FPSC复合砂浆及CPC防碳化涂料在水利工程上的应用

施 宇

(九江市水利科学研究所，江西 九江 332000)



推广应用

FPSC复合砂浆及CPC防碳化涂料在水利工程上的应用

施 宇

(九江市水利科学研究所，江西 九江 332000)

混凝土在工程上的使用并不是永固的，自浇灌成型开始，就会受到碳化、碱-集料反应、冻融和盐害等多方面的腐蚀破坏，其中以碳化最为常见，损失也最为严重。为此，文章选定江西省九江市永修县柘林灌区2008年度续建配套与节水改造项目工程中大坪渡槽作为现场应用工程，通过对大坪渡槽、发电灌溉隧洞的碳化、冲刷、裂缝、露筋等损坏情况，采用FPSC水泥砂浆、CPC混凝土防碳化涂料进行修复补强，分析处理措施的补强效果和投资情况，总结FPSC水泥砂浆及CPC混凝土防碳化涂料应用效果和经验。

FPSC聚合物水泥基复合砂浆；CPC混凝土防碳化涂料；水利工程；应用

0 前 言

江西省绝大多数水利工程修建于上世纪六七十年代，至今已运行40a以上。混凝土工程出现冲刷、碳化、剥蚀、裂缝、露筋等现象严重，对老化混凝土工程的修复通常采用以拆除重建或者修复补强。部分工程以剥除表面碳化层后重新浇筑混凝土面层或环氧砂浆补强等方法进行修复，有的工程量大，施工困难，工期较长，资金投入较大，效果不佳。

1 FPSC聚合物水泥基复合砂浆及CPC混凝土防碳化涂料产品概况

1.1 FPSC聚合物水泥基复合砂浆

FPSC聚合物水泥基复合砂浆(简称FPSC复合砂浆)是一种用于混凝土结构加固补强、耐久性修复与防护的聚合物改性水泥基复合材料产品，由专用聚合物乳液(A组分)和强力改性水泥粉料(B组分)双组分组成。此双组分在施工现场与砂、水按比例拌合使用，拌和后形成和易性良好的砂浆，可用砂浆喷射泵机械喷涂或镘刀、抹灰工具直接施工。砂浆硬化后产生较高的抗拉强度、抗冲击韧性和低收缩变形，具有耐老化、抗渗、防水、抗碳化、抗氯离子和硫酸盐侵蚀、耐碱、抗冻融及保护钢筋等优良性能，且具有较好的抗冲磨和抗空蚀能力，对各种材料都有很好的黏结力。与环氧砂浆相比，FPSC复合砂浆与基底混凝土匹配性能好，同时施工简单、无毒、成本较低。

FPSC聚合物水泥基复合砂浆被广泛的推广和应用在地下建筑、交通工程、公路工程、海港工程以及水运工程等建筑土建，由于冻融、冲磨以及谈话等导致的混凝土表层剥落、腐蚀、开裂等问题的修补工作中。

1.2 CPC混凝土防碳化涂料

该种涂料为高性能聚合物乳液改性水泥基聚合物材料，在高性能聚合物乳液中存在共聚成分，该种独特的成分会在水泥的作用下发生交叉反应，形成聚合物-水泥水化产物的互穿网络结构，形成机械和化学相融合的附着力，这样能够显著的提升结构的黏结强度，涂覆在混凝土表面并与之牢固黏结形成高强坚韧耐久的弹性涂膜防护层，能够显著的提高结构材料抵抗酸雨、海水、氯化物以及二氧化碳等有害物质的侵蚀作用。同时，该涂料主要有3部分组成，即改性水泥基材料、多种助剂以及高性能聚合物乳液，当涂层固化完成后，能够形成耐久性强、柔性的高分子、新型涂层材料。CPC混凝土防碳化涂料的应用范围非常广，主要应用在工业工程、民用建筑、桥梁工程、隧道工程以及水电工程等混凝土结构的防腐、防水以及防碳化等项目中，能够显著的提高结构的稳定性，延长结构的寿命[1]。

2 工程应用推广实例

2.1 工程概况

柘林灌区位于修河流域柘林水库下游修河北岸，京九铁路和昌九高速公路东西两侧的广大丘陵坡地及圩区滨湖平原，地势西北高，为柘林水库自流引水式灌区。全区控制面积710km2，灌区受益范围有永修县、德安县、共青开发区，耕地总面积42.94万亩，包括永修县、德安县、共青开发区等共17个乡、镇(场)。柘林灌区工程于1973年5月由原国家水利电力部批准兴建，渠首工程位于柘林水库三副坝，工程于1973年9月动工，1979年5月建成并通水运行。建有专用灌溉隧洞连接总干渠1条，长54.92km，渠首底高程49.32m、设计引水流量30m3/s、加大流量32 m3/s。分干渠17条，总长169.09km；支渠110条，总长130km；总干各类建筑物410座，分干各类建筑物928座。

大坪渡槽位于永修县梅棠镇，为总干上渠系建筑物。工程于1974年11月开工，1975年竣工，槽身全长725m，共29节，每节长25m，结构为简支悬臂梁，中间跨度13m，两端悬壁各6m，以60个排架支立，排架高3-12m不等。设计过水流量28m3/s，矩形断面(宽4.0m，净高3.8m)，设计水深3.47m，进口底板高程45.71m，纵坡1∶1500。

1982年观测有裂缝347条，主要分布在侧面和底板，多数分布在跨中和两端悬壁，横向分布，裂缝总长874m，宽度2-5mm，当时采用了环氧砂浆补强，已老化脱落。1989年第4-5节跨段发生大火烧损事故，后对底板外面用挂钢丝网高压喷水泥砂浆处理，近10年运行观察，外侧混凝土保护层基本完好，但对裂缝处理效果不佳，且裂缝有扩大趋势，有4处明显渗漏出水点(漏洞)。2007年检查发现宽度较宽的裂缝总长1380m，宽度2-8mm[2]。

渡槽常年过水水深1.8-2.4m，常年过水部分混凝土剥蚀脱落严重，经检查，主要分布在迎水面底板、两侧边墙在底板1.8m以下范围混凝土剥蚀脱落严重，剥蚀脱落5510m2，迎水面边墙的其它部位混凝土老化，面积为2900m2。

因此，渡槽存在问题的主要问题有：渡槽裂缝，引起渡槽渗漏，钢筋锈蚀；临水面混凝土表面剥蚀，保护层脱落1-2cm，钢筋外露锈蚀，混凝土老化。

2.2 工程内容

本次大坪渡槽加固内容：裂缝修补，混凝土剥蚀面加固，混凝土表面老化处理。工程设计对大坪渡槽槽身内壁常年过水水深最大深2.4m以下部位、底板剥蚀破坏部位的修补采用FPSC聚合物水泥基复合砂浆进行修补，修补厚度约1-2cm，修补完成后，为进一步提高槽身混凝土的耐久性，并保证内壁颜色的一致性，整个槽身内壁再统一涂刷CPC混凝土防碳化涂料，涂刷遍数3道。

采用FPSC聚合物水泥基复合砂浆及CPC混凝土防碳化涂料进行槽身修补方案设计总投资237.84万元。更换槽身能保证运行设计方案需投资789.73万元。显然，修补方案优于重建槽身方案[3]。

2.3 施工方案

2.3.1 总工艺流程

混凝土基面处理→配制FPSC聚合物水泥净浆→界面涂刷FPSC聚合物水泥净浆→配制FPSC复合砂浆→涂抹FPSC复合砂浆→养护→配制CPC混凝土防碳化涂料→涂刷CPC混凝土防碳化涂料→养护。

2.3.2 FPSC复合砂浆施工要点

1)基面处理：首先，用角磨机清除掉混凝土表面浮层、油污物并用钢丝刷刷毛；对于基面松动非常严重的现象，在对基面进行处理时，需要进行人工凿毛，由工人将表面破损的混凝土清理干净，直至基底露出坚固的混凝土为止，在进行凿毛施工时必须进行彻底清理，同时为了防止对未损坏以及未碳化的混凝土造成破坏，也不能出现凿毛深度过大的现象，做到基层表面粗糙、清洁、无油污、无浮浆、无灰尘，且不应有起砂、空鼓、裂缝等现象。

如果钢筋锈蚀外露，还应对钢筋表面进行除锈，并涂刷钢筋阻锈剂。槽身混凝土的各种缝隙、裂缝宜先用CPC混凝土防碳化涂料调配的弹性聚合物腻子找平，配比为：A组分∶B组分=1∶(2-2.5)。

2)界面增黏处理：为了将混凝土表面的杂物、灰尘、碎屑等清理干净，在进行界面增黏处理之前，需要利用高压水枪进行冲洗，为了保证冲洗的整体效果，需要保证水质质量，通常采用饮用水。由专人根据相关规范和设计要求画出涂层的分割线，并且在实际施工之前需要进行连续的洒水，保证混凝土表面始终处于饱和干状态(混凝土表面既不能存在明显的水，也不能过于干燥)。在进行FPSC砂浆涂抹施工之前，需要将混凝土基面整理干净，由施工人员采用毛刷进行FPSC聚合物水泥浆界面剂的涂刷，界面剂按乳液∶水泥=1∶1质量比配制而成，在进行涂刷施工时，需要保证涂刷的均匀性，避免出现多涂、少涂等现象。

3)调制FPSC复合砂浆：每次FPSC复合砂浆配制前，应先将乳液组分搅拌均匀，再称量。在实际调制之前，需要按照施工黏稠度、设计标准以及原材料性能等进行试拌。试拌的方式可以根据现场的实际条件确定，既可以采用人工拌和的方式，也可以采用机械搅拌的方式，在拌和过程中需要有专人严格、动态控制各材料的配合比。FPSC复合砂浆配比如下：

水泥∶强力改性水泥添加剂∶砂∶乳液∶水=510∶90∶1080∶180∶(72-90)。

砂子采用干净的河砂，当修补层厚度<1cm时，砂子宜过2.5mm筛；修补层厚度>1cm时，宜用中粗河砂，细度模数约为2.3-3.1。

先对砂料、添加剂以及水泥等进行均匀的干拌，然后添加水以及乳液，进行充分、均匀的搅拌，通常搅拌时间控制在4min左右。如果现场采用人工拌和的方式，为了防止杂物影响拌和质量，需要在铁皮上进行拌和，并采用饮用水。在实际拌和施工时，需要按照实际施工进度，合理确定砂浆的拌和数量，并且拌和好的砂浆需要在1h以内用完，如果砂浆没有用完，放置时间超过1h，并且出现干硬现象，则必须舍弃，禁止出现重新拌和使用的现象[4]。

4)涂抹：拌和20min左右，指触砂浆似黏非黏时，由施工人员采用木抹子将FPSC砂浆均匀的涂抹在结构上，尤其是在多层施工时必须保证涂抹的均匀性。在涂抹砂浆过程中需要施工人员用力挤压，以此保证混凝土能够和砂浆进行紧密的结合，并且在涂抹过程中还必须保证速度，朝着一个方向进行涂抹，并进行多次复压。值得注意的是，在实践涂抹过程中，应该采用分块、分条错开施工的方式，避免一次涂抹面积过大的现象，尽可能将涂抹面积控制在10m2以内，错开施工的时间间隔需要超过1d。如果修补施工时厚度>1cm，则需要采用分层涂抹的方式，每次抹面的厚度应该控制在5mm左右，当上一层抹面触干之后，再进行下一层涂抹，分层间隔时间视施工季节不同，室内3-12h，室外2-6h。若最后一层要求平整光滑，则改用铁抹子。若需在其上进行CPC防碳化涂料涂刷，则最后一层不必用铁抹子抹光，用木抹子平整即可。

槽身底板修补施工厚度>3cm时，也应分层施工，每层厚度≤2cm。对于破坏较深的部位(>5cm)，可先采用FPSC混凝土进行修补，养护3-5d后，再抹PFSC砂浆。

5)养护：FPSC砂浆表面触干后，立即用农用喷雾器进行喷雾养护或塑料薄膜覆盖进行养护，不可采用直接喷水养护方式，即养护表面不能见明水。

养护程序为：理想的养护方式为：潮湿养护7d+自然干燥养护21d，一般要养护达到28d潮湿养护方可以承载。根据目前渡槽修补施工的实际情况，养护至少应维持下列程序：潮湿养护4d+自然干燥养护3d。潮湿养护期间如表面遇寒流或雨雪，应加以覆盖，不受雨水冲洗。

6)注意事项：①聚合物水泥基复合砂浆施工的环境温度宜为5℃-35℃，当施工环境温度低于5℃时，应采取加热保温措施，遇寒流、雨雪、大风或高温(35℃以上)且具有太阳直射的环境下应停止露天施工；②FPSC复合砂浆不应在养护龄期少于3d的水泥基层上施工；③施工用的机具应及时清洗。

2.3.3 CPC混凝土防碳化涂料施工要点

1)基面处理：对于已进行了FPSC聚合物水泥基复合砂浆修补的部位，聚合物水泥砂浆至少养护7d(湿养4d+干养3d)后方可施用CPC混凝土防碳化涂料。施工前，基面平整、干净、润湿即可。

未进行修补的部位，基面的处理基本相同。基面浮尘、浮浆、油污等应用钢丝刷除掉，因碳化而疏松、空鼓部位应予凿除；较大缺陷可CPC混凝土防碳化涂料调配的聚合物砂浆修补找平，配比为(质量比，以下同)：A组分:B组分:细砂:水=1:3:4:(0.7-1.0)。涂刷防碳化涂层之前，混凝土基面要预先喷水清洗和湿润处理，并用干布擦去明水。需特别注意的是新浇普通混凝土或砂浆至少应养护3d。

2)涂料拌制：液料与粉料的配比按本产品要求进行，准确计量，采用小型电动搅拌器慢速搅拌均匀，若人工搅拌时间应≥5min，拌制好的涂料应色泽均匀。涂料配比(质量比)为：A组分∶B组分∶水=1∶1∶适量，对于底层涂料水的比例推荐为0.5-0.75，中层和面层涂料推荐水的比例为0.1-0.3。

3)涂料涂刷：涂层应分层多遍涂刷完成，至少应包括底层1遍、中层1遍、面层1遍，后遍涂刷应待前遍涂层表干不黏手后方可进行。当前遍涂刷施工完毕后，应检查涂层是否厚薄均匀，严禁漏涂。涂刷工具可采用刷子或绒毛辊筒。辊涂时应来回多辊几次，以使涂料与基层之间不留气泡，黏结牢固。每遍涂刷应交替改变涂层的涂刷方向，最后一遍涂刷时要使表面平整、光滑。在涂刷过程中随时搅拌涂料，以防止沉淀。

4)涂层养护：面层充分干硬后，先用农用喷雾器喷水雾养护2d，再自然干燥养护14d以上才可接触明水。

5)注意事项：①涂料施工时应避免阳光的暴晒或大风的吹刮，施工时气温应在0℃以上，不应在雨季中施工；②基层混凝土应坚实、平整、洁净，无油污和油渍，无浮渣、无疏松起砂、起皮、裂缝等缺陷，否则应预先进行修复。修补区应填塞、黏结良好；③涂料配制量以实际面积计算，应随配随用以免结硬；④涂层的厚度应均匀一致,达到设计要求或规定的涂刷遍数，色泽应均匀一致，不允许有脱落、开裂、孔洞、气泡或接茬不严密等缺陷；⑤涂料配比应准确、统一，搅拌均匀透彻，否则影响颜色的一致性；⑥CPC护碳化涂层施工完14d后可进行相关检验；⑦施工用的机具应及时清洗。

2.4 工程效果分析

采用FPSC聚合物水泥基复合砂浆及CPC混凝土防碳化涂料对大坪渡槽进行加固，混凝土裂缝修补、剥蚀面加固和表面老化处理达到预期结果。

通过大坪渡槽施工完工后5a 运行期的观测，混凝土表面未发裂缝、渗透(漏)以及水泥碳酸盐晶体析出等现象。FPSC复合砂浆与基底混凝土匹配性能好，无冲蚀起皮、脱落现象。CPC混凝土防碳化涂料成模性好，色泽光滑均匀，未发生色泽变化，未发生干缩、干裂造成的龟裂现象，经混凝土碳化检测，未有碳化现象发生[5]。

本工程修复补强加固成本低，施工操作简便，无需专业设备，FPSC聚合物水泥基复合砂浆及CPC混凝土防碳化涂料成膜性好，真正起到了防渗、防老化等作用。CPC防碳化涂料与聚脲分析见表1。

3 结 语

FPSC聚合物水泥基复合砂浆及CPC混凝土防碳化涂料是一种高性能防碳化复合材料，涂覆在混凝土表面后，可与混凝土牢固黏结形成保护层，可有效阻止环境中CO2、CL-、O2和海水、酸雨等腐蚀介质对结构材料的侵蚀，涂层耐久性好。具有抗拉强度高，弹性模量低、干缩变形小、抗裂性高、抗冲击韧性好等特点，抗渗、防水、抗冻、抗碳化、抗冲磨和抗空蚀能力强，耐化学腐蚀性能好，与混凝土黏结强度高。同时施工简单、无毒、成本较低。

FPSC复合砂浆和CPC混凝土防碳化涂料可广泛用于水闸、隧洞、蓄水池、桥梁、港口码头及消力池等钢筋混凝土结构的防碳化、防渗、防水、防腐，也可用于以上混凝土及钢筋混凝土结构的碳化、腐蚀、老化修复补强等。

表1 CPC防碳化涂料与聚脲分析表

[1]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T5126—2001聚合物改性水泥砂浆试验规程[S].北京：中国水利水电科学研究院，2001.

[2]郑恒祥.丙乳砂浆在钢筋混凝土防碳化中的应用及其效果[J].人民黄河，1996(02):39-41.

[3]任秀全.聚合物改性水泥基复合材料及其在建筑中的应用[D].天津：天津大学，2007.

[4]狄大鹏,王志堂,薛锋,等.水工混凝土环氧涂料防碳化施工工艺[J].水利技术监督，2005，13(04):74-75.

[5]何贤锋.HZ902环氧厚浆涂料在梁垛河闸混凝土防碳化中的应用[J].水利建设与管理，2008(04):63-64.

Application of FPSC and CPC in Hydraulic Engineering

SHI Yu

(Jiujiang Rural Hydraulic Science Research Institute, Jiujiang 332000, China)

With the continuous use for concrete in engineering, it is found that concrete is not eternal solidification, will be carbonized, alkalified since shaped by grouting, also be impacted by erosion and damage from frost and salt, in which most common and serious for carbonization. Therefore, the Daping adequate was selected as the application project on-sit,belonging to the continuous construction of Tuolin irrigation area of Yongxiu County in Jiujiang City in Jiangxi Province in 2008, through the loss situation including carbonization, scouring, fissure and reinforced steel broken in power generation irrigation tunnel,adopting FPSC and CPC to rehabilitate and strengthen, and the strengthened effects and investment situation were analyzed as the treatment measures to conclude the applying effect and experience of using FPSC and CPC.

Polymer cement base composite mortar (FPSC);concrete carbide coating (CPC);water conservancy project;application

1007-7596(2017)03-0106-04

2017-02-18

施宇(1979-)，男，江西九江人，工程师，从事水利科学研究。

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