焦 陽
(江蘇省淮沭新河管理處,江蘇 淮安 223001)
混凝土碳化是水利、建筑、交通等行業(yè)中一種常見的現(xiàn)象?;炷脸霈F(xiàn)碳化的主要原因是混凝土標(biāo)號低、長期的侵蝕等?;炷撂蓟斐苫炷帘Wo層厚度不滿足要求,導(dǎo)致鋼筋銹蝕,造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低[1],影響到水工建筑質(zhì)量[2-4]。因此,對混凝土碳化深度進行檢測是非常必要的。王金晶[5]認為混凝土碳化深度與時間關(guān)系密切,建立了混凝土碳化模型;張曉英等[6]認為混凝土碳化與混凝土強度等級有關(guān),混凝土強度越高,抗碳化能力也越強。車軸河閘在長期使用中,混凝土老化現(xiàn)象嚴重,水閘功能缺失,因此,提出了除險加固設(shè)計,在此之前,進行混凝土碳化檢測,為混凝土除險加固提供參考。
車軸河閘位于灌云縣,于1953年建成。由于埒子口淤積嚴重,導(dǎo)致車軸河閘排水不暢,當(dāng)?shù)卣群笥?999年、2010年實施兩次車軸河分流,車軸河流域共200 km2面積澇水被分流調(diào)入五灌河入海,還余133 km2澇水需經(jīng)過車軸河閘經(jīng)埒子口排泄。車軸河閘閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),閘室總寬53.725 m,計8孔。底板為空箱式混凝土底板,其中右邊1孔為通航孔,總寬7.200 m,其余7孔為排水孔,單孔凈寬6.000 m,左邊三孔共一塊底板,寬19.800 m,中間四孔分別為二孔共一塊底板,每塊寬13.300 m,通航孔為上,下扉平面鋼閘門,排水孔為孤形鋼閘門,閘門均采用卷揚式啟閉機,通航孔上、下扉閘門各由一臺啟閉機控制,閘上、下游翼墻為鋼筋空箱結(jié)構(gòu)。
酚酞試劑遇強堿變紅,弱堿無色的特性是混凝土碳化深度檢測的最主要原理。利用鋼筋定位儀確定檢測部位混凝土保護層厚度,并標(biāo)示檢測部位。在檢測部位開孔并清理其中的粉塵后,立即使用濃度為1%的酚酞噴灑于孔內(nèi),變色深度即為混凝土碳化深度,使用高精度卡尺測量該深度。比較碳化深度與保護層厚度,分析鋼筋是否位于混凝土有效保護層內(nèi)[7-8]。
混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕情況可以采用半電池電位法檢測?!癈u+CuSO4飽和溶液”和“鋼筋+混凝土”兩個半電池組合形成全電池系統(tǒng)[9-10]?!癈u+CuSO4飽和溶液”的電位較為穩(wěn)定,而鋼筋銹蝕程度不同導(dǎo)致“鋼筋+混凝土”半電池的電位變化較大。因此,鋼筋的銹蝕情況可以根據(jù)組成的全電池的電位值來評價。對現(xiàn)場混凝土構(gòu)件檢測時,測區(qū)采用矩陣式布點。鋼筋銹蝕判斷方法見表1。同時,電位法檢測結(jié)果可鑿開驗證,以準確評價鋼筋銹蝕情況。
表1 鋼筋銹蝕評價
該工程閘墩共檢測10個構(gòu)件,1#孔右閘墩、3#孔左閘墩、3#孔右閘墩、4#孔左閘墩、4#孔右閘墩、5#孔右閘墩、6#孔左閘墩、6#孔右閘墩、7#孔右閘墩、8#孔右閘墩;胸墻檢測6個構(gòu)件,1#孔胸墻、2#孔胸墻、3#孔胸墻、4#孔胸墻、5#孔胸墻、6#孔胸墻;下游翼墻立板檢測6個構(gòu)件,下游第一節(jié)左翼墻立板、下游第二節(jié)左翼墻立板、下游第三節(jié)左翼墻立板、下游第一節(jié)右翼墻立板、下游第二節(jié)右翼墻立板、下游第三節(jié)右翼墻立板。各構(gòu)件混凝土碳化深度檢測結(jié)果見表2。
表2 混凝土構(gòu)件碳化深度檢測結(jié)果
閘墩的碳化深度不均勻,其值在14~31 mm 之間,3#孔左閘墩、4#孔左閘墩、4#孔右閘墩、5#孔右閘墩混凝土碳化情況較為嚴重,鋼筋保護層厚度不滿足規(guī)范要求,經(jīng)檢測鋼筋電位值<-350 mV,且鑿開驗證后,鋼筋銹蝕較為嚴重,應(yīng)對碳化混凝土進行處理。胸墻的碳化深度不均勻,其值在6~22 mm之間,混凝土保護層厚度滿足要求,但應(yīng)進行表面防護處理。下游翼墻立板的碳化深度不均勻,其值在14~23 mm 之間,經(jīng)檢測保護層厚度滿足要求,對鋼筋耐久性影響較小,可暫不進行處理。
根據(jù)檢測結(jié)果,閘墩、胸墻、翼墻混凝土碳化情況不一,從輕度碳化到重度碳化。碳化較輕部位可不進行碳化處理,但由于該工程地處高鹽地區(qū),海水及鹽霧對閘身及上下游混凝土表面的長期侵蝕,局部混凝土表面雖碳化較輕,但已經(jīng)開始碳化,為了確保提高混凝土的耐久性及處理后外觀的一致性,計劃對水位變化區(qū)以上所有混凝土結(jié)構(gòu)表面進行碳化處理,即水位1.0 m以上部分,經(jīng)復(fù)核計算,總面積為3118.01 m2(輕度碳化面積2181.07 m2,重度碳化面積936.94 m2);對于部分翼墻伸縮縫變大,中間填料已經(jīng)剝落等現(xiàn)象,在縫內(nèi)進行灌自密實混凝土處理。
針對混凝土碳化擬采用以下處理措施:針對碳化較為嚴重的區(qū)域,采用鑿除修補處理,首先清除發(fā)生碳化的混凝土,使用環(huán)氧砂漿修補,達到原尺寸后與其他部位共同處理;輕度碳化區(qū)域,首先進行表面清理,然后與修補到原設(shè)計值的嚴重碳化區(qū)域共同處理。混凝土鑿除后,使用高壓水槍進行清理,并均勻噴灑,保證混凝土達到飽和。之后使用ME-4改性砂漿抹面,最后噴涂兩遍環(huán)氧厚漿,涂層厚度大于160 μm。
3.2.1 使用材料
(1)修補砂漿。使用ME-4型修補砂漿。該砂漿在普通水泥中加入ME-4型改性劑,可以提高水泥砂漿的各項性能。改性后的水泥砂漿黏性提高,與原混凝土之間的黏結(jié)強度更好。同時,改性后的水泥砂漿具有更好的抗裂、抗碳化、防滲、抗凍性能,在水工建筑混凝土修補工程中較為常用。
(2)H-S型環(huán)氧厚漿涂料。該類型涂料由多種成分組成,具有穩(wěn)定性高、密封性能好、耐久性長等優(yōu)勢,在混凝土防碳化、沖刷中較為常用。
3.2.2 施工工藝
碳化混凝土修補施工順序如下:基底處理→飽水濕潤→砂漿配置→抹面施工→養(yǎng)護→噴涂環(huán)氧厚漿。具體要求如下:為了保證修補砂漿與原混凝土之間的黏結(jié)強度,采用噴砂法清除表層污染物,利用石英砂使得原混凝土表層出現(xiàn)一定的粗糙度,對于鋼筋外露部位,應(yīng)清除鋼筋表層的銹蝕痕跡。砂漿配比如下:水泥與中砂按照1∶2比例配制,均勻攪拌后加入ME-4改性劑,之后添加建筑901膠充分攪拌,拌合后的砂漿宜在45 min 內(nèi)使用完畢,逾期未用則應(yīng)當(dāng)舍棄。抹面施工應(yīng)分兩次,保證處理后的混凝土表面光滑,混凝土養(yǎng)護不應(yīng)少于15 d。環(huán)氧厚漿按照甲、乙組分比7∶1 混合,待噴涂機壓力達到要求后進行噴涂,槍距在30~50 cm 之間,速度在0.5~1.0 m/s;涂層應(yīng)均勻、密實,厚度不少于160 μm。
采用酚酞試劑和半電池法檢測車軸河閘混凝土碳化深度,閘墩混凝土碳化深度在14~31 mm之間;胸墻混凝土的碳化深度在6~22 mm之間;下游翼墻立板在14~23 mm之間;車軸河閘混凝土結(jié)構(gòu)碳化程度不一,應(yīng)采取不同的處理措施,針對碳化嚴重的區(qū)域采用鑿除修補的方法,采用ME-4型修補砂漿、H-S型環(huán)氧厚漿涂料嚴格按照施工工藝進行施工,可以明顯改善混凝土碳化現(xiàn)象,提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。