高腐蚀环境下混凝土碳化修复工艺研究

周伟宏

(中铁八局集团有限公司，四川 成都 610036)

1 项目概况

阿菲尼亚姆水坝位于塞内加尔卡萨芒斯河支流比尼奥纳河的下游，水坝挡住下游海水蓄积上游淡水，由挡潮闸、过船道、引河、截流坝及挡潮堤等几部分组成。区内年平均气温29 ℃，最高气温47.4 ℃，最低气温13 ℃；11月～次年6月为旱季，7月～10月为雨季。水坝所在河水为高矿化度咸水，对混凝土具强腐蚀性，水质分析成果如表1所示。

表1 水质分析成果表

阿菲尼亚姆水坝受海水等侵蚀影响，造成混凝土严重的碳化，经过现场测定，挡潮闸闸墩、工作桥排架柱、翼墙、护坡及过船道坝顶底板混凝土碳化深度值在3.0 mm～3.5 mm之间；挡潮闸闸墩、护坡水位变化区混凝土碳化深度值在1.0 mm～2.0 mm之间；过船道轨道梁及上下游边墙碳化深度值在6.0 mm～6.5 mm之间。阿菲尼亚姆水坝现阶段虽仍发挥着作用，但功能及可靠性降低，亟需进行修缮工作，恢复原有设计功能。

2 混凝土碳化修复方案

2.1 混凝土碳化修复总体方案

针对阿菲尼亚姆水坝具体部位混凝土碳化不同情况制定不同修复方案进行修复加固，修复方案考虑以下几方面：1)水位变动区以上混凝土结构，最大碳化深度均小于10 mm，对于局部破损部位，采用聚合物砂浆修补，对混凝土表面采用高压水枪冲洗后，涂刷防腐防碳化涂层。2)闸墩、翼墙、护坡水位变化区及以下区域以及过船道边墙、底板、轨道梁混凝土大面积侵蚀剥落，石子裸露，侵蚀剥落深度普遍达1 cm～2 cm，局部达4 cm～6 cm。对这些部位的混凝土需要采用聚合物砂浆进行修复，然后涂刷防腐防碳化涂层。

2.2 聚合物砂浆修补

拟修复部位首先采用高压水枪冲洗干净，局部采取人工凿毛至新鲜混凝土面，根据现场情况，必要时涂刷聚合物界面剂(采用聚合物防水乳液与水调和而成，聚合物防水乳液与水质量比为3∶7)，然后采用聚合物砂浆修补找平。修补用聚合物砂浆采用聚合物防水乳液、水泥、砂、水调制而成，参考配比如表2所示。

表2 聚合物砂浆参考配比 kg

聚合物砂浆用砂要求外观干燥，细度0.84 mm，水泥采用P.O42.5；聚合物防水乳液黏结强度不小于1 MPa，抗渗水不小于0.5 MPa。

2.3 混凝土面防腐防碳化涂层

对挡潮闸闸墩、底板、翼墙、过船道边墙、底板、轨道梁以及老混凝土护坡进行表面防腐防碳化处理，采用耐海水聚合物涂料进行。采用聚合物砂浆修复部位，需完成修补后再进行耐海水聚合物涂料防护。耐海水聚合物涂料各项指标需要满足要求，即初凝不小于30 min，终凝不大于360 min；净浆7 d抗压强度不小于13 MPa，净浆7 d抗折强度不小于4 MPa；黏结力不小于1.2 MPa；涂层7 d抗渗压力不小于0.4 MPa，同时要耐碱、耐高温。

3 混凝土碳化修复工艺

3.1 混凝土碳化修复施工处理工艺流程

在高腐蚀环境下混凝土受侵蚀碳化处理工艺流程如图1所示。

3.2 混凝土碳化修复施工处理工艺

1)基面高压水冲洗工艺。

确保混凝土基面处理的质量是保证混凝土修复质量的基础，对高压水冲洗结构混凝土基面碳化层的清理程度、基面质量进行认真的研究。现场针对水坝不同结构不同部位混凝土碳化程度差异，采用博赫尔高压洗车机1.6 kW和2.6 kW进行冲洗对比，两款冲洗机冲洗效果均能满足，对比情况如表3所示。

表3 博赫尔1.6 kW和2.6 kW全自动高压冲洗机冲洗效果对比

2)施工配合比优化。

聚合物砂浆质量配合比选配：聚合物防水乳液∶水泥∶砂∶水=7∶60∶120∶20。施工阶段均为非洲旱季，影响聚合物砂浆施工性能主要为每天气温以及早、中、晚气温差异，并影响现场施工工艺适用性及砂浆防裂性。

现场施工配合比用水量调整需考虑细砂含水量、拌和温度、施工作业面温度、终凝前环境温度等，不考虑细砂含水量影响，对环境温度施工用水量调整量见表4。

表4 环境温度施工用水量调整量

3)界面剂喷涂工艺。

界面剂采用聚合物防水乳液与水质量比为3∶7调和而成，现场工艺性试验对界面剂涂刷质量进行检验，由于混凝土修复工作面凹凸不平，低凹处容易漏涂，改进采用喷涂工艺，界面剂喷涂均匀，质量好，效率高。

4)砂浆抹面工艺。

根据现场工艺性试验砂浆抹面质量检验情况，由于混凝土修复工作面凹凸不平，聚合物砂浆修补厚度不一，修补较厚的一次抹面修补到位，底部出现与混凝土基面接触不密贴、空鼓等质量问题。经对施工工艺进行改进，采用分层抹灰一次成型砂浆抹面修补工艺，即对同一部位砂浆修补必须采用分层抹灰，每层厚度不超过1 cm，分层抹灰可以保证每层抹灰密贴紧实，同时分层抹灰一次成型，避免层间产生冷缝，保证砂浆抹面施工质量。

5)砂浆保湿养护。

通过工艺性试验，砂浆初凝后终凝前采用喷雾养护，终凝后采用土工布覆盖洒水养护，土工布覆盖保湿效果较好，在30 ℃高温环境，保湿时间不低于2 h。

6)防腐防碳化涂层。

防腐防碳化涂层采用滚涂方式进行施工，分底涂层和面涂层，涂层厚度采用单位面积核定涂料用量进行保证，底涂层3遍～4遍、面涂层2遍，涂刷时辊轴向一个方向涂刷，禁止来回滚涂。

4 碳化混凝土修复施工

4.1 混凝土基面处理

1)混凝土表面打磨冲洗。首先清除混凝土结构表面淤泥并冲洗干净。斜面混凝土直接冲洗，立面混凝土需搭设双排钢管脚手架进行冲洗[1]。护坡混凝土表面冲洗：在抽水时，一边抽水一边用高压泵冲洗混凝土表面。立面混凝土表面冲洗：抽水完成后，在距离闸墩、翼墙30 cm搭设双排钢管脚手架，从上向下进行立面混凝土表面冲洗。冲洗干净后，对混凝土表面附着物进行打磨冲洗，冲洗时应反复多次进行，确保混凝土面干净无松动。

2)既有泄水孔疏通与保护。将既有泄水孔全部清理疏通，人工清除孔内堵塞的泥沙，确保排水孔畅通。泄水孔清理的泥沙不能留在坡面上，应同混凝土表面一起冲洗干净。为避免泄水孔在后期加固修复时被砂浆或涂层堵塞，在清理疏通既有泄水孔后，采用彩条布打卷堵住泄水孔，彩条布卷顶面略高出修复后的坡顶面，方便后期拔出。

3)高压淡水冲洗。混凝土表面经过前期打磨冲洗后，表面基本干净无杂物，再用高压淡水对混凝土表面进行冲洗，将局部松散易脱砂石等全部冲洗干净。

4)混凝土局部破损修复加固。对混凝土冲洗干净后，全面检查混凝土破损情况，对破损混凝土进行标记。对破损混凝土进行凿除，清理干净，对背部土体进行夯实加固，重新铺设墙背反滤层，对嵌补周边混凝土结合面涂刷界面剂，浇筑耐腐蚀C40混凝土[2]。

4.2 聚合物砂浆修补施工

1)聚合物砂浆拌制。聚合物砂浆采用聚合物防水乳液、水泥、砂、水调制而成，结合生产厂家推荐配比进行现场调配和试验性施工，对不同天气情况下基面情况的用水量进行微量调整。聚合物砂浆拌制采用J350型滚筒式砂浆拌合机拌合,拌合进度结合施工快慢进行，保证随拌随用，在出仓时间30 min内用完。

2)聚合物砂浆运输。聚合物砂浆运输采用人力小车运输到施工工作面，转运的人力小车和人员鞋底应提前清洗干净，以免污染工作面。

3)修补前基面湿润及喷涂界面剂。基面提前采用淡水洒淋湿润，根据天气情况确定提前时间，达到修补时基面湿润晾干无明水状态。砂浆修补前喷涂界面剂，界面剂采用聚合物防水乳液与水按照3∶7的配比(质量比)调和而成，喷涂界面剂时基面应湿润无明水，太干燥和有明水时均不适宜喷涂界面剂。

4)聚合物砂浆修补。聚合物砂浆通过人工抹灰方式进行抹面修补，采用人工分层抹灰一次成型方式。聚合物砂浆摊铺到混凝土结构面时，用力将第一层砂浆涂抹摊铺开，使聚合物砂浆与混凝土基面充分密贴紧实无空鼓，再进行第二层砂浆抹灰，表面用铝合金尺枋反复找补平整，最后人工抹面收光。

5)养护。聚合物砂浆采用淡水进行养护，喷雾和覆盖保湿模式进行。砂浆初凝前进行喷雾保湿养护，当砂浆初凝后，立即覆盖土工布洒水保湿养护。安排专人进行养护，使聚合物砂浆养护期内保持湿润状态。对于闸墩、翼墙立面结构，设置专人采用高压泵进行喷雾养护，使聚合物砂浆养护期内保持湿润状态。

4.3 混凝土防腐防碳化涂层施工

1)基面处理。清除混凝土浮灰、油漆、油污情况，对疏松面予以铲除，再用淡水冲洗干净；检查有无渗漏水情况，对局部渗漏水进行堵漏处理；麻面、孔洞处理情况，提前采用聚合物砂浆嵌平，用抹布之类织物将表面露水擦干方可施工。

2)涂层涂料配制。底涂料配制按比例将B组分粉料(必须预先过筛)慢慢加入A组分乳液中，边加边搅拌，搅拌速度不宜太快，B组分粉料可视黏度在规定范围选择加量，不得随意加水稀释，必须按配比严格配制。底涂料每次配制数量不宜太多，随配随用，一般在1.5 h左右用完，间隔时间太长会发生浆料凝结增厚而无法使用。施工时底料配制应结合施工面积、工人数量、施工速度进行综合考虑，桶内余物必须在每次用完后清除干净。根据气温、空气的湿度和混凝土表面潮湿程度，A，B组分的配比可适当调整，一般A与B质量比为1∶1.8～1∶2.2，以使底涂料的黏度既适于不同施工环境，又不会过早的凝结。

3)底涂层施工。底涂层分3层～4层施工，后一层必须在前一层涂层材料干燥不粘手后进行；底涂层按区块进行施工，每区块一次施工完毕，自然养护2 h左右，以表面结硬成膜不脱粉为准，并经检查合格后，再进行下一层施工。

涂层施工方法可以采用滚涂、刷涂。每涂层应涂刷均匀，上下涂层涂刷方向相互垂直，以防漏涂，特殊部位可增加涂层次数。滚涂适合于大面积涂层，施工效率高，质量亦好；刷涂方法较慢，适宜难以施工的区域，如拐角处等部位刷涂，或小面积施工。对于立面、斜面和底部，一次涂层厚度要薄，防止流淌。

4)面涂层施工。底涂层完成验收合格后，进行面涂层施工，面涂层涂刷采用滚涂方式。施工时滚刷速度不能太快，以免产生大量气泡，同时防止滚刷时涂料在壁面流挂。在滚刷面涂料时，必须注意施工现场的湿度，以免影响涂料的成膜效果[3-4]。

5)涂层养护。面涂层施工完成后自然养护5 d及以上方能正式使用，在涂层养护期内不得对涂层进行重压、冲击以及在水中浸泡。

5 结语

混凝土结构长期在高腐蚀环境下，混凝土碳化问题较为普遍，及时对碳化混凝土进行修复非常重要。在混凝土修复前须认真分析混凝土碳化对结构功能和使用安全方面的影响，根据分析结果制定可行的修复方案至关重要，直接影响修复效果[5]。在施工过程中要对施工工艺的可靠性进行验证，及时发现施工工艺上的不足和重点卡控环节，在大面积施工中优化施工工艺并做好质量卡控。本文提及的混凝土碳化修复工艺在项目实施过程中取得了比较理想的效果，可为今后类似工程项目混凝土碳化修复提供参考。