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    技术交流

    表面防护材料在水工混凝土中的应用

表面防护材料提高混凝土冻融技术研究及应用

马智法1  隋伟1 郭洪娟2  梁龙3  王德库1  

1中水东北勘测设计研究有限责任公司 2吉林精诚工程检测有限公司3北京琦正德科技有限责任公司)

 :混凝土冻融是混凝土面临的主要破坏形式,直接影响混凝土耐久性,混凝土表面防护材料可阻断水分的渗透通道,理论上破坏了混凝土发生冻融的环境条件。本文通过不同水灰比混凝土冻融试验和具体工程案例,论证了表面防护材料提高混凝土抗冻性能的可行性

关键字冻融  表面防护材料  修补

1 引言

近几十年来,混凝土结构的耐久性问题已成为土木工程研究中的热点,其对国民经济的社会效益和经济效益及对工程安全的重要性愈来愈被人们所重视。对混凝土结构破坏影响最严重的两个因素就是钢筋锈蚀和冻融破坏,尤其是在寒冷地区,冻融环境作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一,所以,混凝土的抗冻融性能成为了混凝土耐久性的一项重要指标,同时也逐渐成为了混凝土耐久性研究工作的重中之重。

冻融循环引起混凝土的老化、破坏有两种形式:表面剥落和内部开裂。这两种破坏形式由不同的原因导致,是不同时期的冻融破坏问题。破坏的主要原位是由于水分的存在,混凝土内渗透压增大,饱和度提高,结冰压增大,加剧了混凝土的受冻破坏。混凝土受冻后内部开裂的原因是孔隙内溶液结冰膨胀,作用于孔隙壁,由此导致微裂缝的出现。混凝土表面防护材料可阻断水分向混凝土内部渗透通道,使混凝土没有冻融破坏环境。

2混凝土表面防护研究现状

混凝土结构的防护,可以有多种方法,从原料开始控制,选择优质砂石和外加剂、优化配比来提高自身性能;通过添加多种外加剂改善混凝土的微观结构;或者是在结构表面喷涂或涂抹防护层,均是通过提高混凝土自身的密实度与抗渗性达到防护效果。一般来说,混凝土用表面防护材料可大致分为三类:第一类为表面封闭材料,多为大分子材料;第二类为混凝土孔密实剂;第三类为孔隙内壁防水膜形成材料。

本文采用的涂料砼益佳-u587”属于第二类材料形式,为一种络合物纳米材料,其作用机理是改善混凝土孔壁结构,通过活化反应,将有害于混凝土的毛细孔隙转化为有益于混凝土的凝胶孔,进而提高混凝土耐久性,尤其是抗冻性能。

3 涂层材料混凝土冻融试验

为了研究涂刷砼益佳-u587”改善混凝土抗冻性能的效果,进行了4个水灰比混凝土配合比的对比试验。通过测试空白和涂刷“砼益佳-u587”在冻融后的质量损失和动弹模变化来研究涂料的抗冻融性能。

3.1试验步骤

1)成型试验混凝土试件,设计3组水灰比不同的混凝土配合比,通过调整减水剂掺量控制混凝土和易性状态,见表1。各水灰比混凝土配合比分别制备2组混凝土冻融、1组抗压强度试件,成型后试件置于标准养护室,24小时脱模,继续置于养护室养护28天。

1                     混凝土试件配合比

水灰比

材料用量/(kg/m3)

坍落度/cm

含气量/%

用水量

水泥

粉煤灰

减水剂

0.55

140

191

64

795

1193

2.54

7.8

2.1

0.45

138

307

0

778

1252

3.07

7.5

1.9

0.40

138

394

0

708

1244

3.94

7.0

1.7

2)各水灰比取出其中1组冻融试件,自然风干2天,涂刷“砼益佳-u587”,自然状态放置7天,另外1组冻融试件再继续养护9天,而后2组冻融试件同时水中浸泡4天。

3)冻融试件按快速冻融试验—《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》gb/t 50082-2009规定中的快冻法开展试验。试验用全自动混凝土快速冻融系统,时间参数为:冷冻时间110 min,融解时间80 min,冷、热液回流时间10 min。冻融过程中,冻融箱内液体温度在-20   20℃,混凝土试块中心温度在(-18±2)℃~(5±2) 之间变化。

4)根据研究要求,在050100150200250300… 次冻融循环时,采用超声波测试计算 100 mm×100 mm×400 mm 混凝土试块的横向基频,以反映试件内部损伤的变化趋势。每次测量前应先将试件表面浮渣清洗干净,并擦干表面水分,检查其外部损伤并称量试件的质量。

2.2试验结果

1)水灰比为0.55混凝土抗冻试验数据。水灰比为0.55的混凝土空白试件与涂刷“混凝土益佳-587”的冻融数据统计结果见表2.

2                     水灰比为0.55混凝土抗冻试验数据

试件种类

剩余相对动弹模(%)/质量损失(%)

50

100

150

200

空白

68/4.0

破碎



涂刷“砼益佳-u587

96/0

96/0

95/0

62/0

由表2可以看出:未涂刷抗冻涂料的混凝土抗冻等级应为50次,涂刷抗冻涂料的混凝土抗冻等级达到f200次之间,涂刷抗冻涂料的混凝土抗冻等级比未涂刷的混凝土抗冻增加150次,提高混凝土抗冻性能300%。

2)水灰比为0.45混凝土抗冻试验数据。水灰比为0.45的混凝土空白试件与涂刷“混凝土益佳-587”的冻融数据统计结果见表3

3                     水灰比为0.45混凝土抗冻试验数据

试件种类

剩余相对动弹模(%)/质量损失(%)

50

100

150

200

250

空白

93/1.0

91/1.2

破碎

/

/

涂刷“砼益佳-u587

98/0

92/0

83/0

72/0

62/1

由表3可以看出:水灰比0.45配比的混凝土抗冻性动弹性模量损失率对比如下:未涂刷抗冻涂料的混凝土抗冻等级应为f100,涂刷抗冻涂料的混凝土抗冻等级超过f250,涂刷抗冻涂料的混凝土比未涂刷的混凝土抗冻次数增加150次,提高混凝土抗冻性能150%

3)水灰比为0.35混凝土抗冻试验数据。水灰比为0.35的混凝土空白试件与涂刷“混凝土益佳-587”的冻融数据统计结果见表4

4                     水灰比为0.35混凝土抗冻试验数据

试件种类

剩余相对动弹模(%)/质量损失(%)

100

200

300

400

600

空白

94/0.5

93/0.8

破坏

/

/

涂刷“砼益佳-u587

98/0

98/0

97/0

81/0

63/2

由表4可以看出:在冻至f300次时,未涂刷抗冻涂料的混凝土试件破坏结束试验,涂刷抗冻涂料的混凝土达到f700冻融试验要求,较空白试件增加抗冻次数400 次,提高混凝土抗冻性能100%

3.3结果分析

通过上述试验可以看出,砼益佳-u587”可以明显提混凝土抗冻性能,尤其可大幅度提升高水灰比混凝土混凝土抗冻性。达到冻融破坏后,与空白试件比较而言,质量损失较少,无明显破坏发生,试件依旧基本保持完整。

4工程应用

华能大庆热电厂,位于黑龙江省大庆市,经过三个冬季的运行,混凝土表面出现冻融剥蚀现象,工程管理单位要求,就混凝土抗冻补强进行施工。现场检测发现,混凝土冻融剥蚀深度不到1cm。利用混凝土益佳-u578砂浆进行表面修复,不到1cm的砂浆修复层既起到预防黑龙江严寒地区的冻害的作用,现工程运行多年,至今无任何破坏。

5结论及建议

1)涂刷抗冻涂料砼益佳-u587的混凝土较未涂刷抗冻涂料,大幅度提高混凝土抗冻性能,冻融试验过程中动弹性模量损失率下降缓慢,而未涂刷的动弹性模量损失率下降趋势较快。

2)工程应用说明抗冻涂料砼益佳-u587能显著提高混凝土抗冻性,延长混凝土结构使用寿命。

3)现阶段我国尤其水电开发较早的东北地区,很多水利工程进入老龄化,伴随主要的缺陷形式即为“冻融剥蚀”,利用涂层材料进行冻融剥蚀修复,具有施工简单、不影响工程正常运行、投资少等优点,是未来一段时间水工混凝土修补的一个主要方向。


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