焦 阳

(江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮安 223001)

混凝土碳化是水利、建筑、交通等行业中一种常见的现象。混凝土出现碳化的主要原因是混凝土标号低、长期的侵蚀等。混凝土碳化造成混凝土保护层厚度不满足要求，导致钢筋锈蚀，造成混凝土结构耐久性降低[1]，影响到水工建筑质量[2-4]。因此，对混凝土碳化深度进行检测是非常必要的。王金晶[5]认为混凝土碳化深度与时间关系密切，建立了混凝土碳化模型；张晓英等[6]认为混凝土碳化与混凝土强度等级有关，混凝土强度越高，抗碳化能力也越强。车轴河闸在长期使用中，混凝土老化现象严重，水闸功能缺失，因此，提出了除险加固设计，在此之前，进行混凝土碳化检测，为混凝土除险加固提供参考。

1 工程概况

车轴河闸位于灌云县，于1953年建成。由于埒子口淤积严重，导致车轴河闸排水不畅，当地政府先后于1999年、2010年实施两次车轴河分流，车轴河流域共200 km2面积涝水被分流调入五灌河入海，还余133 km2涝水需经过车轴河闸经埒子口排泄。车轴河闸闸身为钢筋混凝土结构，闸室总宽53.725 m，计8孔。底板为空箱式混凝土底板，其中右边1孔为通航孔，总宽7.200 m，其余7孔为排水孔，单孔净宽6.000 m，左边三孔共一块底板，宽19.800 m，中间四孔分别为二孔共一块底板，每块宽13.300 m，通航孔为上，下扉平面钢闸门，排水孔为孤形钢闸门，闸门均采用卷扬式启闭机，通航孔上、下扉闸门各由一台启闭机控制，闸上、下游翼墙为钢筋空箱结构。

2 混凝土碳化检测

2.1 混凝土碳化检测方法原理

酚酞试剂遇强碱变红，弱碱无色的特性是混凝土碳化深度检测的最主要原理。利用钢筋定位仪确定检测部位混凝土保护层厚度，并标示检测部位。在检测部位开孔并清理其中的粉尘后，立即使用浓度为1%的酚酞喷洒于孔内，变色深度即为混凝土碳化深度，使用高精度卡尺测量该深度。比较碳化深度与保护层厚度，分析钢筋是否位于混凝土有效保护层内[7-8]。

混凝土结构中钢筋锈蚀情况可以采用半电池电位法检测。“Cu+CuSO4饱和溶液”和“钢筋+混凝土”两个半电池组合形成全电池系统[9-10]。“Cu+CuSO4饱和溶液”的电位较为稳定，而钢筋锈蚀程度不同导致“钢筋+混凝土”半电池的电位变化较大。因此，钢筋的锈蚀情况可以根据组成的全电池的电位值来评价。对现场混凝土构件检测时，测区采用矩阵式布点。钢筋锈蚀判断方法见表1。同时，电位法检测结果可凿开验证，以准确评价钢筋锈蚀情况。

表1 钢筋锈蚀评价

2.2 混凝土碳化检测结果

该工程闸墩共检测10个构件，1#孔右闸墩、3#孔左闸墩、3#孔右闸墩、4#孔左闸墩、4#孔右闸墩、5#孔右闸墩、6#孔左闸墩、6#孔右闸墩、7#孔右闸墩、8#孔右闸墩；胸墙检测6个构件，1#孔胸墙、2#孔胸墙、3#孔胸墙、4#孔胸墙、5#孔胸墙、6#孔胸墙；下游翼墙立板检测6个构件，下游第一节左翼墙立板、下游第二节左翼墙立板、下游第三节左翼墙立板、下游第一节右翼墙立板、下游第二节右翼墙立板、下游第三节右翼墙立板。各构件混凝土碳化深度检测结果见表2。

表2 混凝土构件碳化深度检测结果

闸墩的碳化深度不均匀，其值在14～31 mm 之间，3#孔左闸墩、4#孔左闸墩、4#孔右闸墩、5#孔右闸墩混凝土碳化情况较为严重，钢筋保护层厚度不满足规范要求，经检测钢筋电位值<-350 mV，且凿开验证后，钢筋锈蚀较为严重，应对碳化混凝土进行处理。胸墙的碳化深度不均匀，其值在6～22 mm之间，混凝土保护层厚度满足要求，但应进行表面防护处理。下游翼墙立板的碳化深度不均匀，其值在14～23 mm 之间，经检测保护层厚度满足要求，对钢筋耐久性影响较小，可暂不进行处理。

3 碳化混凝土处理措施研究

3.1 碳化混凝土处理方法

根据检测结果，闸墩、胸墙、翼墙混凝土碳化情况不一，从轻度碳化到重度碳化。碳化较轻部位可不进行碳化处理，但由于该工程地处高盐地区，海水及盐雾对闸身及上下游混凝土表面的长期侵蚀，局部混凝土表面虽碳化较轻，但已经开始碳化，为了确保提高混凝土的耐久性及处理后外观的一致性，计划对水位变化区以上所有混凝土结构表面进行碳化处理，即水位1.0 m以上部分，经复核计算，总面积为3118.01 m2(轻度碳化面积2181.07 m2，重度碳化面积936.94 m2)；对于部分翼墙伸缩缝变大，中间填料已经剥落等现象，在缝内进行灌自密实混凝土处理。

针对混凝土碳化拟采用以下处理措施：针对碳化较为严重的区域，采用凿除修补处理，首先清除发生碳化的混凝土，使用环氧砂浆修补，达到原尺寸后与其他部位共同处理；轻度碳化区域，首先进行表面清理，然后与修补到原设计值的严重碳化区域共同处理。混凝土凿除后，使用高压水枪进行清理，并均匀喷洒，保证混凝土达到饱和。之后使用ME-4改性砂浆抹面，最后喷涂两遍环氧厚浆，涂层厚度大于160 μm。

3.2 碳化混凝土处理工艺

3.2.1 使用材料

(1)修补砂浆。使用ME-4型修补砂浆。该砂浆在普通水泥中加入ME-4型改性剂，可以提高水泥砂浆的各项性能。改性后的水泥砂浆黏性提高，与原混凝土之间的黏结强度更好。同时，改性后的水泥砂浆具有更好的抗裂、抗碳化、防渗、抗冻性能，在水工建筑混凝土修补工程中较为常用。

(2)H-S型环氧厚浆涂料。该类型涂料由多种成分组成，具有稳定性高、密封性能好、耐久性长等优势，在混凝土防碳化、冲刷中较为常用。

3.2.2 施工工艺

碳化混凝土修补施工顺序如下：基底处理→饱水湿润→砂浆配置→抹面施工→养护→喷涂环氧厚浆。具体要求如下：为了保证修补砂浆与原混凝土之间的黏结强度，采用喷砂法清除表层污染物，利用石英砂使得原混凝土表层出现一定的粗糙度，对于钢筋外露部位，应清除钢筋表层的锈蚀痕迹。砂浆配比如下：水泥与中砂按照1∶2比例配制，均匀搅拌后加入ME-4改性剂，之后添加建筑901胶充分搅拌，拌合后的砂浆宜在45 min 内使用完毕，逾期未用则应当舍弃。抹面施工应分两次，保证处理后的混凝土表面光滑，混凝土养护不应少于15 d。环氧厚浆按照甲、乙组分比7∶1 混合，待喷涂机压力达到要求后进行喷涂，枪距在30～50 cm 之间，速度在0.5～1.0 m/s；涂层应均匀、密实，厚度不少于160 μm。

4 结 语

采用酚酞试剂和半电池法检测车轴河闸混凝土碳化深度，闸墩混凝土碳化深度在14～31 mm之间；胸墙混凝土的碳化深度在6～22 mm之间；下游翼墙立板在14～23 mm之间；车轴河闸混凝土结构碳化程度不一，应采取不同的处理措施，针对碳化严重的区域采用凿除修补的方法，采用ME-4型修补砂浆、H-S型环氧厚浆涂料严格按照施工工艺进行施工，可以明显改善混凝土碳化现象，提高混凝土结构耐久性。