，汉族，博士，高级工程师，国家注册监理工程师、现主要从事水利与建筑工程的规划设计、技术管理及应用研究和工程建设监理等工作。

[单位地址] 　江苏省淮安市利苑新村1 区17 幢403 室(223001)

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