[摘要]：在对某高炉水渣脱水槽结构进行现场检测以及微观结构分析的基础上，本文对此特殊结构的劣化机理进行分析，得出新型修补材料的研制思路，并以此为理论依据进行了新材料的研制。
[关键词] 钢筋混凝土结构；现场检测；裂缝；劣化机理分析；对比试验；现场应用

0 前言
　　建筑物在长期使用过程中，在内部的或外部的、人为的或自然的因素作用下，随着时间的推移，将发生材料老化与结构损伤，这种损伤的累积将导致结构性能劣化、承载力下降、耐久性能降低，进而影响结构的安全使用。本文通过对某高炉水渣脱水槽结构进行现场检测，发现此结构破坏程度已相当严重。该工程如果要继续使用必须防腐加固，以防情况进一步恶化。但是其原有的修补材料耐久性能不够好，以致修补工作频繁进行，浪费了大量的人力物力。因此，研究其劣化机理，并从中研制一种适合现场情况的新型修补材料势在必行。
1 工程概述
　　某高炉水渣脱水槽结构为四层钢筋混凝土框架结构，轴线面积301m2，屋面标高20.8m，基础为SPΦ406、4×10钢管桩，并设置了1.4m高的纵横向基础梁。框架结构布置有6个脱水槽，于1985年9月投入使用，至今已17年。目前：结构混凝土保护层严重酥裂，剥落面达30％以上，柱身露筋10多处并伴有钢筋片状脱落，三层楼板混凝土腐蚀、流锈斑现象40％以上。以下为现场拍摄照片。

图1.1 三层梁底保护层剥落、钢筋锈蚀

图1.2 底层柱身露筋，钢筋锈蚀
2 劣化机理分析
　　通过一系列微观结构分析结果，我们可以得到脱水槽结构混凝土的劣化主要由以下几点原因引起：
　2.1 混凝土的中性化（碳化）
　　由于混凝土为强碱性物质，很容易与外界空气中的CO2发生反应，生成CaCO3。碳化不仅会引起混凝土碱度的降低，使得钢筋钝化膜消失，导致钢筋的锈蚀；而且碳化会引起收缩，使得外部混凝土产生裂缝，容易加剧混凝土的腐蚀程度。从实验结果中我们可以知道，对于2Z-A-5构件，碳化仅在外部出现，里面几层并没有碳化反应的发生，也就是说碳化深度大概为5cm左右。
　2.2 含大量腐蚀性离子的水的侵蚀
　　由于脱水槽系统中的冷却水含有大量腐蚀性离子如SO42-和Cl-等，它们不仅通过流动使混凝土内部的许多水化产物溶解析出，更严重的是它们通过混凝土的孔隙渗入到混凝土内部，与水泥的水化产物如水化铝酸盐、Ca(OH)2等发生反应，生成二水石膏、C3A·CaCO3·11H2O和2C3A ·CaSO4·CaCl2·24H2O等物质，这些物质在混凝土内部孔隙中结晶生长，同时吸水肿胀，从而导致大量裂缝的产生和混凝土结构的解体。从实验结果中我们可以知道，对于2Z-A-5构件，SO42-和Cl-离子的渗透反应在外部和中外部都有出现，中内部和内部的混凝土完好，这说明其SO42-和Cl-离子的渗透深度已达大概10cm左右，大于碳化深度。因此，脱水槽结构劣化破坏中碳化存在，但不是破坏的主要原因，破坏的重要原因是腐蚀性离子的侵蚀。
　2.3 钢筋锈蚀
　　由于水中含有大量的腐蚀性离子，而且混凝土保护层因上述原因开裂失去保护作用，导致钢筋产生严重的电化学腐蚀，钢筋腐蚀后生成物的肿胀更加剧了混凝土的开裂程度，也使得外部腐蚀性离子和水更容易进入混凝土内部发生反应，加剧整个结构的腐蚀。
　2.4 环境温度的影响
　　由现场测得，脱水槽结构的工作温度在60～70度，这大大加快了碳化反应与腐蚀性离子侵蚀反应的速度。
3 新型修补材料的研制
3.1 研究思路
　　从上文的劣化机理分析可以看到，此结构混凝土的腐蚀主要是由于外界有害离子和水等因素导致，所以如何增强水化产物对外界离子和水的抵抗能力，同时降低混凝土的孔隙率和优化混凝土的孔隙结构，是提高其抗腐蚀能力的关键所在。
　　所以研究思路主要包括三个方面。一是降低水泥水化产物中容易受到腐蚀的矿物的含量，主要为Ca(OH)2和水化铝酸盐；二是改善混凝土孔隙率和孔隙特征，一方面通过掺入聚合物填充孔隙，另一方面掺入添加剂改善混凝土孔隙特征；三是添加使得混凝土内部孔隙呈现憎水性能的添加剂，起到阻止含有有害离子的水渗入到混凝土内部的作用。
　　同时考虑到抗裂和修补的需要，添加另一种聚合物增强新老混凝土的粘结，同时添加阻裂纤维提高混凝土的抗裂性。
3.2 试验方案
　　按以上研制思路, 在普通的基准水泥中，加入不同配合比的各种外加剂比如矿粉、FDN、 HMPC、 PPA、 XW、BSA等，制成一系列新材料样品，将其浇注成100mm×100mm×100mm的立方体试块。
　　这里的水泥用的是普通的基准水泥，水是自来水，砂是标准砂，SP是矿粉，加矿粉可以降低水泥水化产物中容易受到腐蚀的矿物的含量，FDN是减水剂，HMPC是羟丙基纤维素，可以增加材料的保水性，并有很好的增粘效果，PPA是消泡剂，能令孔隙大小分布更加合理，XW是聚丙烯纤维，可以增加材料的抗裂性，BSA是纳米粒子。
　　然后根据脱水槽系统的三种水的水质分析结果，配制现场模拟溶液，为长期研究的需要，同时配制10倍浓度的模拟溶液进行加速试验；
　　最后将制好的混凝土试块浸入模拟溶液中进行测试。

图3.1 模拟试验照片图

图3.2 清水中的混凝土试件照片
　　对清水、1倍模拟溶液和10倍模拟溶液中浸入的试件浸入前（成型1天），浸泡不同时间的混凝土试件抗压强度变化，以及对不同龄期的各种样品进行X射线衍射分析和扫描电子显微分析。
3.3 研制结果
　　综合考虑力学性能、微观结果和施工条件等各方面因素，选定综合指标最好的样品做为此高炉脱水槽结构的防腐修补材料。
4 新材料的现场应用试验
　　为了验证新材料在现场的耐腐蚀性能，我们选取了脱水槽结构腐蚀破坏最严重的2层柱进行修补试验。照片6.1为修补前柱子的情况，照片6.3为修补六个月后的现场情况。

图4.1 修补前柱表面形态

图4.2 修补6个月后柱表面形态
　　从照片中看到，该材料在现场高温高腐蚀的条件下工作6个月后，材料的力学性能，新老混凝土的粘结性能非常好。
4 结 论