岞山橡胶坝钢筋混凝土碳化分析与处理

李鸿亮，高志伟，杨润涛

（水发规划设计有限公司，山东 济南 250000）

本文以峡山水库胶东地区调蓄战略水源地工程—潍河下游调水入库工程岞山提水泵站原有橡胶坝坝墩混凝土表面碳化处理为实际案例，阐述混凝土表面碳化处理在水利工程中的应用。

岞山橡胶坝位于峡山水库下游约8km潍河河道内，橡胶坝坝体结构为钢筋砼结构，3孔，混凝土设计标号为C25F150W4。2009年兴建，历经10年运行，受地表水体浸泡、河道泄洪冲刷、日晒风化、冻融剥蚀等影响，中、边墩迎水面混凝土表面出现不同程度的碳化现象，局部部位存在露筋锈蚀现象。经现场检测碳化深度0.8~3.5cm之间。

1 混凝土碳化原理

混凝土碳化是指空气中CO2气体渗透到混凝土内，与水泥水化产物Ca（OH）2发生化学反应生成CaCO3和H2O，使混凝土碱性降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，钢筋表面的钝化膜破坏，失去对钢筋的保护作用，在水与空气共同存在的条件下，钢筋表面逐渐生成 Fe（OH）3，导致钢筋锈蚀、体积膨胀、顺筋开裂，从而影响钢筋混凝土结构安全。

2 原因分析

影响混凝土碳化的主要因素有环境因素、原材料因素、施工因素等。

首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中的掺合料不同。其中，矿渣水泥和粉煤灰水泥中的掺合料含有活性氧化硅和氧化铝，它们与水泥水化产物Ca（OH）2结合形成具有胶凝性的活性物质，降低了混凝土的碱度，从而加快了混凝土的碳化。其次影响混凝土碳化主要还与周围介质中的CO2的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止。另外影响混凝土碳化的因素还有如下几点：

1）迎水、渗透水：在迎水或渗透水经过混凝土表面时，如水中存在SO42-、Cl-等影响 Ca（OH）2溶解度增加的盐基性物质，石灰的溶解度增加，混凝土碳化速度加快。

2）水灰比：水灰比小的混凝土，由于水泥浆的组织密实、透气性小，碳化速度较慢。

3）骨料品种及级配：级配良好、大粒径颗粒少及性能稳定，不会发生碱-骨料反应的混凝土骨料对混凝土的抗碳化性能最有利。

4）浇筑和养护质量：混凝土浇筑时，振捣不密实，养护方法不当，会导致水泥水化程度的不同，养护时间不足，会造成混凝土内部毛细孔道粗大，其表层渗透性增大，使水、空气、侵蚀性的化学物质进入混凝土内部，加速混凝土碳化和钢筋腐蚀。

5）拌合物矿物掺合料：在混凝土中掺入粉煤灰、矿渣、石灰石粉和硅灰等矿物掺合料，与Ca（OH）2反应，会降低混凝土的碱度，从而使混凝土抗碳化能力减弱。

另外，混凝土的碳化还与混凝土的抗冻防渗外加剂的掺量、渗透系数、附近水的更新速度、水流速度、水压力等有密切的关系。

3 材料与方案选择

目前水工混凝土防碳化主要采用以下两种材料：

一是聚合物水泥基类涂料，是由丙烯酸共聚乳液或苯丙乳液、水泥、石英砂、外加剂组成的水性涂料；二是环氧类涂料，以环氧树脂为主要成膜物质，是一种油性涂料，同时又分为溶剂型环氧涂料和无溶剂型环氧涂料，目前以无溶剂型环氧涂料为主。

从目前防碳化处理效果及使用情况分析，二者对比如下：

1）防碳化性能：两种涂料均能满足工程要求；2）环保要求：两种材料均为绿色环保材料，聚合物水泥基涂料稍优；3）耐老化性能：两种材料均能满足要求，聚合物水泥基涂料稍优；4）黏结强度、韧性：环氧类涂料比优于聚合物水泥基涂料稍优；5）防碳化、防腐蚀效果：环氧类涂料比优于聚合物水泥基涂料稍优；6）每平方工程造价：两者相当。

综合考虑工程所处环境、施工条件、防碳化技术要求、火灾隐患、工程造价等影响，采用HY804环丙涂层（专利材料）作为岞山橡胶坝坝墩钢筋混凝土碳化处理的优选方案。材料检测性能指标及要求见表1：

表1 HY801底界面剂性能指标

4 施工工艺

4.1 基层处理

采用打磨工艺对混凝土表面及剥蚀修补部位进行处理，将表面的疏松、风化、剥蚀层彻底清理干净，露出坚硬、牢固、新鲜的混凝土基面；对于钢筋锈蚀部位应作彻底除锈处理；用高压水枪将表面冲洗干净，晾晒至含水率达到技术要求。

表2 HY804有机硅环丙树脂涂料性能指标

表3 M901丙烯酸聚氨酯面漆

4.2 材料配制

严格按照配合比配制，不得随意增加稀料进行稀释；严格按一次性用料量配制，随拌随用，充分搅拌均匀。

4.3 施工过程

混凝土表面含水率合格后，均匀涂刷1道HY801底涂界面剂；底涂界面剂表干后，依次刮涂1~2道HY804有机硅环丙树脂涂料（根据设计厚度而定，一般大于1.2mm），各道涂层之间间隔时间以上道涂层表干为准。对于存在蜂窝、麻面、破损严重的部位可适当增加涂层道数；待最后一道涂料表干后，采用砂纸进行打磨，然后喷涂1道M901丙烯酸聚氨酯面漆，自然养护3d即可投入运行。

4.4 注意事项

混凝土表面含水率必须达到合格后，才能进行涂层施工；环境温度宜在5~35℃，相对湿度不大于85%，大风、雨雾及高温环境不宜施工。

4.5 施工成果

岞山橡胶坝及附属设施共处理混凝土表面碳化面积2850m2，经现场联合验收，涂层表面光泽、颜色均匀，处理面平整、无空鼓、脱落、针眼现象，达到了预期的效果。