不同表面涂层对管桩混凝土耐久性的提升研究

高 超、宋冰泉、王毓晋、周永祥、王 晶、夏京亮

(1.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013；2.国家建筑工程技术研究中心，北京 100013；3.宁波交通工程建设集团有限公司，宁波 315200)

预制混凝土管桩具有质量好、施工快、工程地质适应性强等优点，被广泛应用于高层建筑、港口、桥梁等基础工程[1]。传统的预应力混凝土管桩采用常压蒸养后再高压蒸养的生产工艺[2]，由于高压蒸养能耗高，导致管桩混凝土脆性大、耐久性能不良等特点，现已逐渐转变为免压蒸生产工艺，常压蒸养管桩混凝土具有能耗低、高耐久性的优势[3]，有利于混凝土管桩的推广使用，但是常压蒸养也会造成其大于200 nm的有害孔比例远远高于标养[4]，致使管桩混凝土的耐久性能受到一定的影响。另一方面，管桩混凝土应用于基础工程时，会面临严酷的冻融环境、海洋和除冰盐等氯化物环境、硫酸盐等化学腐蚀环境[5,6]，因此对压蒸和免压蒸管桩混凝土的耐久性提出了更高的技术要求。赵铁军等[7-15]研究表明表面涂层对混凝土的耐久性能具有显著的提升作用，但上述研究均针对现浇、中低强度等级混凝土进行的研究。该研究采用聚合物防水砂浆、水剂型环氧树脂、硅烷和丙烯酸酯涂料4种不同的表面涂层对管桩混凝土进行表面涂层处理，研究进行表面涂层处理对管桩混凝土的抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能和抗冻性能的影响。

1 试 验

1.1 原材料

1)胶凝材料：金隅PO52.5水泥，3 d抗压强度32.5 MPa，28 d抗压强度60.7 MPa；Ⅱ级粉煤灰，烧失量2.1%，45 μm筛筛余18%，需水量比98%；S95级矿渣粉，7 d活性指数 78%，28 d活性指数97%，流动度比98%；硅灰：SiO2含量为91%，需水量比115%，活性指数111%。

2)骨料：5～20 mm连续级配碎石；机制砂，Ⅱ区中砂，细度模数2.8，石粉含量5.7%，MB值0.8。

3)减水剂：聚羧酸系高性能减水剂，减水率32%。

4)水：自来水。

1.2 配合比及强度

C80管桩混凝土配合比及蒸养强度见表1，管桩混凝土的蒸养制度：混凝土成型之后带模养护，在40 ℃下放置3 h，然后在80 ℃下蒸养5 h，自然冷却后拆模标养至28 d进行试验。

表1 C80管桩混凝土配合比及蒸养强度

1.3 试验方法

试验选用4种表面涂层防护材料进行研究，分别为聚合物防水砂浆(编号JS)、水剂型环氧树脂(编号HY)、硅烷(编号GW)和丙烯酸酯涂料(编号BZ)，均按照使用说明进行涂刷。水泥基防护涂料在混凝土试件表面涂刷一层水泥基防水砂浆，施工后放置24 h进行试验；水剂型环氧树脂首先在混凝土试件表面涂刷一层底漆，放置24 h后再涂刷一层面漆，静置24 h后进行试验；硅烷涂刷时采用连续涂刷，使各被涂表面至少有5 s保持湿润；丙烯酸酯在混凝土试件表面涂刷两层，第一层与第二层的涂刷方向垂直，待第一层硬化之后再进行第二层的涂刷。

抗氯离子渗透、抗冻、抗硫酸盐侵蚀性能按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082中的规定进行。

2 结果与讨论

2.1 抗氯离子渗透性能

管桩混凝土进行表面涂层防护前后电通量和氯离子迁移系数的变化如图1和图2所示。由图1和图2可知，管桩混凝土的抗氯离子渗透性能已较好，电通量数值仅为309 C，氯离子迁移系数为0.69×10-12m2/s。4种不同表面涂层对管桩混凝土的提升作用显著不同：聚合物防水砂浆对管桩混凝土的抗氯离子渗透性能的影响较小；水剂型环氧树脂显著提升了管桩混凝土的抗氯离子渗透性能，电通量和氯离子迁移系数分别降低了45%、60%；硅烷对管桩混凝土的抗氯离子渗透性能有一定的提升效果，电通量和氯离子渗透系数分别降低了20%、36%；丙烯酸酯涂料也显著提升了管桩混凝土的抗氯离子渗透性能，电通量和氯离子迁移系数分别降低了29%、69%。

2.2 抗冻性能

管桩混凝土进行表面涂层防护前后抗冻性能的变化如图3、表2所示。由图3和表2可知，管桩混凝土的抗冻性能优异，抗冻等级已达到F350。4种不同表面涂层对管桩混凝土抗冻性能均有提升作用：聚合物防水砂浆使管桩混凝土的抗冻等级提升至F375，硅烷、水剂型环氧树脂、丙烯酸酯涂料对管桩混凝土的抗冻等级提升效果更为显著，分别达到F450、 F475、F475。由表2可见：管桩混凝土和四种不同表面涂层后在历经500次冻融循环试验过程中试件的质量变化均很小，图4也可看出管桩混凝土试件经冻融循环后的外观形貌基本完好，丙烯酸酯涂料略有起皮现象。

表2 表面涂层对管桩混凝土冻融循环后质量损失率的影响

2.3 抗硫酸盐侵蚀性能

管桩混凝土进行表面涂层防护前后抗硫酸盐侵蚀性能的变化如图5所示。可知：管桩混凝土在经历120次硫酸盐干湿循环后的抗压强度耐蚀系数却高于100%，这主要是由于硫酸盐干湿循环试验时的干燥过程为高温烘干，温度效应提高了混凝土强度[16]。随着硫酸盐干湿循环次数的持续增加，管桩混凝土和不同表面涂层的抗压强度耐蚀系数均逐渐降低，管桩混凝土的硫酸盐干湿循环180次时耐蚀系数降低至95%，4种不同表面涂层对管桩混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的提升作用显著不同。聚合物防水砂浆对管桩混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响较小；丙烯酸酯涂料对管桩混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的提升效果较为明显，硫酸盐干湿循环180次时耐蚀系数提升至105%；水剂型环氧树脂和硅烷的提升效果更加优异，硫酸盐干湿循环180次时耐蚀系数分别提升至112%、110%。进行硫酸盐侵蚀试验180次循环之后，4种防护材料均未出现破坏情况，涂层外观良好，如图6所示。

3 结 论

a.水剂型环氧树脂、丙烯酸酯涂料能显著提高管桩混凝土表层的密实性，提高其抗氯离子渗透性能，硅烷也有一定的提升作用，聚合物防水砂浆基本没有提升作用。

b.水剂型环氧树脂、丙烯酸酯涂料、硅烷能显著提高管桩混凝土的抗冻性能，将其抗冻等级由F350分别提升至F475、F475、F450；聚合物防水砂浆的提升作用较弱，将其抗冻等级提高至F375。

c.水剂型环氧树脂、丙烯酸酯涂料、硅烷能显著提高管桩混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，将其硫酸盐干湿循环180次时耐蚀系由95%分别提升至112%、105%、110%；聚合物防水砂浆对其抗硫酸盐侵蚀性能的影响较弱。

d.综合表面涂层对管桩混凝土耐久性的影响，水剂型环氧树脂、丙烯酸酯涂料、硅烷均能显著提升管桩混凝土的耐久性。