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- 高抗冻薄壁砂浆在混凝土修补与加固中的研究与应用
| 高抗冻薄壁砂浆在混凝土修补与加固中的研究与应用
梁龙 （北京琦正德科技有限责任公司 北京102600）
摘 要：冻融剥蚀混凝土表面砂浆修复的技术难点，在于砂浆修复层的抗冻性能否满足实际抗冻需要。尤其是对于厚度小于1cm的薄壁修复砂浆。因为其厚度较薄，更容易吸水饱和，冻害更容易发生，其抗冻能力是否合格是评判维修效果一个关键指标。结合大庆某热电厂冷却塔维修项目，从室内试验到工程应用，解决了薄壁修修复砂浆抗冻性问题。抗冻等级最高达到f1000次。该项目的开展为混凝土薄壁抗冻维修提供了宝贵的经验。 关键词：混凝土；抗冻性；薄壁维修；冻融剥蚀
research and application of high freeze-resistant thin-walled mortar in concrete repair and reinforcement abstract:technical difficulties in repairing surface mortar of freeze-thaw denudation concrete is whether the frost resistance of mortar repair layer can meet the actual frost resistance needs.especially for thin-walled reapir mortar with a thickness of less than 1 cm。because of its thinner thickness ,and it is easier to absorb water saturation,so freezing damage is more likely to occur.whether its antifreeze ability is qualified is a key index to judge the maintenance effect.combined with daqing one thermal power plant cooling tower maintenance project,from indoor testing to engineering applications,the problem of frost resistance of concrete thin-walled maintenance mortar was solved successfully.the highest level of frost resistance reached f1000!the development of this project provides valuable experience for concrete thin-walled anti-freezing maintenance. key words: concrete anti-freezing thin-walled maintenance free-thaw denudation
冻融破坏是我国东北、西北和华北地区混凝土建筑物在运行过程中产生的主要病害之一1。初期混凝土冻融剥蚀，只是表面砂浆层的剥落，因为缺乏了表层致密的砂浆层的保护，使得混凝土表层结构变得更加疏松，混凝土吸水率和孔隙率皆快速增加，如不加以制止，这种劣化的速度会加速发展，引起钢筋锈蚀，直至混凝土强度的丧失，危及整个建筑结构的运行安全。依据全寿命经济分析法（lcca）及2000年国务院发布的《建设工程质量管理条例》第279号令，对建筑结构的设计寿命提出明确要求2。为了保证建筑结构安全，出现冻融剥蚀的混凝土需得到快速有效的治理。
冻融剥蚀混凝土的修复，由于剥蚀面深浅不一，采用的方法也不相同：对于冻融剥蚀严重的混凝土，比如出现露筋、锈蚀等严重剥蚀情况的，需要对混凝土结构的受力情况重新进行测算，然后采用碳纤维或粘钢等方法对混凝土结构进行补强加固。到了这一阶段的混凝土修复加固，不仅成本高，而且也存在安全隐患。所以对发生冻融剥蚀前期的混凝土做好防冻处理，即降低成本，又安全方便 。但冻融发生初期混凝土剥蚀情况是表面砂浆层剥落，剥蚀深度小于或等于1cm左右，若采用砂浆进行表面修复，尤其是修复层厚度小于1cm的薄壁修复砂浆，由于其薄更容易吸水饱和，所以薄壁砂浆的抗冻性是评判维修效果的一个重要指标。
大庆某热电厂冷却塔经过三个冬季的运行，混凝土表面出现冻融剥蚀，剥蚀深度1cm左右，拟先采用聚合物防冻砂浆进行表面修复，然后在砂浆表面涂刷混凝土抗冻融防剥蚀涂料作为提高混凝土抗冻性双层保护手段。这么设计的原因有两方面：一方面，砂浆面层保护了混凝土冻融剥蚀面，抗冻涂料更进一步提高了修复砂浆的抗冻等级，达到双层保护的效果。另一方面掩盖了原先混凝土冻融剥蚀留下的坑坑洼洼的痕迹，使整体维修效果更加美观。 如果用砂浆对混凝土冻融剥蚀面进行修复，砂浆修复保护层厚度不到1cm。不到1cm的砂浆修复层较难抵抗严寒地区的低温冻害而不发生剥蚀。因为小于1cm的薄壁砂浆更易达到饱和吸水状态，砂浆吸水率越高，抗冻性越差。薄壁修复的难点之二在于修复层与基层混凝土的粘结强度。如果粘结界面强度不够，冻融破坏会在新旧混凝土结合薄弱处首先发生作用，造成修复层的整体脱落。 在与设计院和相关材料专家学者共同研究的情况下，我们制定了薄壁修复抗冻砂浆的研究课题，以期解决困扰寒冷地区冷却塔混凝土冻融剥蚀修复难题。
2.1室内试验研究
2.1.1材料的选择 实验用抗冻修复砂浆和界面剂型号为：砼益佳-u585，抗冻涂料型号为：砼益佳-u587。 2.1.2.试验方案制定
图1 测试试件制备 figure1 preparation of test specimens
2.1.3试验数据
涂刷抗冻涂料与未涂刷抗冻涂料混凝土质量损失率测试结果对比见表1，混凝土动弹性模量损失率测试结果对比见表2，混凝土动弹性模量损失率趋势对比见图2 表1 混凝土质量损失率 table1 concrete quality loss rate
表2 混凝土动弹性模量损失率 table2 loss rate of dynamic elastic modulus of concrete
图2 涂刷抗冻涂料与未涂刷抗冻涂料混凝土动弹性模量损失率趋势对比图 figure2 comparison of the trend of loss rate of dynamic elastic modulus of concrete with brush antifreeze coating and non-painted anti-freeing coating
2.1.4试验数据分析： 未涂刷抗冻涂料的抗冻试件，在冻融循环150次时，混凝土出现冻酥破损现象，冻害是从切割的光滑面开始的。但即使出现严重的剥蚀现象，涂刷界面剂的一侧和界面剂加修复砂浆的一侧，并未出现修复层剥落现象，说明界面剂和砂浆即使在混凝土发生冻融剥蚀的情况下仍未与混凝土发生剥离，优于混凝土自身的抗冻性。未涂刷抗冻涂料的混凝土在f150次冻融循环试验效果见图3 涂刷抗冻涂料的混凝土试件，在抗冻等级达到f1000次时，质量损失率几乎为零。见图4。观察发现，无论是混凝土切割面，界面剂涂刷面还是砂浆修复面都未出现任何开裂剥蚀痕迹。说明抗冻涂料在提高修复砂浆抗冻性的辅助作用明显。
图3 未涂刷抗冻涂料混凝土冻融循环f150次试验图片 figure3 unpainted concrete reached f150
图4 涂刷抗冻涂料混凝土冻融循环f1000次试验图片 figures painted concrete reached f1000 2.2实际工程应用 为检验试验数据对于真实工程的应用效果，2018年，我们在厂区的冷却塔冻融剥蚀的梁柱上做了实际应用检测，具体工艺流程及经过一个冬季运行效果对比见图5-图10：
经过一个冬季的冻融循环，冷却塔淋水柱的修复砂浆虽然只有不到1cm的厚度，但没有出现任何剥落痕迹，砂浆修复表面光滑，没有任何冻融剥蚀现象，工程应用效果与试验数据一致。 3.结论：
寒区混凝土薄壁修复的技术难点在于：不足1cm的修复保护层既要满足修复如初的外观要求，又要起到保护混凝土，提高其抗冻性的技术指标。此次研究工作，使薄壁砂浆的抗冻能力提高到f1000次抗冻等级，并且在工程实践应用中，取得了与试验结果一致的效果。经过一个冬季的运行，修复过的冷却塔梁柱外表面薄壁砂浆保持完整，未出现脱落，开裂，剥蚀的痕迹。后期的监测还会持续进行。 小于1cm的薄壁修复砂浆的抗冻性研究，为寒区混凝土抗冻融剥蚀的修复提供了技术依据和有效的k8凯发天生赢家的解决方案，提高了冷却塔建筑结构的耐久性，增加了结构使用寿命，为后期的安全运行提供了保障。
参考文献
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