提高混凝土抗冻耐久性的防护材料研究

邓兴磊

中铁二十一局集团第四工程有限公司 青海省  810000

摘要：由于热电厂冷却塔特殊的运行条件:高温、高湿，含有酸、碱、盐等腐蚀性循环水等，会对混凝土造成一定的腐蚀损害。为保证混凝土耐久性，除混凝土配合比设计外，还会为混凝土表面增加一道防腐面层，作为保护混凝土耐久性的附加措施。满足这一设计的材料以具有防水防腐功能的涂料为主。

关键词：混凝土；抗冻；耐久性

1 前言

但实际发现，在寒区的冷却塔，虽然按设计要求都涂刷了具有防水防腐功能的涂料，少则1～3年，多则5年，不但混凝土表面涂刷的涂料剥落殆尽，而且混凝土也出现严重的剥蚀现象，说明这道防水防腐附加措施没有起到保护混凝土的作用，但涂料的复检又都满足国标相关要求，说明以防水防腐作为设计的选材并不能起到对寒区混凝土的保护作用。

勘测发现:寒区冷却塔混凝土的腐蚀剥落以冻融破坏为主，与其他影响混凝土耐久性的因素相比，冻融破坏是寒区冷却塔混凝土耐久性失效的主要原因。因此，无论是在冷却塔建造设计之初，还是维修加固阶段，混凝土表面的防腐蚀附加措施围绕抗冻来选材施用，是保证寒区冷却塔混凝土耐久性的关键因素。

2 防水防腐涂料抗冻性能检测方法

传统防水防腐涂料的技术指标主要是以抵抗一定浓度酸、碱、盐等溶液的腐蚀作为检测标准，而针对寒区负温条件下的抗冻指标很低甚至大部分没有。涂料抗冻性的检测方法有专门的行业标准:《建筑涂料涂层耐温变性试验方法》(JG/T25—2017)。

测试方法是把涂料涂到一块150mm×200mm×(4～6) mm无石棉水泥平板上进行冻融测试，到设定的冻融循环次数后，检查无石棉水泥平板上涂层是否有粉化、开裂、剥落、起泡现象，并与留样试板对比颜色和光泽变化。

与混凝土抗冻检测方法比较，二者之间存在以下差异:

(1)根据标准要求，实验用150mm×300mm×(4～6) mm无石棉水泥平板的制作参照《无石棉纤维水泥平板》(JC/T412.1—2018)，即该平板是用非石棉类纤维作为增强材料制成的纤维水泥平板。抗冻最高等级要求A类是100次、B类是25次。而依据《普通混凝土长期性和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082—2009)抗冻混凝土试件是由水泥、粗细骨料构成的100mm×100mm×400mm的棱柱体，抗冻等级至少在F100次以上。

(2)冻融试验，不管是无石棉水泥平板还是涂刷过涂料的无石棉水泥平板，其冷冻条件都是将浸泡后的无石棉水泥平板放到支架上冷冻，不是浸泡在水里进行冷冻而是放在支架上。而混凝土的冻融条件是浸泡在水中而不是放到支架上，其冻融循环温度和条件比涂料的更加苛刻。

所以涂料的抗冻检测指标不能满足混凝土苛刻的冻融循环条件，以涂料的抗冻指标来作为保护混凝土抗冻性的附加措施远远低于混凝土自身对抗冻性的要求，所以针对寒区混凝土，传统的防水防腐涂料的抗冻性不能起到保护混凝土的作用。

3 以防水防腐来代替抗冻的工程案例

某电厂位于辽宁省境内，冬季负温最低达到-20℃，刚建成只运行了一个冬季，涂刷在混凝土表面的防水防腐涂料就出现严重的剥落现象，而且混凝土也出现严重的冻融破坏问题。

该事故引起业主和设计单位的高度重视，立即对冷却塔重新做防水防腐处理，但所用涂料仍然用原先的涂料，对于剥蚀的混凝土表面，用配制该涂料的树脂制作成树脂胶泥进行混凝土表面修复，然后再涂刷该防腐涂料。运行一年后，混凝土又出现严重的剥蚀现象，修复的混凝土表面，不但涂料层发生剥落，胶泥修复层也出现酥软剥落现象。

4 原因分析

因为在冷却塔混凝土表面发现了白色结晶物，对该冷却塔的水质做了分析，具体数据见表1。

表1 冷却塔循环水检测指标

根据对现场冷却塔循环水取样的水质分析发现，在整个循环水溶液的离子浓度数据中，硫酸盐含量与氯化物含量较为突出，明显高于其他离子含量。接下来的抗冻试验制定为盐冻检测即单面冻融测试。

该项目没有钻芯取样进行冻融检测，而是采用现场成型混凝土试样，使用防水涂料(MN-J55B)和拟采用的抗冻蚀涂料(砼益佳-U587)分别进行单面冻融测试，检测方法按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082—2009)单面冻融法进行检验。单面冻融单位测试表面面积剥落物总质量检测结果见表2，技术要求小于等于1500g/m2，对比趋势图见图5;超声波相对动弹性模量损失率见表3，技术要求大于等于80%，趋势图见图6。

表2 单面冻融单位测试表面面积剥落物总质量  单位:g/m2

图5 单面冻融单位测试表面面积剥落物总质量对比

表3 超声波相对动弹性模量损失率

图6 超声波相对动弹性模量损失率趋势

图表中W为受检样品在水中进行单面冻融循环试验，S为受检样品在盐溶液中进行单面冻融循环试验，U587为受检样品经抗冻涂料:砼益佳-U587表面处理后在盐溶液中进行单面冻融循环试验，T为受检样品经MN-J55B防水涂料表面处理后在盐溶液中进行单面冻融循环试验，其中MN-J55B防水涂料是第一次防腐和第二次维修用的同一种涂料。

由表2、表3中数据可知:

(1)未涂刷任何涂料的混凝土试样在水冻融条件下，当达到12次冻融循环时，无论是单面冻融剥蚀量还是动弹性模量损失率均已经超出要求标准，没有达到28次冻融循环要求。

(2)未涂刷任何涂料的混凝土试样在盐溶液条件下，在第8次冻融循环结束时，单面冻融剥蚀量就已经超标，没有达到28次冻融循环要求。

(3)涂刷MN-J55B防水防腐涂料的混凝土试样在盐溶液条件下，在混凝土达到20次冻融循环时，单面冻融剥蚀量已经超标，在第16次冻融循环时，涂刷在混凝土试件表面的MN-J55B防水防腐涂料已经剥蚀殆尽，失去了保护混凝土的功能。

(4)涂刷抗冻涂料砼益佳-U587混凝土试样在盐溶液条件下，在达到标准要求的28次冻融循环后，无论是单面冻融剥蚀量还是动弹性模量损失率远远低于标准要求。

5 结语

(1)涂料的防腐不能代替抗冻，寒区水工混凝土耐久性失效主要是冻融破坏引起的，因此在对混凝土表面的防护附加措施进行选材时，涂料除具备防腐功能外，更需具备抗冻功能，做到在冻融循环时不脱落，自身具有与混凝土相同甚至更强的抗冻能力，甚至能提高混凝土自身的抗冻性能。

(2)冷却塔循环水是一种各种盐类的混合溶液，其冻融条件要比自来水冻融条件更为苛刻，因此涂料的抗冻能力应该包含抗盐冻能力，这为今后寒区冷却塔混凝土防腐防水选材上提供了技术依据。

参考文献

[1] 梁龙，刘绍中，孙玉龙.火力发电厂冷却塔混凝土的耐久性保护研究[J].商品混凝土，2008(2):17-19.

[2] 葛勇，葛兆明.严寒地区热电厂冷却塔混凝土破坏状况调查与原因分析[C]//沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法科技论坛与全国第六届混凝土耐久性学术交流会论文集.2004:563-568.

[3] 建筑涂料涂层耐温变性试验方法:JG/T 25-2017[S].

[4] 无石棉纤维水泥平板:JC/T 412.1-2018[S].