高渗透改性环氧涂料在天津地铁盾构管片外防腐防渗中的应用

高渗透改性环氧涂料在天津地铁盾构管片外防腐防渗中的应用

韩伯雅1,朱敢平2,胡浩2,刘捷2,郭振国2
(1.天津市地下铁道总公司,天津300051;2.天津市汇聚混凝土维护工程技术有限公司,天津300384)

我国的地铁设计规范中明确提出了100 年的设计寿命,但是要保证地铁的百年寿命,必须首先解决地下混凝土结构特别是盾构管片的防腐防水问题。天津地区属于沿海环境,大多数地方为退海后形成的陆地,地下水质含有大量SO42-、Mg2+、Cl-,且浓度严重超标,部分地区环境作用等级处于D 级以上,属严重腐蚀。因此,在保障混凝土密实性的同时,必须进行外部的强化防腐防水。

1 钢筋混凝土结构劣化模式分析
一般来讲,钢筋混凝土的劣化主要是因混凝土劣化后失去对钢筋的保护作用,引起钢筋锈蚀,加快表面破损,并由此造成恶性循环。混凝土劣化是一个复杂的问题,与原材料质量、浇筑质量与工作环境等都有很大关系。目前,混凝土结构劣化主要因水分渗透、结构内部碳化和受到盐类离子腐蚀等原因引起。
1)渗透。水分渗透引起混凝土劣化的过程如下:渗漏→水泥石分解→溃散→失去强度→钢筋失去保护产生锈蚀→引起混凝土劣化。
2)碳化。碳化反应为混凝土中性化反应的一种,是指CO2 与水泥石表面及内部毛细孔道内的水化CaSiO3 及Ca(OH)2 起反应,引起收缩变形,导致混凝土碱性降低。碳化后,完全碳化区的pH 值由13 左右降至9 以下,钢筋表面的钝化膜受到破坏,导致钢筋锈蚀、混凝土劣化。
3)盐类离子腐蚀。盐类离子的腐蚀主要有SO42-、Cl-,其劣化腐蚀机理虽不尽相同,但结果都是因盐类生成物体积膨胀,产生很大的内应力,造成混凝土破坏,其特征一般是混凝土表面出现若干条比较粗的裂缝。

2 高渗透改性环氧防渗防腐涂料介绍
由于传统环氧涂料含有挥发性溶剂,一般固化后收缩率在20%~40%,因而由自身应力发生收缩就会导致保护层剥落。同时,传统环氧树脂的分子结构决定了它不亲水、具有疏水性的特点,即使分子量很小的环氧树脂自身黏度也较大,因此渗透性能与可灌性均较差,主要依靠其良好的粘结能力在结构外表面形成保护层,其固结体虽有一定韧性但又显脆性。通过研究,掌握了非活性稀释剂丙酮分子活化产生自缩聚和糠醛分子缩聚的条件和规律,筛选出合适的丙酮活化的催化剂和最佳用量范围,从而使丙酮参与了环氧树脂的固化反应,并加入另外几种改性剂,从而改变材料的渗透性、提高固结体的韧性。这种改性后的环氧材料即为高渗透改性环氧防水防腐涂料。该材料具有较高的渗透性能,涂刷后能沿着混凝土表面的毛细管道、微空隙和肉眼看不见的裂缝渗入,形成2 mm左右的固结层,该固结层力学强度比原混凝土的强度提高30%以上,最终起到防水防腐的作用。高渗透改性环氧材料初始性能见表1,固结体的物理性能指标见表2。


3 工程应用
3.1 新建工程
3.1.1 工程概况
天津市地铁2 号线线路全长26.754 km,其中地下线23.07 km,过渡段及地面线3.684 km;全线设站22 座,其中地下站19 座(岛式站台),地面站3 座(侧式站台)。天津地铁3 号线全长28.427 km,共设站22座。天津地区一般地下水位较高,地铁2 号线和3 号线项目更是临近海河,地下水为第四系空隙及浅层微承压水和深层承压水,补给丰富,地下工程基本处在含水底层中,同时地下水还具有中等或中等以上腐蚀特点。2 号线和3 号线总计28 个区间的盾构管片采取了外部强化防水防腐处理,涂刷过程在管片预制厂完成。这28 个区间盾构由6 块强度为C50、抗渗等级为S10 的预制钢筋混凝土管片拼装而成,管片外径6.2m、厚度为350 mm、内径为5.5 m、环宽为1.2 m。块与块间用螺栓连接,拼装方式为错缝,管片间密封处理见图1。

3.1.2 施工顺序
清理基层→配浆→细部处理→涂刷高渗透改性环氧底涂→待凝→涂刷高渗透改性环氧面涂。

3.1.3 施工步骤
1)清理基层
如基层表面酥松、强度过低,环氧材料的渗透速度会大大加快且用量增加,导致在实际应用中超过设计规定值;裂缝过大会破坏整个防水体系,影响最终的防水效果。因此基层应坚实、干净,不得有酥松、起砂、起皮、裂缝等现象。处理方法为:基层上的砂浆疙瘩、灰尘杂物等用铲刀和扫帚彻底清扫干净;对油污和铁锈应用铁丝刷、砂纸和有机溶剂清除干净;对于基层上的小的凹陷,用水泥砂浆进行修补;基层上如有较宽裂缝则必须采取修复补强措施。
2)配浆
①每组材料由甲、乙两组分组成;甲组分颜色为浅黄色,乙组分为棕色,使用时按厂家规定比例进行配浆;②配浆时先将甲组分全部置于配浆桶内,一边搅拌一边将乙组分慢慢加入(以防暴聚),搅拌时间为3 至5 min;③施工现场温度超过30 ℃配浆时,将配浆桶置于有流动水的容器中(水面至配浆桶的2/3处),采取循环水降温(循环水温应低于25 ℃),见图2;④注意事项:甲组分为可燃物质,应远离火源;如有物料不慎溅入眼内,应迅速用清水进行冲洗,并视情况及时就医。

3)涂刷
分两次涂刷,先涂底涂,待底涂凝固半小时后进行高渗透改性环氧防水防腐涂料面涂的涂刷,见图3。施工面温度要求<50 ℃。防水防腐涂料用量:底涂每m2 不少于0.2 kg,面涂每m2 不少于0.2 kg。涂刷后2 h 内避免人为损坏或下雨冲刷。

3.2 既有线维修工程
天津地铁既有1 号线始建于20 世纪70 年代,共8 站7 区间,全长约7.3 km。1 号线既有区间经过近20 年的运营,目前渗漏水现象较为严重。经过现场勘查,发现区间结构变形缝的顶板、侧墙部位均有不同程度的渗漏水及涌水现象,结构墙体局部裂缝、蜂窝孔洞、预埋铁件等位置也有不同程度的渗漏。
针对上述渗漏情况,本项目采取了灌浆+面涂的方式进行治理。灌浆材料选用了KH-3 高渗透改性环氧化学灌浆料,该材料可灌性能好,浆液自身具有较强的渗透能力,对裂缝干燥度无要求,能对有漏水甚至涌水的裂缝进行灌浆,施工时单液灌注且固化时间可调。灌浆的方法可根据工程情况,采取低压注浆、剔槽埋管注浆及高压注浆等方式。通过对裂缝进行修补,再采用高渗透改性环氧防水防腐涂料对背水面进行整体防水保护处理,可以提高维修后的钢筋混凝土结构的抗水渗透能力和防水防腐性能,提高其耐久性,延长项目的维修周期。

3.2.1 施工流程
裂缝渗漏治理工艺流程为:裂缝表面清理、剔槽→埋设灌浆嘴、管等→封缝→密封检查→配制浆液→灌浆→封口结束→检查效果→二次注浆→效果检查→外涂高渗透改性环氧防水防腐涂料。

3.2.2 施工要点
对注浆后的裂缝,按照高渗透改性环氧防水防腐涂料与水泥粉1∶1 的质量比例配制环氧水泥浆,沿着裂缝走向进行刮涂修复,宽度在8~12 cm;待表面初凝后再整体涂刷高渗透改性环氧防水防腐涂料,用量控制在0.35~0.45 kg/m2。

4 结语
天津市地铁1 号线既有线路维修项目、2 号线和3 号线新建项目的盾构管片,采用高渗透改性环氧防水防腐涂料进行处理后,防水防腐效果良好,得到了建设方、施工方等的认可。

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