北美地铁车站防腐蚀修缮新技术和混凝土改善耐久性新认识.pdf

海外防水 重曩 曩 。 北 美 地 铁 车 站 防 腐 蚀 修 缮 新 技 术 和 混 凝 土 改善 耐 久 性 新 认 识 薛绍祖 ， 周云仙 ( 1 ． 上海地铁运营有限公司， 上海 2 0 0 0 7 0 ； 2 ． 上海烨加建筑防水材料有限公司， 上海 2 0 0 0 7 0 ) 笔者利用在北美考察 的机会 ， 收集了北美在地铁 车站 防腐蚀修缮新技术和混凝 土改善耐久性新认识 方面的相关资料， 予以编译， 借以推动、 启发国内同行 业 的技术进步。 1 地铁车站劣化混凝土补修 1 ． 1 工程概况 多伦多地铁 R u n n y m e d e地下车站 ，已建成使用 逾 4 O年。 该车站站厅层顶板与地面平齐 ， 顶板上建有 公交汽车站， 地上部分历经 4 0年风雨 ， 混凝土 自然劣 化 。2 0 1 3 年加拿大《 建筑施工》 杂志详细报道了该车 站的修缮情况。 R u n n y m e d e地铁 车站为三层结构 ， 地面一层 ， 即 车站顶盖是公交汽车站( 图 1 ) ； 地下一层是站厅层 ； 地下二层是地铁列车站台层。 这里主要介绍站厅层顶 板( 即地面公交汽车站区域) 劣化混凝土的修缮。 车站修缮前 ， 立柱混凝土开裂 、 剥落严重 ， 钢筋裸 露腐蚀 ； 地面经受冬季撒盐融冰 ， 混凝土损坏严重。 1 ． 2 劣化混凝土修缮 站厅层顶板( 即地面公交汽车站区域 ) 的混凝土 劣化严重 ， 是修缮的重点 。 顶板中埋设有电线 、 通讯等 多种管线 ， 不宜深度凿除劣化混凝土 ， 这是修缮置换 收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 1 0 — 3 0 作者简介： 薛绍祖 ， 高级工程师， 中国建筑防水协会专家委员， 原上海地铁运营有限公司副总工程师，长期从事隧道与地下 工程防水的设计、 施工、 工程管理， 防水材料试验研究， 化学注 浆等。E — m a i l ： s h a o z u x u e @1 2 6 ． t o m。 图 1 Ru n n y me d e地铁车站 旧混凝土的难点 。 设计方经过调查研究和结构安全度 验算 ， 构思了双层作法 的特殊设计 ， 见图 2 。 图 2原有结构和新设的复合构造 在面层内采用了 G F R P ( 玻纤增强聚合物 ) 筋 ， 解 决 了面层混凝土的防腐蚀 问题 。同时 ， 面层混凝土内 不埋设任何管线 ， 是考虑到若干年后面层磨损需再次 修缮时， 可放心地拆除置换。 这一创意构思， 值得国内 同行借鉴。 地面公交行车道 的面层 ， 北美以前的设计是采用 环氧树脂涂覆钢筋的防腐蚀措施 ， 沿用多年。实践证 明 ， 它只是延缓了钢筋 的腐蚀 时间； 而采用 G F R P增 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刺和剥离 ， 导致防水失效。 抵御混凝土水侵蚀 的另一种方法是 ， 在混凝土结 构内部设置“ 内膜防水屏障” 。 对这一方法的探索与工 程实践， 已有 2 0 年的历史。其核心技术是， 通过选择 可“ 降低混凝土渗透性的外加剂” ， 在混凝土本体内部 创建承受高静水压力的阻水机制 ， 形成“ 内膜防水屏 障” ， 代表产品是 K r y s t o l 防水外加剂( K I M o 2 - 2 美国混凝土学会的权威观点 美 国混 凝 土 学 会 2 o l o年 1 1月 发 布 的 A C I 2 1 2 ． 3 R 一1 0 《 混凝土化学外加剂公报》 ， 新增了第 1 5 章 “ 降低混凝土渗透性 的外加剂” ( P e r m e a b i l i t y — r e d u c i n g ． a d mi x t u r e s ) ， 首次将“ 内膜防水屏 障” 的概念 列入了国家规范文件 。该公报将“ 降低混凝土渗透性 的外加剂” 分为两个类别 ： 1 ) 承受静水压力混凝土构 筑物选用的外加剂， 简称为 P R A H； 2 ) 不承受静水压 力混凝土构筑物选用的外加剂 ， 简称为 P R A N。 P R A H类 适用于承受静水压力 的地下工程 ， 人 们习惯称为“ 防水外加剂 ” 。 它提供了高水准的阻水效 能 ， 适用于持续潮湿或浸没于水中的环境 。P R A H类 具充填混凝土孔隙的机制 ，甚 至可耐很 高的静水压 力 ， 主要应用于地下混凝土构筑物、 水池 、 隧道 、 水处 理设施等 。 P R A H类的组分 中含有亲水的结晶化学物 质， 可与水泥反应生成阻塞混凝土孔隙的物质； 或者 化学反应生成的聚合物“ 珠球” ， 在水压力作用下堵塞 混凝土的孔隙。有的 P R AH类 品种 ， 所含有的活性化 学物质可以沉积在混凝土的孔隙中， 当混凝土构筑物 产生裂缝 ， 渗入裂缝的水与沉积在混凝土 中的活性化 学物质发生化学反应 ， 形成新的结 晶沉积物堵塞裂缝 止水 。 这一过程增强 了混凝土微细裂缝的 自愈密封能 力。 对混凝土直接施加水压 ，可以检验掺加 P R A H 类混凝土的防水效能 。适用的试验方法有 ： 1 ) 美 国军 方工程 c R D —c 4 8 《 混凝土渗水标准测试方法》 ； 2 ) 欧 洲试验方法， 英国 B S E N l 2 3 9 O 一8 《 硬化混凝土施加 海外 防水 一 压力水 的渗透深度检测》 ； 3 ) 欧洲试验方法 ， 德国 D I N 1 0 4 8 —2 《 硬化混凝土复合物的测试》 。 P R A N类 ， 适用于不承受静水压力 的混凝土构筑 物 ， 习惯称为“ 防潮外加剂” 。大多数 P R A N类品种含 有憎水化学物质 ， 具有拒水和减少水分吸入混凝土的 功能 。憎水的化学组分可以是 ： 各种皂类 、 油类 、 长链 脂肪酸衍生物。另一 P R A N类品种， 是磨细的固体粉 料 ， 有滑石粉 、 膨润土 、 胶态氧化硅 、 硅酸钠 ( 水玻璃 ) 等。P R A N类尽管不及 P R A H类的功效 ， 时常被人们 称为“ 致密剂” ， 但它还是具有充填孔隙、 阻滞水分渗 入的作用。 P R A N类 的检验 ，采用无静水压力的吸水试验 方法 ， 包括 ： 1 ) 美国 A S T M C l 5 8 5 《 水工水泥混凝土吸 水 比率量测方法标准》 ； 2 ) 英国 B S E N 1 8 8 1 —1 2 2 《 混 凝土试验部分 1 2 2 ：吸水率测定方法》 。需要提醒的 是 ，这些 吸水试验方法用于评判 P R A H类是不可靠 的， 因为它们不是在有压力水作用下进行的。 “ 降低混凝土渗透性的外加剂”不能应用于素混 凝土。混凝土必须充分凝 固和经过正规养护到达龄 期 ， 方可进行检测试验。 2 - 3 混凝土化学外加剂 A C I 2 1 2 ． 3 R 一1 0 《 混凝土化学外加剂公报》 将化 学外加剂划分为 1 3个类别 ， 即加气剂 、 促凝剂 、 减水 缓凝剂 、 泵送剂 、 速凝剂 、 防冻剂 、 早强剂 、 缓凝控制 剂 、 膨胀剂 、 阻锈剂 、 拟制碱集料反应 的有机锂制剂 、 降低混凝土渗透性外加剂和综合杂项( 如着色剂等) 。 其中“ 降低混凝土渗透性外加剂” 新版公告首次新增， 包括防水剂 、 防潮剂。化学外加剂是 日常用于现浇混 凝土和混凝土预制工业的重要材料 ， 其特性和组分见 表 1 。 几种化学外加剂掺人混凝土后， 降低渗透系数的 效果见表 2 。因化学外加剂的类别不同， 空白比较的 基准混凝土渗透系数也不同。 ( 下转第 4 5页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表面处理如喷砂或底涂十分关键。 大多数失败的聚脲 涂料项 目 几乎都与聚脲本身无关， 而是由不适当或很 差的表面处理引起的。 施 工 用作防水 的大多数聚脲采用多组分喷涂设备施 工。一般装备的是双组分系统， 氨基树脂混合物和异 氰酸盐材料分装在 5 0加仑桶 内。工地上施工时 ， 从 5 0加仑桶分送到喷涂设备的罐体里 ，并加热至适 当 的温度( 6 O 一 7 1 ℃) ， 然后将异氰酸盐和多元醇树脂通 海外防水 过加热的软管送到喷枪。严格控制二者的 比例 ， 通常 为 1 ： 1 。 聚脲的固化时间以秒计 ， 因而这些化学物质只有 在离开喷枪前的瞬间才能混合 ， 否则会在喷枪内固化 变硬。 有些制造商 出售移动式成套喷涂装置 ， 包括所有 的工具和设备 ， 装在拖车或货车车厢上。 ( 肖 石 摘译 自Wa t e r p r o o f Ma g a z i n e ， F a 1 1 2 0 1 4 ) ； i i E ； iE ! i i ； i ! ii !i ! ! j ； ! |i ； i ； ! !| j i !! ! ji j !! ；i ；! !! ；； i! !； E ；； ! i ； ；； ! !!； ；； ； ；!! ( 上接 第4 3页) 1 9 9 0 年代进人中国市场后，推动了中国此类产品的 表 1 化学外加剂的特性和组分( 仅摘录 降低混凝土渗透性外加剂 ) 夕 力 Ⅱ 剂类另 0 外加剂功效 外加剂组分 长链脂肪酸衍生物 ( 硬脂 降低混 凝土渗透 性外 大多 数 P R A N类 酸、 油酸 、 辛 酸 、 癸 酸 ) ， 皂 加剂：不承受静水压 品种含有憎水化 类和油类( 油脂、 豆油) ， 石 力混凝 土构筑物 选用 学物 质 ，拒水 和 油衍 生物 ( 矿物油 、 石 蜡 、 的 外 加 剂 ，简 称 为 减少 水分 吸入混 沥青乳液 ) ， 磨 细的固体粉 P R AN 凝土 。 料 ( 硅 酸钠 、 膨润 土 、 滑石 粉 ) 。 降低混凝土渗透性外 降低混凝土渗透 结 晶亲水性聚合物 ( 胶 加剂 ：承受静水 压力 性 ，具 有在静 水 乳 、 水溶 性或 液 体聚 合 混凝 土构筑物选 用 的 压力 下 ，阻 止水 外加剂 ， 简称为 P R AH 分渗入的性能。 物) 表 2 化学外加剂掺入混凝土后降低渗透系数的效果 基准混凝土渗 试验混凝土渗 降低渗透效应 外加剂 品种 透系数， ( c m／ s ) 透系数／ ( c m／ s ) ／ ％ 结晶型材料 4 ． 2 9 x 1 0 1 ． 2 8 x 1 0 一 7 0 胶态硅 1 ．9 8 x 1 0 一 1 ． 6 1 1 0 一 1 9 水溶 性聚合物 2 ．2 3 x 1 0— 1 ． 1 4x 1 0 — 4 9 阻塞材料 2 ． 4 评议与感言 美 国 混 凝 土 学 会 2 0 1 0年 1 1月 发 布 A C I 2 1 2 ． 3 R 一1 0 《 混凝土化学外加剂公报》 后 ， 加拿大凯 顿 、 赛柏斯和美国膨 内传三家公司总部 ， 都在 自己的 网站上作 了报道 ， 同时将 自己的产品按公报的新划分 方法进行重新归类和给予说明。 这三家的 “ 降低混凝土渗透性外加剂”产品于 生产与应用， 中国也在此基础上制定了该类产品的国 家标准 G B 1 8 4 4 5 --2 0 0 1《 水泥基渗透结晶型防水材 料 》 ； 2 0 1 3年 1 1月 1 1 3新修 订 的 G B 1 8 4 4 5 --2 0 1 2 《 水泥基渗透结晶型防水材料》 正式实施。 中国标准的 特色是， 它的混凝土抗渗性能指标与试验方法更能直 接监测该类材料 的“ 渗透结晶” 特性 。 2 0 1 2年 6月 ，世界贸易组织技术性贸易壁垒委 员会曾将 G B 1 8 4 4 5 (( 水泥基渗透结晶型防水材料》 标 准的修订通报成员国，征求意见。然而，中国的G B 1 8 4 4 5 --2 0 1 2《 水泥基渗透结晶型防水材料》标准信 息， 未见诸凯顿、 赛柏斯、 膨内传三家公司总部网站的 报 道 。美 国混凝 土学 会 2 0 1 0年 1 1月 发布 的 A C I 2 1 2 ． 3 R 一1 O 《 混凝 土化学外加剂公报 》 ， 特别强调 “ 对 混凝土直接施加水压 ，借 以检验掺加 P R AH类的效 能 十分重要 ” ， 规定 的试 验方 法有 ： A S T M( 美国 ) 、 B S ( 英 国) 、 D I N( 德 国) ， 未提及 G B( 中国 ) ， 疑似疏忽 了 亚洲地区， 特别是中国。可能是缺乏对 口专业交流等 原 因， 值得国内同行业关注。 须知 ， 中国是 目前该类材 料的最大市场 。 ( 第一部分 “ 地铁车站劣化混凝土补修 ”资料来源： CO NS T RUC T I ON C ANADA，Ap r i l 2 0 1 3 ，Vo 1 ．5 5 No ． 3 P ． 9 6— 1 0 3 ； 作 者 ：S a me h S a l i b ， J o n a t h a n We r n e r ； 论 文 题 目 ： Re h a b i l i t a t i n g Ru n n y me d e S u b wa y S t a t i o n ：Ma i n t a i n i n g s e r v i c e wi t h a c c e l e r a t e d C O n 8 t r u c t i o n ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m