浅谈丙乳砂浆在钢筋混凝土防碳化中的应用

王刚晴

钢筋混凝土强度高、耐腐蚀、寿命长，是理想的水工建筑物结构。20世纪60年代以来逐步普及，目前已成为我国水利工程中使用最普遍、数量最多的建筑结构。钢筋混凝土虽具备诸多优点，但不足之处是碳化反应容易破坏保护层，使钢筋锈蚀，影响工程寿命。利用丙乳砂浆延缓、防止其碳化技术已在我国得到一定程度的应用。在淮北平原一带，宿县闸是首例使用丙乳砂浆进行防碳化处理的工程。本文针对该技术的原理及应用方法展开讨论。

一、混凝土碳化机理及丙乳砂浆的封闭作用

所谓碳化，就是混凝土受到空气中二氧化碳的侵蚀作用，导致钢筋锈蚀、混凝土破坏的过程。混凝土是由水泥、砂、碎石和水混合凝固后的建筑材料。水泥水化后主要产物是氢氧化钙Ca（OH）2，可使混凝土呈碱性，PH 值为12~14。钢筋在碱性介质中，表面形成钝化膜，对钢筋起到保护作用。而空气中的二氧化碳通过混凝土表面的裂隙进入混凝土中与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，降低了混凝土的碱性，当PH值降低到11时，钝化膜开始破坏，使钢筋直接接触到水和空气而发生锈蚀，产生氢氧化铁Fe（OH）2，体积增加2~3倍，在混凝土内部产生膨胀应力，使混凝土保护层胀裂，加剧了水和空气的渗入，促使钢筋进一步锈蚀，以此恶性循环，导致混凝土剥落，直至破环。

使用丙乳砂浆封闭混凝土表面不但与老混凝土粘结好，强度高，而且由于聚合物胶乳形成的薄膜填充了浆体中的孔隙，切断了与外界的联系通道，改善了其物理组织性能，因而起到抗渗、抗碳化、抗有害离子侵入等作用。因此丙乳砂浆是目前比较理想的保护密封材料。

二、碳化破坏时间的计算

混凝土中的钢筋并非从碳化开始就锈蚀，而是在碳化深度达到钢筋位置时（即超过保护层厚度），钝化膜开始破坏，钢筋开始锈蚀。为使钢筋免遭锈蚀，必须在其尚未锈蚀前即进行有效封闭处理。碳化深度达到保护层厚度时的临界时间一般被称为碳化破坏时间。碳化破坏时间与保护层厚度、二氧化碳浓度及其在混凝土中扩散能力有关，可以用下式进行计算：

式中，H——保护层厚度；

ε——二氧化碳的扩散系数；

A——二氧化碳的浓度；

M——单位体积混凝土对二氧化碳的吸收能力；

T——碳化破坏时间。

从式（1）不难看出，对于同一座建筑物的混凝土构件，若所处自然环境相同，则ε、A、M值是一定的。在建筑物中是个常数，设其为C，则。

利用式（2）可计算出混凝土工程从建成到钢筋开始锈蚀的时间，从而可提前进行防碳化处理。

三、丙乳砂浆封闭施工

利用丙乳砂浆封闭混凝土表面的施工工艺复杂，技术性强，精度要求高。如构件表面处理不当，则涂层附着力大幅度下降甚至脱落；水灰比、水聚比掌握不好，浆体会产生大量气泡；施工环境温度过高或过低以及养护不当均会给施工带来困难，影响工程质量。因此，必须严格遵守操作规程，真正做到精心施工，才能达到预期的防护效果。

1.施工工具

施工工具主要有：缸、台秤、白铁板、铁抹子、木抹子、白铁桶、高压泵、喷雾器、吹尘器、钢刷及铁锹等。

2.施工前期工作

施工前需在混凝土构件上划清碳化与非碳化的界限，确定施工范围。可以采用酚酞试剂显色确定碳化范围，如不变色说明混凝土碱性消失，已碳化，需进行处理。具体的测定方法如下：

①酚酞试剂的配制。取10kg酚酞试剂，加入100g无水酒精（浓度在95%以上），摇晃均匀待用。

②测区的规定和测点的选择。一般水工程建筑物可分水上部分、水下部分和水位波动区3大区，可按上述分区选择测点。选点时要注意有代表性，每区测点不少于5个。对梁、板、闸墩等主要承重构件，测点要多些，梁、板上的测点宜选在侧面和底部，即通风易风化部位。测点不应选在边角、裂隙、突起及剥落部位。

③试坑的开凿与测试。测点选定后，用锤子和凿子开凿试坑。试坑的大小依据具体情况而定，材质差异大的部位，试坑要适当开大，以取得薄弱部位的碳化深度；混凝土表面面积大的部位，如翼墙、底板等试坑要开大些，在薄细的梁、板、柱上的试坑可开小些。为了便于测量、观察试剂颜色变化，试坑边缘要整齐。试坑深度依碳化深度而定。

当试坑开凿到预定深度后，用吹尘器吹净坑内灰尘，将酚酞试剂滴入测试部位，仔细观察其颜色变化，然后用深度标尺测量最大碳化深度。测试完毕应将试坑用1∶2水泥砂浆封堵抹平。

3.施工程序

①基面清理。丙乳砂浆封闭施工前，必须把混凝土表面的尘污、松散混凝土、裂隙边缘的杂物等用钢刷彻底清除，表面有油污时用汽油冲洗干净，然后用高压水泵进行喷洗。混凝土表面的裂缝或孔洞用丙乳砂浆填充后不必抹光，以便与封闭涂料结合。

②涂浆封闭。施工前先将混凝土表面洒水，便于其充分吸附水分，待稍干并保持湿润状态时开始涂浆。涂浆封闭分3次进行。

第一遍用毛刷涂刷净浆，涂刷时要力求均匀，对表面低洼点、糙纹处都要涂刷，不可漏涂。

第二遍涂浆待净浆稍干（约2h）后进行。用木抹子涂刷丙乳砂浆，不必抹光，均匀即可，厚度为4～5mm，为了保持砂浆的和易性，便于施工，涂刷要分片进行，一次面积不可过大，以3～4m2为宜。砂浆随用随配，每次10kg左右，40min内用完。夏季施工时，固化反应加快，不时发生急凝现象，要用力往一个方向拉抹子，不可往返涂抹。另外施工中要特别注意绝对不能往浆料中加水，否则将产生大量气泡，影响质量。

第三遍涂浆待养护两天后进行。浆料配制与第二遍相同，每次配料仍为10kg，随用随配。因为最后一遍要求平整光滑，因此要改用铁抹子，仍保持一个方向拉抹。要求推浆薄而均匀，厚度5～6mm，轧光即可，涂抹时如表面开始固结，可用喷雾器喷雾，保持基面潮湿。

③养护。洒水养护要贯穿施工的全过程，当第一遍净浆刷涂0.5h后养护即开始，第二遍、第三遍涂浆后更要注意养护，要由专人负责，周而复始不停进行。丙乳砂浆的养护不同于普通混凝土，不可采用湿草袋覆盖、直接喷水等传统的养护方法，最好使用农用喷雾器不停喷洒，使工程周围保持雾状的湿润状态。养护工作要昼夜不停地进行，白天循环养护不得间歇，夜间每1h养护1次，持续7d。

施工后28d达到设计强度，建筑物即可正常运行。

表1 宿县闸施工前后弹力仪测试强度对照表

四、防护效果

从试验性施工的观测结果来看，丙乳砂浆封闭混凝土表面防碳化工艺的防护效果良好，碳化被有效阻止，表面强度明显提高，没有发现龟裂、剥落等现象，见表1。

五、结语

丙乳砂浆与被保护的混凝土粘结牢固，吸水率小，能有效地阻止水、空气的侵入，是混凝土防碳化的较理想涂料。北方地区应用该技术时要特别注意气候的寒冷干燥，施工季节宜选在春末或秋初，气温在25℃以上。要严格加强养护，7d内施工现场应始终保持在潮湿的环境中。由于砂浆的水灰比小，涂层薄，施工比较困难，因此要选择有经验的技术工人掌抹，切忌向浆料中加水，以免产生气泡。为方便施工，也可以在拌料时加入1%的消泡剂，经实践证明效果良好。为预防钢筋锈蚀，不使混凝土工程遭到碳化破环，可在工程建成后即计算碳化破坏时间，在时间到来之前用丙乳砂浆封闭混凝土表面，防患于未然■