新疆地区水坝使用防碳化涂料筛选的依据

＊桑亚军

（新疆科能防水防护技术股份有限公司 新疆 831100）

新疆地区水坝使用防碳化涂料筛选的依据

＊桑亚军

（新疆科能防水防护技术股份有限公司 新疆 831100）

针对新疆严寒地区水坝的特点，从防水性能、成膜温度、反应条件三个方面，对目前市场上用的防碳化涂料进行筛选，发现VAE一类的高聚物乳液是最优的防碳化涂料。

新疆地区；混凝土；防碳化；防碳化涂料；筛选

混凝土结构是应用最为广泛的结构之一，我国有70%的房屋建筑和50%的桥梁结构采用了混凝土结构。随着这些工程结构使用时间的增长，混凝土材料和结构受到的侵蚀越来越严重，许多工程结构往往由于侵蚀引起使用功能退化，甚至结构破坏，给社会带来了巨大的损失。

在所有的侵蚀中二氧化碳中和导致的碳化侵蚀最为普通，也最为严重，混凝土碳化先从表层开始，然后逐步向混凝土深处扩散，发生更深入的碳化反应，这种反应致使混凝土的内部结构及组织发生变化，导致混凝土开裂、钢筋锈蚀，直接影响混凝土的结构性质及耐久性，缩短了建筑物寿命。

防止混凝土碳化的技术，其核心在于减缓碳化速度和有效控制混凝土钢筋处于钝化状态，或者说，尽量保持混凝土原本的碱性而不被中性。采用涂刷防碳化涂料是一种极为有效的抑制碳化的方法。本文将结合新疆地区水坝区域温差大，湿度高等地理特点，对该地区混凝土结构水坝在防碳化工艺施工时对防碳化涂料的筛选和使用，提出了几点建议。

1.混凝土碳化机理

混凝土的碳化，主要是因为混凝土中的水化产物与周围环境里的二氧化碳进行了传质运动，其产生的化学性侵蚀为溶解与结晶，其反应为：

溶解反应：CaO+H2O→Ca(OH)2

外部反应：Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

内部反应：Ca(OH)2+CO2→H2CO3+H2O(中性化)

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O↑(碳化)

溶解反应生成的Ca(OH)2，使混凝土的空隙液pH保持在12.5～13.50。碳化发生时，空气中的CO2渗透到混凝土中，中和混凝土里的Ca(OH)2，生成碳酸盐和其他物质：碳化过程中，CO2不断地消耗混凝土中的碱，混凝土的pH逐渐下降，当混凝土pH降至8.5～9.0时，碳化已完全。

防碳化其实就是抑制二氧化碳在混凝土中的扩散，二氧化碳在扩散过程中遵循Fick第一定律：

J=-A*dc/dx

A：二氧化碳扩散系数；

dc/dx：二氧化碳扩散的浓度梯度；

J：单位时间单位面积二氧化碳透过量。

可见单位时间单位面积二氧化碳透过量的大小取决于二氧化碳扩散系数和二氧化碳扩散的浓度梯度，抑制碳化可以从这两方面着手: 降低二氧化碳扩散系数或是增加厚度以降低二氧化碳扩散的浓度梯度。

大量的研究表明：增加混凝土表面的覆盖层厚度或增加混凝土中水泥含量，有利于碳化的抑制，实际上仅仅从成本的角度考虑，单纯的依靠增加厚度来实现单位时间单位面积二氧化碳透过量的降低，是不现实的，因此目前防碳化主要是通过降低二氧化碳扩散系数来实现的。防碳化涂料就是基于这一原理，通过高聚物成膜，封闭混凝土表层，抑制二氧化碳扩散。

目前市场上能够抑制碳化的高聚物种类很多,例如:环氧，聚乙烯醇，丙乳，苯丙乳液以及VAE（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）乳液。

2.新疆地区水坝用防碳化涂料筛选原则

经过多年的考证和研究，就针对新疆水坝区域-特殊的地理环境及市场防碳化涂料的多样性，本文，对涂料的选择提出了四个筛选原则：

(1)防水性能优异

水坝区域混凝土面板除了受到明水的侵蚀还有潮湿空气的影响。相对湿度对碳化速度呈现抛物线关系，并满足如下关系式：

在湿度低时，二氧化碳无法水化，湿度高时，二氧化碳无法扩散，都不利于碳化，在相对湿度约为60%-70%时，碳化速率最快，而新疆水坝区域昼夜温差大，相对湿度白天高，夜晚低，导致较长时间内，相对湿度接近60%-70%，有利于二氧化碳的扩散。

温度除了通过相对湿度间接的影响碳化速度外，还能够对其产生直接的影响，研究表明温度越高，二氧化碳扩散越快，碳化加剧，碳化速率与温度满足如下公式：

此外交替变化的温度也有利于二氧化碳的扩散，在新疆水坝区域，昼夜温差大，温度交替变化明显，极利于碳化的进行。

当然明水没有对碳化有直接的影响，但是明水会侵蚀混凝土的表层产生裂纹和缝隙，渗透到混凝土内部，产生更深层次的裂缝。

因此在防碳化的过程过，必须要有优良的防水性能，既可以阻止明水的直接侵蚀，及其伴随的碳化又可以阻止湿度引起的直接碳化。

有报道提出聚乙烯醇来进行防碳化处理，虽然成本很低，效果优异，但是不易适用于新疆水坝区域，因为聚乙烯醇中存在大量亲水性的羟基，这些羟基的存在会使聚乙烯醇能够溶解于水中，从而起不到有效防水的效果，因此从长远的角度来看，在水坝区域的防碳化涂料应具有良好的防水效果。

(2)成膜温度低

在新疆水坝区域，尤其是冬季，室外温度极低，对高聚物的成膜有很大的影响。笔者通过实验发现，苯丙类的高聚物虽然性能优异，但是由于分子中苯环的存在，使得高聚物成膜温度高，即使加入了成膜助剂-，成膜效果依然不佳。故在低温下能够容易成膜的高聚物是筛选防碳化涂料一个重要原则。

(3)酸碱性要求

丙烯酸乳液防水性能优异，而且在低温下能够成膜，但是混凝土中的碱性会与聚丙烯酸侧链上的羧基发生反应，对丙烯酸乳液的成膜性有一定的影响。因此防碳化涂料的高聚物的pH最好是中性或碱性，不会消耗混凝土自身的碱性。

3.新疆地区水坝用防碳化涂料筛选结果

根据以上筛选原则结合新疆地区水坝所处的环境和对目前市场上抑制碳化的高聚物防碳化涂料的研究，最终发现VAE乳液是一类非常适合新疆水坝区域的防碳化涂料，VAE乳液的侧链含有乙烯基，具有良好的疏水性能；此外VAE乳液成膜温度低，可以在低温条件下成膜。且相对于环氧而言，VAE乳液还具有良好的柔顺型，可以防止防碳化涂料因应变能力差，涂层被拉裂的问题。

(责任编辑 卢凤英)

Basis of the Screening of Anti-carbonization Coating for the Dams in Xinjiang Region

Sang Yajun
（Xinjiang Ke’neng Water Proof Protective Technology Limited Liability Company, Xinjiang, 831100）

In terms of the features of dams in Xinjiang freezing region, this paper has taken the screening of the anti-carbonization coating on market from the aspects of waterproof property, film-forming temperature and reaction condition, and then it has found that the VAE type of polymer emulsion is the optimal anti-carbonization coating.

Xinjiang region；concrete；anti-carbonization；anti-carbonization coating；screening

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桑亚军（1987～），男，新疆科能防水防护技术股份有限公司；研究方向：材料工程。