混凝土多重防腐蝕附加措施研究

胡明凱，朱炳喜

（江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 揚州 225002）

水工混凝土受碳化、凍融、氯離子侵蝕、化學(xué)侵蝕等劣化作用，導(dǎo)致鋼筋銹蝕、混凝土剝蝕破壞，水下部位混凝土還有沖蝕、磨蝕等問題。因此使用混凝土耐久性基本措施與附加措施至關(guān)重要?；敬胧樵O(shè)置合理的保護層厚度，最大限度地降低混凝土的滲透性，提高混凝土密實性，采用低水膠比、低用水量、中等乃至大摻量礦物摻合料配制技術(shù)［1］，保證材料品質(zhì)，采取嚴格的施工質(zhì)量控制和裂縫控制措施，實現(xiàn)混凝土高性能化和高耐久性。

由于混凝土施工過程中受材料質(zhì)量的波動、質(zhì)量控制疏忽、施工環(huán)境的影響，混凝土不可避免地會產(chǎn)生裂縫、保護層厚度偏差、強度和勻質(zhì)性的波動，混凝土結(jié)構(gòu)服役階段所處微環(huán)境也存在差異，因此，在高腐蝕情況下僅采用基本措施無法達到預(yù)期使用年限。

耐久性附加措施，是指在混凝土本身的耐久性要求不低于有關(guān)規(guī)范以及不改變混凝土自身性能的基礎(chǔ)上，采取的一些技術(shù)措施，這些措施可以進一步提高混凝土的耐久性。附加措施主要包括：表面涂層、硅烷浸漬、環(huán)氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑、電化學(xué)保護以及混凝土工程用透水模板布等［2］。

對施工環(huán)境較為惡劣，或處于嚴重腐蝕環(huán)境下的混凝土，如只采取單一措施可能還達不到設(shè)計壽命要求，可以采取多重附加防腐措施保障與提升混凝土的耐久性。如浙江舟山金塘大橋墩身浪濺區(qū)（▽9.0 m 以下）和現(xiàn)澆混凝土接頭選用復(fù)合氨基醇類阻銹劑+最外層環(huán)氧涂層鋼筋，大氣區(qū)的墩身結(jié)合提高養(yǎng)護效果采用模板布。杭州灣跨海大橋橋墩的綜合防腐措施為：控制混凝土最大水膠比為0.34，混凝土保護層厚度50 mm，混凝土表面采用硅烷浸漬。山東青島膠州灣跨海大橋橋墩采用抗凍抗氯鹽侵蝕高性能混凝土+內(nèi)襯透水模板布+有機硅浸漬（或涂刷有機硅涂層）等綜合防腐技術(shù)措施。海水環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕附加措施可按表1選擇［3］。

表1 海水環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)附加防腐蝕措施

1 材料與配合比設(shè)計

1.1 混凝土原材料

（1）水泥：采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，比表面積360 m2/kg，28 d 抗折強度4.9 MPa，28 d 抗壓強度為46.7 MPa。

（2）砂：采用細度模數(shù)為2.6的洞庭湖中砂。

（3）石子：為安徽產(chǎn)5～16 mm 與16～31.5 mm 按3∶7比例配制成5～31.5 mm的連續(xù)級配碎石。

（4）粉煤灰：選用大唐電廠生產(chǎn)的F 類Ⅱ級灰，燒失量2.53%，細度18.4%，三氧化硫0.82%。

（5）礦粉：采用常州堅鵬建材有限公司生產(chǎn)的S95 級?；郀t礦渣粉，比表面積為416 m2/kg，28 d活性指數(shù)為104%，燒失量為0.7%。

（6）外加劑：選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的PCA-Ⅰ系列聚羧酸高性能減水劑，減水率為27%，28 d抗壓強度比145%。

1.2 附加措施材料

（1）透水模板布。透水模板布是由聚丙烯纖維通過無紡針刺模壓成型，由過濾層（光面）和透水層（毛面）復(fù)合而成貼敷于模板內(nèi)側(cè)，用于排出混凝土拌合物表層多余水分和空氣、截留拌合物表層顆粒、提高成型混凝土表觀質(zhì)量的一種纖維集合體，又稱滲透可控混凝土模板襯墊［4］。透水模板布性能見表2。

表2 透水模板布性能

（2）硅烷。當(dāng)前市場上硅烷產(chǎn)品主要為膏狀異辛基三乙氧基硅烷或液態(tài)異丁基三乙氧基硅烷等，其作用機理為硅烷分子較小噴涂到混凝土表面，硅烷滲透到混凝土表面的微孔后，在混凝土表面以及毛細孔內(nèi)壁形成致密的憎水性保護膜，氯離子進入混凝土內(nèi)部的遷移速率降低［5］。硅烷浸漬涂料性能見表3。

表3 硅烷浸漬涂料性能

（3）環(huán)氧涂料。環(huán)氧涂料是以環(huán)氧樹脂或改性環(huán)氧樹脂為主要成膜材料的雙組分液體涂料，分為甲、乙兩組分，甲組分由樹脂基料及添加劑制成，乙組分由固化劑及添加劑制成。環(huán)氧涂料性能見表4。

表4 環(huán)氧涂料性能

1.3 配合比設(shè)計

混凝土設(shè)計強度等級為C30，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》SL/T352—2020［6］設(shè)計配合比，參數(shù)見表5。

表5 混凝土配合比

2 試驗方案

2.1 試件制作

（1）混凝土樣品制備：根據(jù)設(shè)計配比，按《水工混凝土試驗規(guī)程》SL/T352—2020 制備成150 mm×150 mm×300 mm 棱柱體試件［6］。共制作6 組試件，其中1 組為無任何附加措施對比試件（FJCS1），3 組分別施加內(nèi)襯模板布（FJCS2）、硅烷浸漬（FJCS3）、表面涂環(huán)氧涂料（FJCS4）附加措施試件，1組為內(nèi)襯模板布試件附加硅烷浸漬措施（FJCS5），1組為內(nèi)襯模板布附加表面涂環(huán)氧涂料措施（FJCS6）。

（2）透水模板布組處理：本次試驗采用鑄鐵試模，澆筑混凝土前將透水模板布粘貼于試模側(cè)面，毛面面向試模，混凝土從加水?dāng)嚢钑r刻起算24 h后拆模，拆模后移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室，養(yǎng)護至28 d后，自然風(fēng)干7 d后進行試驗。

（3）硅烷浸漬組處理：本試驗采用液態(tài)異丁基三乙氧基硅烷，在混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28 d 后，將混凝土表面雜質(zhì)和油污清除干凈，使用毛刷刷涂液體硅烷兩次，每次200～300 mL/m2，每次間隔時間4 h，涂刷完畢后自然風(fēng)干7 d后進行試驗［7］。

（4）環(huán)氧涂料封閉組處理：在混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28 d 后，將混凝土表面清除干凈，清除表面油污后用清水清洗干凈，混凝土表面干燥后，在混凝土試件表面手工刷涂環(huán)氧涂料，于室溫環(huán)境養(yǎng)護7 d后進行試驗。

2.2 浸泡與試驗

將所有經(jīng)處理后的試件放置于底部預(yù)先放置高度3 cm 塑料箅板的試驗槽中，試件間距不小于2 cm，試件距試驗槽壁不小于2 cm，加入23.4%的NaCl 溶液，使液面高于試件頂部3 cm 以上，水槽開口較大，用塑料薄膜密封上口，每隔7 d觀察液面情況，液面降低則及時補充NaCl溶液。浸泡60 d后將試件取出，將試件表面用清水洗凈并擦干，將試件放到試驗機上沿中線劈裂，劈裂后在劈裂面噴濃度為0.1 mol/L 的AgNO3顯色指示劑，30 min 后用筆劃出分界線位置，按20 mm 間距用卡尺測量顯色分界線離混凝土側(cè)面的距離，可不考慮試件邊緣效應(yīng)和骨料對氯離子滲透的阻擋，但如果顆粒較大有明顯的影響，則該測點不讀取數(shù)據(jù)［6，8］，計算平均值即為氯離子平均滲入深度xd。

3 結(jié)果與分析

將C30混凝土棱柱體試件浸泡于23.4%的NaCl溶液鹽水中60 d，氯離子滲入深度測試結(jié)果見表6，氯離子滲入深度降低率對比見圖1。

圖1 氯離子滲入深度降低率對比

表6 不同防腐蝕措施對C30混凝土試件鹽水浸泡試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果，對比試件（FJCS1）的氯離子滲入深度最大，為20.4 mm。這表明在沒有任何附加保護措施的情況下，混凝土受到的氯離子滲透最大，可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性下降。

與對比試件相比，施加內(nèi)襯模板布措施（FJCS2）的混凝土氯離子滲入深度明顯降低了27.0%，降至14.9 mm，表明內(nèi)襯模板布的應(yīng)用能有效減少氯離子的滲透，提高混凝土的抗氯離子侵蝕能力。這可能是因為在混凝土澆筑過程中表層混凝土中水分和氣泡透過模板布排出，排出的水中大部份沿模板布外沿滲出，少部份積聚在模板布中，膠凝材料則被截留在模板布內(nèi)側(cè)混凝土面層，形成一層富含水化硅酸鈣的致密硬化層。多余的水分排出后，表層混凝土水膠比降低［2］。模板布吸收的水分對表層混凝土起到良好的保濕養(yǎng)護作用，提高混凝土的養(yǎng)護質(zhì)量。

在施加硅烷浸漬（FJCS3）和表面涂環(huán)氧涂料措施（FJCS4）的試件中，混凝土的氯離子滲入深度進一步減小，分別降低了36.8%至12.9 mm和49.5%至10.3 mm。這表明硅烷浸漬和環(huán)氧涂料封閉可以進一步提升混凝土的抗氯離子滲透能力。硅烷浸漬能夠滲透到混凝土內(nèi)部，與混凝土中的氯離子發(fā)生反應(yīng)形成化合物，阻止氯離子的滲透；而環(huán)氧涂料形成的封閉層能有效阻隔氯離子的侵入。

當(dāng)在內(nèi)襯模板布試件中施加硅烷浸漬措施（FJCS5）和在內(nèi)襯模板布試件上施加表面涂環(huán)氧涂料（FJCS6）時，氯離子滲入深度分別降低了77.5%至4.6 mm和74.5%至5.2 mm。這表明內(nèi)襯模板布結(jié)合硅烷浸漬或表面涂環(huán)氧涂料能夠進一步增強混凝土的保護效果，顯著減少氯離子的滲透。

4 結(jié) 語

本研究實驗結(jié)果表明，在混凝土耐久性改善方面，采用內(nèi)襯透水模板布、硅烷浸漬和表面涂覆環(huán)氧涂料等措施具有顯著效果，能夠有效減少氯離子在混凝土中的滲透深度，并提升混凝土對氯離子侵蝕的抵抗能力。尤其是通過將內(nèi)襯透水模板布與硅烷浸漬或表面涂覆環(huán)氧涂料相結(jié)合，可以實現(xiàn)更為優(yōu)異的保護效果。這些方法為改善混凝土的耐久性提供了可行的方案。