硅烷浸渍防腐施工工艺在海港工程中的应用分析_郑锦.pdf

FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期在海港工程中混凝土是种重要的材料，对于长期处于海洋潮汐环境中的混凝土构筑物，不论其质量如何，都将遭到不同程度的侵蚀。施工质量差、自然环境恶劣地区的混凝土构筑物，受到的侵蚀破坏更为严重，常发生表层剥落或蜂窝状、内部孔隙率增大、构件强度降低、加筋混凝土内部钢筋锈蚀、混凝土顺筋开裂等现象1。一方面是源自混凝土的腐蚀，包括溶出性腐蚀、阳离子交换型腐蚀、膨胀性腐蚀等，总体上是由于混凝土与海水中过量的各类离子发生化学反应导致混凝土强度下降并破坏；另一方面是源自钢筋的锈蚀，海水中富含较多的氯离子，这些氯离子能够深入混凝土内部与混凝土构筑物中的钢筋产生电化学腐蚀反应，致使钢筋生锈膨胀，引起混凝土构筑物的混凝土保护层沿生锈钢筋方向膨胀、开裂、鼓起、剥落，最终钢筋失去保护而完全浸泡于海水之中2-3。海洋潮汐环境对混凝土构筑物的侵蚀破坏十分严重，当发展至钢筋锈蚀，极易导致结构破坏，因此对于长期处于海洋潮汐环境中的混凝土构筑物进行防腐处理非常必要。基于此，本文结合项目实际对海港工程混凝土的硅烷浸渍防腐工艺进行分析讨论。1工程概况某海港高桩码头泊位工程项目水工建筑物包括3个5000吨级液体散货泊位、消控楼平台1座、联接后方的引桥1座；2个5000吨级通用泊位、工作楼平台1座、联接后方引桥1座；联接两个码头的联系桥1座。水工建筑物结构设计年限50年。灌注桩采用C35混凝土，2#跨堤主桥箱梁采用C50混凝土，其他混凝土构件采用C40混凝土。为了提高梁板结构及墩台结构混凝土的耐久性，在梁板及墩台的外表面喷涂硅烷浸渍剂。混凝土构件掺海港混凝土抗蚀增强剂CPA。2硅烷浸渍防腐原理硅烷可与钢筋混凝土结构表面的水泥发生化学反应，使构件表面混凝土憎水化，使水份和氯化物难以渗透混凝土保护层，确保构件内受力钢筋与外部环境的有效隔离。孔隙率低的混凝土表面经过硅烷处理后，水和氯化物都更难渗入混凝土，抗侵蚀效果更加明显，耐久性更优。据相关试验研究结果表明，使用硅烷浸渍工艺处理后的混凝土构筑物，吸水和氯离子的吸收量均降低90%以上，有效减少了混凝土构筑物受到的侵蚀4。硅烷浸渍防腐仅需将硅烷浸渍剂喷涂或刷涂在混凝土表面，待自然吸收即可，混凝土标号不同硅烷浸渍剂浸入表层深度不同，一般几到十几毫米不等。通常硅烷浸渍剂分为膏体和液体，其中膏体硅烷具有粘附性好、挥发性低、与混凝土表面接触的时间长、浸渍深度更深等特点，与液体硅烷比较，膏体硅烷提高混凝土抗氯离子渗入的效果更好。特别当高性能混凝土水胶比低时，掺加活性掺合料后，混凝土更密实，液体硅烷难以浸入混凝土中，此时膏体硅烷就表现出了显著的优势5。3硅烷浸渍施工方法及技术措施3.1施工内容该项目为了提高梁板结构及墩台结构混凝土摘要硅烷浸渍法作为一种简单高效的混凝土防腐处理方式，施工工艺简单，工期基本可控，且混凝土表面经过硅烷浸渍处理后仍可开展各类涂料涂装作业，不影响涂料附着效果。结合某海港高桩码头泊位工程项目实际施工情况，分析在海洋环境下海港工程钢筋混凝土硅烷浸渍防腐施工工艺及施工效果，为其他海港工程防腐提供参考。关键词海港码头混凝土防腐硅烷浸渍施工工艺硅烷浸渍防腐施工工艺在海港工程中的应用分析郑锦（福建省湄洲湾港口发展中心秀屿港务站，莆田351100）港口工程92福建交通科技2023年第1期的耐久性，在梁板及墩台的外表面喷涂硅烷。混凝土防腐材料采用异辛基三乙氧基硅烷（膏体），喷涂范围为码头梁、板、靠船构件底面和侧面，桩帽底面、侧面及外露顶面，护轮坎外侧面，墩台底面和侧面，集污池底面及侧面，1#、2#引桥梁、板，护轮坎外侧面，墩台底面和侧面，硅烷防腐总面积约6.32万m2。3.2工艺流程工艺流程如下：施工准备喷涂试验与检测混凝土表面处理大面积喷涂硅烷检测、质量评定与验收。3.3质量控制要点所有预制构件在预制场内完成硅烷浸渍防腐喷涂施工，码头及栈桥现浇构件采用工作船水上喷涂施工。施工顺序按照先栈桥后码头及混凝土施工顺序形成流水施工。施工工序严格控制工艺以提高质量，各工序分头把关、互相协作。开工前作好技术交底、安全交底和技术培训。3.4资源配置3.4.1劳动力资源配置劳动力组织安排如表1所示。表1劳动力安排计划注：人员安排可根据现场实际进行适当增减。3.4.2设备配置主要施工设备配置如表2所示。表2主要设备配置注：设备配置可根据现场实际进行适当增减。4硅烷浸渍施工过程及注意事项4.1准备阶段主要设备及材料准备如下：混凝土防护剂（异辛基三乙氧基硅烷膏体）、交通船、空压机、热风机、打磨机、低压喷枪、混凝土含水量测定仪等。陆上引桥采用升降机喷涂；海上梁、板、靠船构件底面和侧面，桩帽底面、侧面及外露顶面，护轮坎外侧面积，墩台底面和侧面，集污池底面及侧面采用交通船和浮排喷涂。异辛基三乙氧基膏状硅烷主要性能指标如表3所示，采用低压不间断循环泵送喷涂方法施工，用量300 g/m2。表3硅烷性能4.2局部试喷涂在正式喷涂前要选择试验区进行局部喷涂试验，以确保硅烷浸渍防腐效果。每个试验区硅烷浸渍面积应有15 m2，可按混凝土构件类型、位置及规模等适当选取多个试验区。选定试验区后按要求开展表面处理，喷涂工艺流程同大面积施工完全一致，以确保试验结果准确有效。在试验区施工完成养护7 d后随机钻取样芯，进行吸水率、硅烷浸渍深度和氯化物吸收量的降低效果测试6。若试验结论满足设计要求，则可进行大面积硅烷防腐施工。4.3混凝土表面处理混凝土表面处理步骤如下：（1）需要实施硅烷浸渍防腐作业的混凝土龄期应大于28 d，修补处大于14 d；（2）混凝土使用脱模剂或养护剂的，在硅烷浸渍施工前彻底清除；或通过喷涂试验评估脱模剂或养护剂对硅烷浸渍效果的影响程度；（3）混凝土表面破损处需进行修补；存在裂缝、孔洞、蜂窝、露石、露筋、等较明显缺陷部位要用水泥浆修补，用铲刀清除表面碎屑及不牢固的附着物，不得有空鼓、疏松等情况；小于0.2 mm的独立或网状裂缝采用表面封闭法修补，大于0.2 mm的裂缝使用压力灌浆法加表面封闭法修补6；（4）用硬毛刷或电动钢丝轮等工具去除混凝土表面浮灰、海生物、苔藓等不牢固附着物；用钢刷或角磨机打磨等方式清除水泥浮浆、混凝土挂滴等牢固附着物；用洗涤剂或角磨机充分工种人数备注作业工人4施工作业技术员1管理技术、质量、安全试验人员2试验检测质检员1验收、检测，质量检查安全员1安全监督机械名称单位数量备注交通船艘1工作船空压机台1除表面灰尘用热风机台1烘干混凝土表面用手提打磨机个2除混凝土表面浮渣用低压喷枪个2喷硅烷用混凝土含水量测定仪个1测定含水量发电机组台1供电用主要组分膏状异辛基三乙氧基硅烷外观灰色膏体硅烷含量80%硅氧烷含量0.3%氯离子含量0.01%稀释剂不稀释，直接使用储存期至少12个月93FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期清除油污等有害污染物；（5）表面处理及缺陷修补后，可先用空压机吹除浮灰，再用干净的淡水冲洗，自然干燥72 h，使硅烷浸渍施工前确定混凝土表面为面干状态（含水率不大于8%即可）；（6）完成表面处理后，认真检查并验收混凝土表面处理质量，存在缺陷的必须重新处理。4.4正式喷涂硅烷喷涂硅烷步骤如下：（1）喷涂前要对现场作业环境进行确认，并对温度、湿度和混凝土表面含水量进行检测，满足硅烷浸渍条件方可开展喷涂作业。作业环境温度低于5或高于45，不可施工；风力大于5级，将加快蒸发，不可施工；表干前（需约10 h）下雨硅烷会被冲刷，不可施工；施工过程中突然下雨，需马上停止施工，并仔细遮盖已施工构件。（2）喷涂施工可采用高压无气喷涂、低压不间断循环泵送喷涂和刷涂等方式。液体硅烷适合高压无气喷涂，而该项目采用的膏体硅烷适合使用低压不间断循环泵送喷涂方式，可节约材料且提高效率。施工工具采用密封喷枪，喷嘴压强在6070 kPa，注意设备防水。（3）为实现最好的防腐效果，浸渍过程要连续施工使混凝土被涂表面达到饱和溢流的状态，该项目采用连续喷涂技术达到饱和浸渍。其中，水平面或接近水平的面（包括顶面和底面）施工，经处理区域应至少有5 s的“看上去湿的镜面”状态；在立面上，应自下而上的喷涂，除被涂表面至少有5 s的“看上去湿的镜面”状态外，垂流长度需达到1520 cm7。对边角等不易喷涂位置，应使用手提喷壶、刷子、滚筒等进行人工找补喷涂。（4）海港工程施工不可避免地存在浪溅区及水位变动区，这是海港工程钢筋混凝土防腐重点区域。施工前需通过收集水文资料、潮水及浪溅情况划分水位变动区、浪溅区和大气区并标记；根据主要设备作用范围及施工部位情况，对单位面积硅烷浸渍剂用量和作业时长进行预估，在保证方便喷涂施工的前提下对混凝土表面进行区域划分并标记。（5）该项目施工没有进行围堰，因水位变动直接暴露于海水环境中的现浇构件，拆模后立即进行硅烷浸渍施工，拆模时间选择落潮过程中潮位低于海平面时，硅烷浸渍施工每遍在最低潮位时开始，下一次高潮之前完成硅烷喷涂。作业前要充分掌握潮讯期，预判混凝土表层表干时间、硅烷浸渍施工时间及施工后固化时间，合理安排施工范围控制节奏。防止施工前混凝土表层含水率过高或硅烷还未固化就被潮水冲走。最后待硅烷浸渍表面干燥后，再进行养护膜养护。（6）硅烷浸渍剂使用量由试验确定，每遍至少300 mL/m2，喷涂两遍以上。第一遍喷涂完全固化后进行第二遍喷涂，喷涂时间间隔6 h以上，以提高渗透深度8。提前预估硅烷浸渍剂使用量，并一次性备足，待使用前启封。每遍喷涂施工完成后，应对施工中缺漏和不均匀部位用手提喷壶等找补喷涂。施工完成后涂层存在缺陷的部分需重新喷涂，钻芯取样部位应修补后喷涂。（7）养护：大气区施工完成后，混凝土表面要不湿水风干24 h以上，要完全固化达到最佳的防水防腐护效果，夏季需保持表面干燥36 h以上，冬季需72 h以上，养护7 d后钻芯取样检测。浪溅区、水位变动区养护期延长到14 d后钻芯取样检测。4.5施工过程记录每批硅烷浸渍施工区域应做明显标识，避免重涂、漏涂，以便质量检测和验收；喷涂区域边界重叠10 cm左右为宜，实时计量材料使用量，以确保施工质量。材料进场要记录序列号，记录每次喷涂所用的材料量和处理面积及每桶硅烷浸渍剂对应处理的混凝土表面位置及面积，确保满足最小喷涂量，做到施工过程可追溯，并由监理工程师现场监督。4.6验收方式及标准混凝土硅烷浸渍质量检验应在养护完成后进行，混凝土表面钻芯取样分别进行吸水率、硅烷浸渍深度和氯化物吸收量降低效果测试。按构件分类划分检验批，该项目每类构件按每500 m2为1个检验批，不足500 m2时计1个检验批。检验结果要符合现行行业规范的有关规定，一次合格率应达到100%，如任一检验批硅烷浸渍质量检验的吸水率、浸渍深度、氯化物吸收量的降低效果3项测试结果中有任意一项不满足要求，则该检验批应重新浸渍硅烷9-11。4.7注意事项施工注意事项如下：（1）在实施大面积浸渍硅烷作业前务必进行喷涂试验，确认喷涂效果；（2）硅烷浸渍施工必须由有经验的工人连续喷涂或刷涂；（3）异辛基三乙氧基硅烷浸渍剂固化反应过程中会释放乙醇，所以施工现场需通做好风，远离火源，作业人员做好相应的安全防护；（4）在施工现场一次性备足计划作业范围所需的硅烷浸渍剂，使用前启封，港口工程94福建交通科技2023年第1期72 h内用完，否则予以废弃12；（5）硅烷浸渍剂密封闭光保存，禁止与酸、碱、胺、重金属卤化物、卤素接触，禁止与重金属或其化合物一起贮存，易发生化合反应。5硅烷浸渍防腐工艺效果分析该项目严格按照施工工艺步骤开展硅烷浸渍施工，通过测试硅烷浸渍喷涂试验及大面积喷涂的抽检芯样，得出结果如表4、5所示。合计共开展了147组检测，通过检测结果可知喷涂试验和大面积喷涂都达到了预期效果，检测结果100%合格，效果较好。表4硅烷浸渍喷涂试验检测分析结果表5硅烷浸渍大面积喷涂检测分析结果6结语对该海港高桩码头泊位工程的硅烷浸渍防腐施工工艺进行探讨，由检测分析结果可知，对混凝土构筑物表面以硅烷浸渍工艺进行处理确能显著降低混凝土构筑物对水和氯离子的吸收量。硅烷浸渍防腐