浅析引滦工程混凝土建筑物碳化处理

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摘要碳化对水工钢筋混凝土结构耐久性有重要的影响。本文结合工程处理实例，对混凝土碳化破坏原因进行了分析，并提出了详细的处理方法和工艺。通过补强加固提高了钢筋混凝土结构的耐久性。

关键词 ： 混凝土碳化化学灌浆治理耐久性

中图分类号： TU37 文献标识码： A

1.工程概况

引滦工程宜兴埠管理处明渠闸、暗渠闸、联结井闸、倒虹进出口闸等水工建筑物始建于1983年。自运行以来，由于先天的混凝土强度偏低、振捣不实、保护层厚度不足等原因致使机架桥柱、梁的混凝土保护层疏松脱落，箍筋部分锈蚀，经检测碳化深度4~6cm，普遍出现了箍筋、顺筋锈胀裂缝，回弹仪测强为11~22Mpa。因其结构的耐久性问题较严重，近年把该工程列为维修加固的重点项目。采用了化学灌浆、MCI迁移性钢筋防锈剂、钢纤维砂浆、防碳化涂料等工艺、材料，对钢筋混凝土结构进行了补强加固。

2.混凝土碳化破坏原因分析

2.1混凝土的质量

由于水闸施工年代较早，当年机架桥柱、梁局部混凝土的质量较差，虽然混凝土表面不一定有明显的微裂缝隙，但孔隙多、孔径大，渗透性也大，拦不住碳酸气和湿气的去路。碳酸气和湿气易找到直达钢筋的捷径，不仅使得碳化加速，而且可能使平均碳化深度尚未到达钢筋表面，已使钢筋提前锈蚀。

2.2 钢筋保护层厚度

检查发现闸机架桥柱、梁局部混凝土的保护层较薄，有些部位只有1~3cm，且纵筋、箍筋部位的保护层均有开裂现象，因此加速了梁、柱钢筋的锈蚀。

2.3环境影响

混凝土在碳化过程中，会向外排除一定的水分。混凝土失去这些水分时会产生收缩，在混凝土内部产生微小裂缝。对于较大水压力的渗透，这些微小裂缝会被扩大，进而形成贯穿的通道，使渗水速度加快。这在天津北部地区，特别是在引滦明渠周边地区的空气相对湿度高更有助于混凝土的碳化。

2.4钢筋锈蚀的影响

碳化使混凝土碱度降低，减弱对钢筋的保护作用，钢筋就容易锈蚀，锈蚀形成的铁锈体积膨胀（为原来的2~8倍），对混凝土保护层施加一膨胀力。又由于碳化层产生的碳化收缩，对其内部形成压力，而表面碳化层产生拉力，也能够使结构表面产生微小裂纹。这种收缩裂纹成为空气和水的通道，更加快了混凝土的碳化，最终导致混凝土保护层开裂和剥落，从此进入恶性循环。当钢筋暴露在大气中时，锈蚀过程将加快，最后导致截面减小，严重降低结构强度，影响混凝土建筑物的寿命。

综上原因分析，为了确保引滦工程的正常运行，确保安全输水，闸机架桥柱、梁的病症必须进行综合治理，以提高钢筋混凝土结构的耐久性。

3.施工工艺

3.1工程的治理原则

治理后的混凝土结构具备原有承载力、整体性和耐久性，防止进一步损坏结构和构件，尽量避免大动大补，并尽可能保持原有结构外观。处理方法以实际出发，在安全可靠的前提下，力求简单易行、经济合理。但是由于混凝土病害严重，且程度不一。因此我们对机架桥柱、梁、平台分别采取了不同治理的方案。

3.2工艺流程

凿除混凝土——钢筋除锈——基层清理——刷MCI迁移性钢筋防锈剂（2020）——刷界面剂（第一遍）——抹钢纤维砂浆（第一遍）——化学灌浆——刷界面剂（第二遍）——抹钢纤维砂浆（第二遍）——刷界面剂（第三遍）——抹钢纤维砂浆（第三遍）——养护——刷MCI2021——刷防碳化涂料（三遍）

4.修补材料

(1)钢纤维砂浆

配比水泥﹕ 砂﹕钢纤维﹕硅粉﹕减水剂﹕水

1﹕1.5﹕0.08﹕0.1 ﹕0.05﹕0.38

钢纤维砂浆是一种性能优良，且使用广泛的新型复合材料。乱向分布的短纤维阻碍内部裂缝的扩展和宏观裂缝的发生，从而使抗拉、抗弯、抗剪强度等显著提高。其抗冲击、抗疲劳、耐久性也有较大改善。掺入硅粉和减水剂的钢纤维砂浆、可以提高砂浆的密实性、抗压强度、抗渗性、耐久性，改善混凝土拌合物的和易性。

（2）MCI—2020迁移性钢筋防锈剂

MCI—2020是一种通过涂抹在混凝土表面，即可自行渗透扩散至内部钢筋表面，形成单分子保护膜，保护钢筋不被腐蚀。即使它不与钢筋直接接触，也能在混凝土中渗透扩散一定距离，从而达到钢筋表面，起到对钢筋的保护作用，能够有效抑制钢筋腐蚀，延长结构的使用寿命。

（3）MCI—2021混凝土表面密封剂钢筋防锈剂

混凝土表面密封剂，通过深入混凝土内6mm与混凝土中的化学物质钙反应，生成不溶的硅酸盐结构封闭表面孔隙，提高混凝土的密度并使表面防水、防碳化、防氯化物及酸碱侵蚀。但不影响混凝土的呼吸性能。MCI—2021的另一特性是它的防腐剂可迁移进入最密实的混凝土中，达4cm，找到里面的钢筋，在其表面形成一个单分子防腐保护层，阻止钢筋进一步锈蚀，延长钢筋混凝土结构的使用寿命。

（4）界面剂

ZV型混凝土修补胶与水泥调和而成，其配比为1﹕1。使用时均匀涂抹混凝土表面，力求薄而不淌，待浆液不粘手时，即可进行下一道工序。

5.化学灌浆

对于闸机架桥柱，如果内部混凝土强度低于C15，且有蜂窝、孔隙，直接影响了钢筋混凝土柱的承载力的部分，采取化学灌浆处理。

a. 灌浆采用灌浆泵，灌浆压力：0.35~0.45MPa

b. 灌浆材料：环氧树脂﹕固化剂＝2﹕1（体积比）

c. 预埋灌浆嘴：灌浆嘴用“水不漏”预埋，2~3个嘴子内部架桥（预留通道），用来排气，间隔20~50cm。

d.在灌浆前，先用气通一下各嘴子是否相通。灌浆先从柱子底部往上灌，要求连续不间断、循序渐进。因为环氧树脂与固化剂混合后凝固时间为1小时，并且防止把空气灌入到混凝土内部，影响灌浆效果。

灌浆结束标准：灌浆以灌浆量和估计的浆液用量相差不多，并以各个预埋嘴子出浆（出浆后用铆钉堵住）和柱子的微细裂纹浸出浆液为准。

6.钢筋锈胀裂缝的施工

对于钢筋锈蚀的不同程度及混凝土碳化深度、损坏程度的不同，采取了三种治理方法。

（1）对于顺筋胀裂，部分保护层和边角脱落，结构已处于不安全期或危险期。将开裂、松动的保护层全部凿掉，将包裹钢筋的混凝土挖掉一薄层，使钢筋全部露出来，按3.2施工工艺进行施工。

（2）对于箍筋、顺筋已有部分锈蚀，且保护层裂缝已达到箍筋表面。将开裂、松动的保护层全部凿掉，将包裹钢筋的表层混凝土剔凿，使钢筋表面，按3.2施工工艺进行施工。

（3）对于水闸的机架桥梁、柱缺陷在混凝土表层，损伤、碳化深度未超过钢筋保护层，不致影响结构的安全使用。工艺是只将碳化表层进行剔除，除钢筋不需除锈外，其他工艺同上。

7.混凝土表面涂料涂覆

在混凝土表面涂料涂覆，可以有效地防止碳化，防氯离子渗透，耐磨、耐蚀。在此项补强加固工程中，由于我们已经根据钢筋混凝土的不同损坏程度，采用了化学灌浆、钢纤维砂浆、MCI迁移性钢筋防锈剂等综合治理方法，使原钢筋混凝土结构外部形成了一个钢护套，其抗压、抗弯强度均已达到设计强度，并杜绝了钢筋的锈蚀。所以，我们在混凝土表面涂料涂覆时，采用了一般的外檐涂料，并在涂料中掺入了BC01胶，使其更牢固、不褪色。即经济又可达到防碳化、美观的目的。

8.结束语

引滦工程所处地区的气候与水工建筑物所处的水环境造成的局部湿度偏高，都是造成混凝土碳化的原因。对影响碳化的因素，碳化对钢筋混凝土结构物的损坏，以及针对碳化引起水工建筑物的缺陷所采取的处理措施，进行分析是非常必要的。引滦工程宜兴埠管理处混凝土建筑物碳化治理满足运行时间后，经检测，其结构承载力、整体性、耐久性的各项指标均达到设计要求，无任何碳化、裂纹及钢筋锈蚀等迹象。证明此次治理工程设计合理，为相同类型的其它水工建筑物碳化治理提供了实践经验。

作者简介：王乐，男，1981年生人，工程师，毕业于天津理工大学电气自动化专业，2005年8月至今在天津市引滦工程宜兴埠管理处工作，从事河道工程管理及水政监察工作。