聚合物砂浆在混凝土表面修补加固中的应用

　　摘　要　TK聚合物砂浆是一种新型的混凝土表面修补加固材料，具有粘结强度高、干缩变形小、抗压模量低，抗氯离子和硫酸盐离子侵蚀能力强的特点，而且可显著提高护筋阻锈能力，还具有一定的补偿收缩性能，同时价格比同类产品低。本文结合江苏省淮海农场多个混凝土建筑物工程现场修补加固和防碳化喷涂实例，介绍了TK聚合物砂浆的主要性能、使用范围和TK聚合物砂浆施工质量控制方法，并提出施工过程中的注意事项。

　　关键词　TK聚合物砂浆　混凝土表面　修补加固　施工方法　质量控制　注意事项

　　1　概况

　　1999年12月～2000年4月，笔者对淮海农场混凝土建筑物进行了全面调查，并用回弹仪测验了建筑物的混凝土强度，用酸酞试液测验了碳化深度。通过调查发现，现有混凝土建筑物耐久性不良。主要表现在：①混凝土碳化和裂缝问题普遍存在;②沿海地区钢筋混凝土结构受氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀严重;③临水混凝土表面冻融松散剥落破坏;④混凝土表面冲磨破坏、机械磨损、磨蚀破坏以及化学侵蚀;⑤碱骨料反应破坏等。这些问题严重影响混凝土建筑物寿命和外观，甚至危及混凝土建筑物的正常运行和安全。为了提高混凝土建筑物的耐久性，延长建筑物的使用寿命，其后我们对淮海农场内的3座大梁混凝土剥落且有露筋现象的公路桥、15座出现大面积混凝土碳化且钢筋锈蚀严重的农田排灌泵站的工作桥、5座出现大面积混凝土剥落、碳化和钢筋锈蚀严重的节制闸机架桥等工程采用TK聚合物砂浆(由水利部天津水利水电勘测设计研究院科学研究所研制)进行修补加固，总面积达3050m2，防碳化喷涂面积约3400m2.经过现场检查验收，没有发现因材料或施工原因而出现裂缝现象，防碳化涂层没有发现脱落起皮现象。在施工中，我们曾对只有3d龄期修补砂浆进行凿除检查，结果凿除的砂浆普遍能粘下老混凝土面。经过2a的多次运行，没有发现脱落和出现裂缝现象，这说明TK聚合物砂浆是一种理想的修补材料。

　　2　TK聚合物砂浆的主要性能及适用范围

　　TK聚合物砂浆是一种新型的混凝土表面修补材料，是以少量水溶性聚合物改性剂，再掺入一定量的活性成分、膨胀成分而配制成的TK聚合物防渗、防碳化、防腐砂浆。由于聚合物及活性成分的掺入，改善了聚合物水泥砂浆的物理、力学及耐久性能。主要体现在：

　　(1)活性作用。聚合物乳液中有表面活性剂，能够起减水作用。同时对水泥颗粒有分散作用，改善砂浆和易性，降低用水量，从而减少水泥的毛细孔等有害孔，提高砂浆的密实性和抗渗透能力。

　　(2)桥键作用。聚合物分子中的活性基因与水泥水化中游离的Ca2+、Al3+、Fe2+等离子进行交换，形成特殊的桥键，在水泥颗料周围发生物理、化学吸附，成连续相，具有高度均一性，降低了整体的弹性模量，改善了水泥浆物理的组织结构及内部应力状态，使得承受变形能力增加，产生微隙的可能性大大减少。即使产生微裂隙，由于聚合物的桥键作用，也可限制裂缝的发展。

　　(3)充填作用。聚合物乳液迅速凝结，形成坚韧、致密的薄膜，填充于水泥颗粒之间，与水泥水化产物形成连续相填充空隙，隔断了与外界联系的通道。

　　总之，TK聚合物的活性作用、桥键作用、充填作用改善了硬化水泥浆体的物理结构及内应力，降低了整体的弹性模量、减少用水量、改善了硬化水泥浆体内部毛细孔等有害孔，从而大大提高了砂浆的粘结、抗裂、抗渗及抗腐蚀等性能。TK聚合物砂浆性能指标如表1所示。

　　从表1可以看出，与普通砂浆相比，TK聚合物砂浆具有抗拉强度高、拉压弹性模量低、干缩变形小、抗冻、抗渗、抗冲耐磨，与混凝土粘结强度高，具有一定的弹性，抗裂性能高。与环氧砂浆相比，还具有施工工艺简单、操作方便、无毒、成本低(是环氧砂浆的1/3～1/5)等优点。适用于水工、港工、公路、交通及地下工程的混凝土建筑物因碳化、空蚀、冻融破坏及化学侵蚀而引起的混凝土表层开裂、剥蚀等混凝土表面薄层修补，可直接用于防渗、防腐、防碳化工程，也可用于建筑瓷砖粘贴和卫生间防渗。

　　3　TK聚合物砂浆施工及质量控制

　　采用TK聚合物砂浆进行修补加固处理时，应根据当地的气候条件、工程特点及施工进度合理组织施工。施工流程为：旧混凝土凿毛→喷砂(或用钢刷)除锈(污)→涂刷钢筋防锈剂→用清水冲洗饱和→基面涂刷TK界面剂→抹TK聚合物砂浆→养护→涂防碳化剂。

　　3.1　基底处理

　　(1)凿毛。为确保TK聚合物砂浆与基底混凝土具有良好的粘结，一般用钢丝刷或喷砂方法清除表面浮层污物(有油漆或油脂污染部位用丙酮洗刷)。如基面松动严重，应采用人工凿毛方法，凿掉破损的混凝土，使基底露出坚硬、牢固的混凝土面，凿毛必须彻底全面，但也不宜深度过大，以免破坏了未碳化和损破的混凝土。如果钢筋锈蚀外露，还应对钢筋表面进行除锈，并涂刷钢筋防锈剂。

　　(2)饱和。对凿除的混凝土表面，采用高压水枪(采用饮用水)将碎屑、灰尘冲洗干净，并连续、均匀地喷洒，使表层混凝土达到饱和状态，且表面无明水。

　　3.2　砂浆的配制

　　根据选用的原材料、设计技术及施工和易性要求事先进行试拌。现场可用砂浆搅拌机拌和或人工拌和，其各组分的配比用量必须严格控制。

　　先将称好的水泥、砂搅拌均匀，再将称好的TK改性乳液、活性剂及其他外加剂和水混合后加入，充分搅拌均匀即可。各组分配比必须严格控制。若人工拌和，宜在铁皮板上进行，以防止拌和水流失，造成因砂浆水灰比改变而影响砂浆的和易性，拌和水应采用饮用水。

　　每次拌和砂浆的方法应根据砂浆施工的进度确定。拌和成的砂浆存放的时间不宜超过45min.若拌成砂浆未及时使用而出现干硬现象，不能再加水重新拌和，应舍弃不用。

　　3.3　施工

　　(1)TK界面剂的涂刷。抹砂浆之前，在工作基面上涂刷聚合物界面改性剂，涂刷时应均匀，不得有漏涂、流淌。

　　(2)TK砂浆抹面施工。待TK界面剂用手摸感到似粘非粘时，应立即抹砂浆，可采用机械喷涂或人工压抹，操作速度要快，且朝一个方向，一次用力抹平，避免反复抹。

　　(3)如修补厚度超过3cm时，应分层施工。层与层之间应间隔4h;对于破坏较深的部位(大于5cm)，可先采用TK聚合物混凝土进行修补，养护3～5d后，再抹TK砂浆。

　　TK砂浆适宜在5～30℃的环境温度下进行施工。如环境温度超出此范围，应根据实际情况对材料及配比进行调整。

　　3.4　养护

　　用TK砂浆抹面后，应及时采用人工洒水并用塑料布或湿麻袋覆盖养护，避免砂浆产生干缩裂缝，潮湿养护48h后，再涂刷TK防碳化剂，自然潮湿养护5d.

　　3.5　施工控制

　　(1)为保证TK砂浆的施工质量，必须建立、健全质量保证体系。施工人员应严格按操作程序，对各道工序进行检查验收。

　　(2)TK砂浆层外观平整，层面与基底结合牢靠。

　　(3)在施工过程中按设计要求进行现场抽样检验，必要时可现场进行钻孔取芯试验，以检查其效果。

　　4　施工注意事项

　　4.1　清理基面，凿除破损、松动的混凝土，喷砂(或用钢刷)除锈和油污，使外露钢筋表面无锈蚀，且混凝土表面粗糙。

　　4.2　抹砂浆前2h，用饮用水冲洗待修补部位，使混凝土表面处于饱和状态，但表面不能有明水。

　　4.3　人工修补时，无论采用机械喷涂还是人工抹砂浆，应朝一个方向使用抹刀，并且尽量一次抹完，避免来回抹。如修补厚度超过3cm时，应分层抹，层与层之间应间隔3～4h，每层厚度不超过2cm.

　　4.4　修补砂浆养护48h后再涂混凝土防碳化剂。

　　5　结语

　　TK聚合物砂浆是一种质量可靠、价格低廉、施工方便，而且无毒环保性修补材料，可以提高混凝土的耐久性，延长建筑物的使用寿命，可以防止混凝土病害的继续扩大，对新建混凝土工程采取预防性措施。TK聚合物砂浆具有粘结强度高，干缩变形小，抗压模量低，抗氯离子和硫酸盐离子侵蚀能力强的特点，而且可显著提高护筋阻锈能力，还具有一定的补偿收缩性能。采用TK聚合物砂浆进行修补加固处理时，应根据当地的气候条件、工程特点及施工进度合理组织施工。

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