ＴＫ聚合物砂漿在混凝土表面修補加固中的應用
發布時間：2010-01-14 共1頁
１ 概況
１９９９年１２月～２０００年４月，筆者對淮海農場混凝土建筑物進行了全面調查，并用回彈儀測驗了建筑物的混凝土強度，用酸酞試液測驗了碳化深度。通過調查發現，現有混凝土建筑物耐久性不良。主要表現在：①混凝土碳化和裂縫問題普遍存在；②沿海地區鋼筋混凝土結構受氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕嚴重；③臨水混凝土表面凍融松散剝落破壞；④混凝土表面沖磨破壞、機械磨損、磨蝕破壞以及化學侵蝕；⑤堿骨料反應破壞等。這些問題嚴重影響混凝土建筑物壽命和外觀，甚至危及混凝土建筑物的正常運行和安全。為了提高混凝土建筑物的耐久性，延長建筑物的使用壽命，其后我們對淮海農場內的３座梁混凝土剝落且有露筋現象的公路橋、１５座出現面積混凝土碳化且鋼筋銹蝕嚴重的農田排灌泵站的工作橋、５座出現面積混凝土剝落、碳化和鋼筋銹蝕嚴重的節制閘機架橋等工程采用ＴＫ聚合物砂漿(由水利部天津水利水電勘測設計研究院科學研究所研制)進行修補加固，總面積達３０５０ｍ２，防碳化噴涂面積約３４００ｍ２。經過現場檢查驗收，沒有發現因材料或施工原因而出現裂縫現象，防碳化涂層沒有發現脫落起皮現象。在施工中，我們曾對只有３ｄ齡期修補砂漿進行鑿除檢查，結果鑿除的砂漿普遍能粘下老混凝土面。經過２ａ的多次運行，沒有發現脫落和出現裂縫現象，這說明ＴＫ聚合物砂漿是一種理想的修補材料。
２ ＴＫ聚合物砂漿的主要性能及適用范圍
ＴＫ聚合物砂漿是一種新型的混凝土表面修補材料，是以少量水溶性聚合物改性劑，再摻入一定量的活性成分、膨脹成分而配制成的ＴＫ聚合物防滲、防碳化、防腐砂漿。由于聚合物及活性成分的摻入，改善了聚合物水泥砂漿的物理、力學及耐久性能。主要體現在：
(１)活性作用。聚合物乳液中有表面活性劑，能夠起減水作用。同時對水泥顆粒有分散作用，改善砂漿和易性，降低用水量，從而減少水泥的毛細孔等有害孔，提高砂漿的密實性和抗滲透能力。
(２)橋鍵作用。聚合物分子中的活性基因與水泥水化中游離的Ｃａ２＋、Ａｌ３＋、Ｆｅ２＋等離子進行交換，形成特殊的橋鍵，在水泥顆料周圍發生物理、化學吸附，成連續相，具有高度均一性，降低了整體的彈性模量，改善了水泥漿物理的組織結構及內部應力狀態，使得承受變形能力增加，產生微隙的可能性減少。即使產生微裂隙，由于聚合物的橋鍵作用，也可限制裂縫的發展。
(３)充填作用。聚合物乳液迅速凝結，形成堅韌、致密的薄膜，填充于水泥顆粒之間，與水泥水化產物形成連續相填充空隙，隔斷了與外界聯系的通道。
總之，ＴＫ聚合物的活性作用、橋鍵作用、充填作用改善了硬化水泥漿體的物理結構及內應力，降低了整體的彈性模量、減少用水量、改善了硬化水泥漿體內部毛細孔等有害孔，從而提高了砂漿的粘結、抗裂、抗滲及抗腐蝕等性能。ＴＫ聚合物砂漿性能指標如表１所示。
從表１可以看出，與普通砂漿相比，ＴＫ聚合物砂漿具有抗拉強度高、拉壓彈性模量低、干縮變形小、抗凍、抗滲、抗沖耐磨，與混凝土粘結強度高，具有一定的彈性，抗裂性能高。與環氧砂漿相比，還具有施工工藝簡單、操作方便、無毒、成本低(是環氧砂漿的１／３～１／５)等優點。適用于水工、港工、公路、交通及地下工程的混凝土建筑物因碳化、空蝕、凍融破壞及化學侵蝕而引起的混凝土表層開裂、剝蝕等混凝土表面薄層修補，可直接用于防滲、防腐、防碳化工程，也可用于建筑瓷磚粘貼和衛生間防滲。
３ ＴＫ聚合物砂漿施工及質量控制
采用ＴＫ聚合物砂漿進行修補加固處理時，應根據當地的氣候條件、工程特點及施工進度合理組織施工。施工流程為：舊混凝土鑿毛→噴砂(或用鋼刷)除銹(污)→涂刷鋼筋防銹劑→用清水沖洗飽和→基面涂刷ＴＫ界面劑→抹ＴＫ聚合物砂漿→養護→涂防碳化劑。
３.１ 基底處理
(１)鑿毛。為確保ＴＫ聚合物砂漿與基底混凝土具有良好的粘結，一般用鋼絲刷或噴砂方法清除表面浮層污物(有油漆或油脂污染部位用丙酮洗刷)。如基面松動嚴重，應采用人工鑿毛方法，鑿掉破損的混凝土，使基底露出堅硬、牢固的混凝土面，鑿毛必須徹底全面，但也不宜深度過，以免破壞了未碳化和損破的混凝土。如果鋼筋銹蝕外露，還應對鋼筋表面進行除銹，并涂刷鋼筋防銹劑。
(２)飽和。對鑿除的混凝土表面，采用高壓水槍(采用飲用水)將碎屑、灰塵沖洗干凈，并連續、均勻地噴灑，使表層混凝土達到飽和狀態，且表面無明水。
３.２ 砂漿的配制
根據選用的原材料、設計技術及施工和易性要求事先進行試拌。現場可用砂漿攪拌機拌和或人工拌和，其各組分的配比用量必須嚴格控制。
先將稱好的水泥、砂攪拌均勻，再將稱好的ＴＫ改性乳液、活性劑及其他外加劑和水混合后加入，充分攪拌均勻即可。各組分配比必須嚴格控制。若人工拌和，宜在鐵皮板上進行，以防止拌和水流失，造成因砂漿水灰比改變而影響砂漿的和易性，拌和水應采用飲用水。
每次拌和砂漿的方法應根據砂漿施工的進度確定。拌和成的砂漿存放的時間不宜超過４５ｍｉｎ。若拌成砂漿未及時使用而出現干硬現象，不能再加水重新拌和，應舍棄不用。
３.３ 施工
(１)ＴＫ界面劑的涂刷。抹砂漿之前，在工作基面上涂刷聚合物界面改性劑，涂刷時應均勻，不得有漏涂、流淌。
(２)ＴＫ砂漿抹面施工。待ＴＫ界面劑用手摸感到似粘非粘時，應立即抹砂漿，可采用機械噴涂或人工壓抹，操作速度要快，且朝一個方向，一次用力抹平，避免反復抹。
(３)如修補厚度超過３ｃｍ時，應分層施工。層與層之間應間隔４ｈ；對于破壞較深的部位(于５ｃｍ)，可先采用ＴＫ聚合物混凝土進行修補，養護３～５ｄ后，再抹ＴＫ砂漿。
ＴＫ砂漿適宜在５～３０℃的環境溫度下進行施工。如環境溫度超出此范圍，應根據實際情況對材料及配比進行調整。
３.４ 養護
用ＴＫ砂漿抹面后，應及時采用人工灑水并用塑料布或濕麻袋覆蓋養護，避免砂漿產生干縮裂縫，潮濕養護４８ｈ后，再涂刷ＴＫ防碳化劑，自然潮濕養護５ｄ。
３.５ 施工控制
(１)為保證ＴＫ砂漿的施工質量，必須建立、健全質量保證體系。施工人員應嚴格按操作程序，對各道工序進行檢查驗收。
(２)ＴＫ砂漿層外觀平整，層面與基底結合牢靠。
(３)在施工過程中按設計要求進行現場抽樣檢驗，必要時可現場進行鉆孔取芯試驗，以檢查其效果。
４ 施工注意事項
４.１ 清理基面，鑿除破損、松動的混凝土，噴砂(或用鋼刷)除銹和油污，使外露鋼筋表面無銹蝕，且混凝土表面粗糙。
４.２ 抹砂漿前２ｈ，用飲用水沖洗待修補部位，使混凝土表面處于飽和狀態，但表面不能有明水。
４.３ 人工修補時，無論采用機械噴涂還是人工抹砂漿，應朝一個方向使用抹刀，并且盡量一次抹完，避免來回抹。如修補厚度超過３ｃｍ時，應分層抹，層與層之間應間隔３～４ｈ，每層厚度不超過２ｃｍ。
４.４ 修補砂漿養護４８ｈ后再涂混凝土防碳化劑。
５ 結語
ＴＫ聚合物砂漿是一種質量可靠、價格低廉、施工方便，而且無毒環保性修補材料，可以提高混凝土的耐久性，延長建筑物的使用壽命，可以防止混凝土病害的繼續擴，對新建混凝土工程采取預防性措施。ＴＫ聚合物砂漿具有粘結強度高，干縮變形小，抗壓模量低，抗氯離子和硫酸鹽離子侵蝕能力強的特點，而且可顯著提高護筋阻銹能力，還具有一定的補償收縮性能。采用ＴＫ聚合物砂漿進行修補加固處理時，應根據當地的氣候條件、工程特點及施工進度合理組織施工。
（巖土）
１９９９年１２月～２０００年４月，筆者對淮海農場混凝土建筑物進行了全面調查，并用回彈儀測驗了建筑物的混凝土強度，用酸酞試液測驗了碳化深度。通過調查發現，現有混凝土建筑物耐久性不良。主要表現在：①混凝土碳化和裂縫問題普遍存在；②沿海地區鋼筋混凝土結構受氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕嚴重；③臨水混凝土表面凍融松散剝落破壞；④混凝土表面沖磨破壞、機械磨損、磨蝕破壞以及化學侵蝕；⑤堿骨料反應破壞等。這些問題嚴重影響混凝土建筑物壽命和外觀，甚至危及混凝土建筑物的正常運行和安全。為了提高混凝土建筑物的耐久性，延長建筑物的使用壽命，其后我們對淮海農場內的３座梁混凝土剝落且有露筋現象的公路橋、１５座出現面積混凝土碳化且鋼筋銹蝕嚴重的農田排灌泵站的工作橋、５座出現面積混凝土剝落、碳化和鋼筋銹蝕嚴重的節制閘機架橋等工程采用ＴＫ聚合物砂漿(由水利部天津水利水電勘測設計研究院科學研究所研制)進行修補加固，總面積達３０５０ｍ２，防碳化噴涂面積約３４００ｍ２。經過現場檢查驗收，沒有發現因材料或施工原因而出現裂縫現象，防碳化涂層沒有發現脫落起皮現象。在施工中，我們曾對只有３ｄ齡期修補砂漿進行鑿除檢查，結果鑿除的砂漿普遍能粘下老混凝土面。經過２ａ的多次運行，沒有發現脫落和出現裂縫現象，這說明ＴＫ聚合物砂漿是一種理想的修補材料。
２ ＴＫ聚合物砂漿的主要性能及適用范圍
ＴＫ聚合物砂漿是一種新型的混凝土表面修補材料，是以少量水溶性聚合物改性劑，再摻入一定量的活性成分、膨脹成分而配制成的ＴＫ聚合物防滲、防碳化、防腐砂漿。由于聚合物及活性成分的摻入，改善了聚合物水泥砂漿的物理、力學及耐久性能。主要體現在：
(１)活性作用。聚合物乳液中有表面活性劑，能夠起減水作用。同時對水泥顆粒有分散作用，改善砂漿和易性，降低用水量，從而減少水泥的毛細孔等有害孔，提高砂漿的密實性和抗滲透能力。
(２)橋鍵作用。聚合物分子中的活性基因與水泥水化中游離的Ｃａ２＋、Ａｌ３＋、Ｆｅ２＋等離子進行交換，形成特殊的橋鍵，在水泥顆料周圍發生物理、化學吸附，成連續相，具有高度均一性，降低了整體的彈性模量，改善了水泥漿物理的組織結構及內部應力狀態，使得承受變形能力增加，產生微隙的可能性減少。即使產生微裂隙，由于聚合物的橋鍵作用，也可限制裂縫的發展。
(３)充填作用。聚合物乳液迅速凝結，形成堅韌、致密的薄膜，填充于水泥顆粒之間，與水泥水化產物形成連續相填充空隙，隔斷了與外界聯系的通道。
總之，ＴＫ聚合物的活性作用、橋鍵作用、充填作用改善了硬化水泥漿體的物理結構及內應力，降低了整體的彈性模量、減少用水量、改善了硬化水泥漿體內部毛細孔等有害孔，從而提高了砂漿的粘結、抗裂、抗滲及抗腐蝕等性能。ＴＫ聚合物砂漿性能指標如表１所示。
從表１可以看出，與普通砂漿相比，ＴＫ聚合物砂漿具有抗拉強度高、拉壓彈性模量低、干縮變形小、抗凍、抗滲、抗沖耐磨，與混凝土粘結強度高，具有一定的彈性，抗裂性能高。與環氧砂漿相比，還具有施工工藝簡單、操作方便、無毒、成本低(是環氧砂漿的１／３～１／５)等優點。適用于水工、港工、公路、交通及地下工程的混凝土建筑物因碳化、空蝕、凍融破壞及化學侵蝕而引起的混凝土表層開裂、剝蝕等混凝土表面薄層修補，可直接用于防滲、防腐、防碳化工程，也可用于建筑瓷磚粘貼和衛生間防滲。
３ ＴＫ聚合物砂漿施工及質量控制
采用ＴＫ聚合物砂漿進行修補加固處理時，應根據當地的氣候條件、工程特點及施工進度合理組織施工。施工流程為：舊混凝土鑿毛→噴砂(或用鋼刷)除銹(污)→涂刷鋼筋防銹劑→用清水沖洗飽和→基面涂刷ＴＫ界面劑→抹ＴＫ聚合物砂漿→養護→涂防碳化劑。
３.１ 基底處理
(１)鑿毛。為確保ＴＫ聚合物砂漿與基底混凝土具有良好的粘結，一般用鋼絲刷或噴砂方法清除表面浮層污物(有油漆或油脂污染部位用丙酮洗刷)。如基面松動嚴重，應采用人工鑿毛方法，鑿掉破損的混凝土，使基底露出堅硬、牢固的混凝土面，鑿毛必須徹底全面，但也不宜深度過，以免破壞了未碳化和損破的混凝土。如果鋼筋銹蝕外露，還應對鋼筋表面進行除銹，并涂刷鋼筋防銹劑。
(２)飽和。對鑿除的混凝土表面，采用高壓水槍(采用飲用水)將碎屑、灰塵沖洗干凈，并連續、均勻地噴灑，使表層混凝土達到飽和狀態，且表面無明水。
３.２ 砂漿的配制
根據選用的原材料、設計技術及施工和易性要求事先進行試拌。現場可用砂漿攪拌機拌和或人工拌和，其各組分的配比用量必須嚴格控制。
先將稱好的水泥、砂攪拌均勻，再將稱好的ＴＫ改性乳液、活性劑及其他外加劑和水混合后加入，充分攪拌均勻即可。各組分配比必須嚴格控制。若人工拌和，宜在鐵皮板上進行，以防止拌和水流失，造成因砂漿水灰比改變而影響砂漿的和易性，拌和水應采用飲用水。
每次拌和砂漿的方法應根據砂漿施工的進度確定。拌和成的砂漿存放的時間不宜超過４５ｍｉｎ。若拌成砂漿未及時使用而出現干硬現象，不能再加水重新拌和，應舍棄不用。
３.３ 施工
(１)ＴＫ界面劑的涂刷。抹砂漿之前，在工作基面上涂刷聚合物界面改性劑，涂刷時應均勻，不得有漏涂、流淌。
(２)ＴＫ砂漿抹面施工。待ＴＫ界面劑用手摸感到似粘非粘時，應立即抹砂漿，可采用機械噴涂或人工壓抹，操作速度要快，且朝一個方向，一次用力抹平，避免反復抹。
(３)如修補厚度超過３ｃｍ時，應分層施工。層與層之間應間隔４ｈ；對于破壞較深的部位(于５ｃｍ)，可先采用ＴＫ聚合物混凝土進行修補，養護３～５ｄ后，再抹ＴＫ砂漿。
ＴＫ砂漿適宜在５～３０℃的環境溫度下進行施工。如環境溫度超出此范圍，應根據實際情況對材料及配比進行調整。
３.４ 養護
用ＴＫ砂漿抹面后，應及時采用人工灑水并用塑料布或濕麻袋覆蓋養護，避免砂漿產生干縮裂縫，潮濕養護４８ｈ后，再涂刷ＴＫ防碳化劑，自然潮濕養護５ｄ。
３.５ 施工控制
(１)為保證ＴＫ砂漿的施工質量，必須建立、健全質量保證體系。施工人員應嚴格按操作程序，對各道工序進行檢查驗收。
(２)ＴＫ砂漿層外觀平整，層面與基底結合牢靠。
(３)在施工過程中按設計要求進行現場抽樣檢驗，必要時可現場進行鉆孔取芯試驗，以檢查其效果。
４ 施工注意事項
４.１ 清理基面，鑿除破損、松動的混凝土，噴砂(或用鋼刷)除銹和油污，使外露鋼筋表面無銹蝕，且混凝土表面粗糙。
４.２ 抹砂漿前２ｈ，用飲用水沖洗待修補部位，使混凝土表面處于飽和狀態，但表面不能有明水。
４.３ 人工修補時，無論采用機械噴涂還是人工抹砂漿，應朝一個方向使用抹刀，并且盡量一次抹完，避免來回抹。如修補厚度超過３ｃｍ時，應分層抹，層與層之間應間隔３～４ｈ，每層厚度不超過２ｃｍ。
４.４ 修補砂漿養護４８ｈ后再涂混凝土防碳化劑。
５ 結語
ＴＫ聚合物砂漿是一種質量可靠、價格低廉、施工方便，而且無毒環保性修補材料，可以提高混凝土的耐久性，延長建筑物的使用壽命，可以防止混凝土病害的繼續擴，對新建混凝土工程采取預防性措施。ＴＫ聚合物砂漿具有粘結強度高，干縮變形小，抗壓模量低，抗氯離子和硫酸鹽離子侵蝕能力強的特點，而且可顯著提高護筋阻銹能力，還具有一定的補償收縮性能。采用ＴＫ聚合物砂漿進行修補加固處理時，應根據當地的氣候條件、工程特點及施工進度合理組織施工。
（巖土）
