3.混凝土的保護與修復

混凝土結構的表面保養和維護

通過添加涂層，如涂料、清漆、覆膜及打底粉刷等手段，能夠增強混凝土結構抵抗空氣中和其他物質的化學及物理腐蝕。

這類涂層可以直接應用于新建筑上或根據實際情況應用到需要提高耐久度的現存建筑中。

在建筑的使用過程中，這些涂層需經歷階段性維護，以檢驗是否需要重新涂層。

最近幾年有關保護涂層領域的技術有了長足進步，不論是在材料方面還是用途方面。

一般情況下使用這些涂層是為了降低水的吸收率及有害氣體和鹽分的侵入；也會保護混凝土不受特定的化學腐蝕。

混凝土表面保護的方法

保護混凝土表面的方法一般可被分為兩大類：

· 厚涂層

· 保護性油漆

厚涂層在混凝土處在極端化學或物理腐蝕的環境時而使用。例如，當混凝土不斷與化學腐蝕性物質、液壓及有害氣體接觸，或者裸露在極端的磨損或沖擊的條件下。針對于涂層需要緩解的不同問題，其化學和物理特性也各有不同。

一類別包括：瀝青烯、瀝青、氯丁橡膠、丁基橡膠、煤焦油環氧基涂料、防腐磚瓦、磚塊、特種水泥、砂漿（如環氧、酚醛、聚酯、硫、硅酸鹽或呋喃基）和一種人造覆膜的耐高溫涂料。使用這類產品時建議先進行測試以確保合適性。

防護涂料

這些方法用于抵抗通常存在于工業、城市及海洋環境的腐蝕性物質侵襲。

這會降低混凝土被污染或腐蝕的風險，并且保護混凝土外觀。

現有的兩種不同方法：

· 含有開口氣孔的防水涂層

· 非滲透性覆膜涂層

除了抵抗標準范圍內的腐蝕性物質，所有的產品還必須具備：

· 抗天氣因素影響。

· 防止真菌和細菌在混凝土表面滋生。

· 抗敲擊和刮擦。

· 抗光降解（由于陽光中的紫外線）。

· 與混凝土接觸時具備一定的化學穩定性，防止由于底層的高堿濃度而發生風化或皂化的風險。

一般情況下，防水涂層可適用于光滑和粗糙的表面，以防止水進入混凝土表面不超過3mm的孔隙覆膜涂層，適用于光滑的表面以達到良好的黏合度，它會封住大于0.1mm的孔隙。在需要連續性表面時通常要進行打底粉刷。

清漆，用于保護裸露的混凝土表面，可被視為一種保護性油漆。

涂料和清漆都會黏結在混凝土表面形成連續的低滲透性涂層。

防水油漆

這類產品會使混凝土表面防水，但并不阻礙氣體和水蒸氣進入。要想解釋這一現象，首先需解釋混凝土的某些特性?；炷辆哂杏H水性，因此會通過很多途徑吸收液態水和水蒸氣。主要是通過毛細吸收作用，但壓力成分、擴散、吸收及冷凝也起到輔助作用。

如果孔隙足夠大并且呈連續分布，毛細吸收作用會致使大量水進入混凝土。

當殘余的雨水在混凝土表面形成薄薄一層之后，這些水便會通過毛細吸收作用滲進混凝土內部。凡是混凝土接觸水的情況下這種現象都會發生，例如地基。

抗水制品（也稱為“防水材料”）會改變混凝土充滿毛細管道的外壁和水的表面接觸的角度。因此它們不能被認為是油漆，而是一種抗滲性涂層。

它們主要是有機的硅類產品，如溶解于特殊溶劑或水中的硅樹脂，或者溶解于特殊溶劑中的硅烷。

抗滲性覆膜

抗滲性覆膜在混凝土表面形成連續的半彈性保護膜。它們阻斷了水、水蒸氣及其他氣體的通過。

應用這些薄膜要求混凝土表面均勻、光滑，孔隙不超過0.1mm。雖然它們比混凝土更有彈性，但多數此類產品一旦干燥仍然會裂縫（由于移動、沖擊、溫度等）。

維護前的表面制備技術

混凝土表面利于涂繪，因為粗糙的表面及孔隙會使涂料和油漆迅速被吸收。為了獲得良好的黏合度其表面需堅硬，并且確保沒有灰塵和其他污垢。

在進行涂層之前，必須修補一切裂縫，填補孔洞及溝壑，并且采取其他必要的維護手段。

如果表面過于粗糙和不均勻，在涂層前必須對其表面進行打磨。

如果在混凝土表面涂層之前使用過其他產品，如凝固劑或脫模劑，必須在涂層之前全部清除。

涂以保護性涂層的方法

正確涂上涂層與表面的準備工作及產品的正確選擇同樣重要，使表面優質、耐用。

第一步要確保產品在使用前充分攪拌，多數產品含有一些單獨的成分，由于貯存過程較重的物質會沉淀。

因此有必要使用鏟子將容器的底部刮凈，并進行更好的攪拌。如果產品十分黏稠，就需要借用機械進行攪拌。

根據所使用的產品不同，使用時所要注意的環節也不同。不過以下方面通用：

· 噴漆時的環境溫度應在10～50℃，避免在陽光直射下進行噴漆。

· 混凝土清潔完畢后立即開始噴漆，以防沾染新的污垢。

· 在空氣的相對濕度超過90% 時不能進行噴漆。

· 混凝土表面的相對濕度不應超過5% ～6%，除非硬化過程需要與水反應或涂料為水溶性。需要具備能立即讀取這一數值的設施。

· 避免在大風環境下用噴霧器作業?！?當用噴霧器操作時，每個連續涂層厚度應超過前一層的50%。

噴涂

使用噴霧器進行涂漆的方法用途很廣，因為處理較大區域較為簡便。產品物理屬性（例如一致性）是其能否進行噴灑作業的決定性因素。黏性適中的或具有搖溶性質的產品適合噴灑作業。

采用不通風的方法進行防水涂層是最佳的方法，因為需要的設備比需要使用壓縮空氣設備的其他方法要更加簡易。

噴灑作業需要的人力成本較低，但一般不適用于面積較小的表面。

刷子及滾筒的使用

在多孔或不規則表面使用刷子或滾筒涂抹第一層涂層能夠保證更好的吸收率。

刷子適用于較小的區域。要根據所涂面積的大小選擇合適尺寸的刷子。

扁平的尼龍刷是最常用的種類，建議最大尺寸為10cm。

滾筒只適用于規則、平滑的表面。這會使墻壁和天花板的涂層更加迅速。

保護層損壞的主要原因

對保護層造成損害的主要因素有：

· 產品選擇有誤

· 產品的抗天氣干燥能力不足

· 涂漆之前的表面處理不當

· 涂漆之前，產品濃度過低

· 涂層數量不足

通常使用的產品不能滿足環境的需要。例如使用抗滲性涂層，然而具有開口氣孔的防水涂層效果更佳。

如果預測在接下來的幾天有雨，則不能進行噴漆。在雨停后至少等待3 天，當雨水自然風干后再進行噴漆。因此建議在一年中最干燥的季節進行噴漆。

在進行噴漆前混凝土必須適當硬化，帶有污垢的表面會影響噴漆效果，表面含有脫模劑或油垢也不適合進行噴漆。

如果涂料過稀則不足以獲得較好的表面黏合度，因此會產生孔隙，從而導致有害物質侵入。這類錯誤通常發生在水溶性涂料中。

涂層數量不足則不能提供充足的保護，在使用透明的清漆時經常發生此類問題。經常進行現場檢查可以有效避免這一情況，通常2～3層涂層較為理想。

在實際操作中，理想的情況是負責購買保護性產品的人同時負責后期的噴漆工作。

保養

混凝土的保養手段可被分為：

· 預防措施

· 補救措施

預防措施是指在混凝土表面出現損壞跡象之前采取的措施。保護性涂層的使用壽命比混凝土短，因此需要經常進行檢查以確保其持續具有防護作用。

一般來說，保護性涂層每隔2～3年便需要重新涂漆，如果是防水涂層或水溶性涂料，則每隔4 年重新涂漆，若是溶質性涂料則每隔6年重新涂裝一次。

但是，初期退化的跡象經常被忽略，導致這種維護多為補救措施，而非預防措施。此時就需要對癥狀進行診斷并對混凝土實施正確地修繕和維護。在涂以保護性涂層前，有多種眾所周知的維修方法。

混凝土的修復

如果混凝土損失了堿濃度或被氯化物污染，就會對建筑結構造成嚴重后果。其中最嚴重的便是當混凝土腐蝕程度過高，裸露其內部鋼筋結構并使其受到化學腐蝕（例如氯離子），因為這樣會造成整個結構的腐蝕和弱化。

這類化學腐蝕會在混凝土表面產生肉眼可見的裂紋及孔洞，嚴重時甚至會導致混凝土折斷，將其內部的受腐蝕鋼筋裸露出來。

為了防止這一極端現象發生，需要確保施工過程中鋼筋結構不受腐蝕。在處理現存結構時建議要盡量在腐蝕產生明顯跡象之前采取措施，因為處理更高階段的損壞是極其困難的。

維護現存結構需要首先除去受腐蝕鋼筋的混凝土保護層，直到鋼筋部分完全可見為止，緊接著在鋼筋周圍包裹新的保護物質。這是個精確的過程，如果整體混凝土構件都發生腐蝕則無法采取此措施，因為這樣會削弱結構的完整性。

因此，雖然這是目前廣泛采用的技術，但其并不能保證耐久度，因為仍存在腐蝕區未被修復的風險。與現存混凝土具有不同特性的新型保護手段也是維修過后的理想選擇。

目前存在其他更昂貴、更復雜的維修手段，在不裸露鋼筋結構的前提下減緩或徹底阻止對鋼筋的腐蝕。它們是電解保護、電化學氯離子萃取及再堿化。它們能從根本上解決問題，并防止未來的腐蝕。然而在最初癥狀出現之前，預防性措施仍是第一選擇。

如果結構已經遭受損壞，那么傳統的裸露鋼筋結構只是重要的第一步，然而還需要進行再堿化和電化學氯離子萃取。

受損區域的維修

挑出當整個碳化區域被去除后的混凝土，此時可以接觸到鋼筋。此技術包含以下幾個步驟：

· 去除受損的混凝土，清理裸露的表面

· 保護鋼筋結構，恢復其構造形成力

· 新涂料的應用

去除受損混凝土

采取機械或人工的手段去除所有由于鋼筋腐蝕所產生的外在壓力而損壞的混凝土碎片。

所有松動、碳化的碎片及含有氯離子的物質在接觸到“健康”混凝土之前被移除。鋼筋結構必須在各個角度充分裸露。這需要移除鋼筋后方幾cm的混凝土，以便新的保護層完全覆蓋鋼筋。

還需裸露一些未發生腐蝕癥狀的鋼筋，以檢查該處鋼筋狀態良好。

這么做避免了忽略腐蝕剛剛開始的區域，以防其之后發展出肉眼可見的癥狀。在鑒定需要去除的區域時需要聽取專家的意見。混凝土可以通過鑿子、氣動針束除銹機和其他類似裝置人工去除。

此操作需要仔細檢驗其結構影響，尤其是在較大或較深區域混凝土從構件中移除時。

有些構件可能需要支柱提供臨時支撐。移除工作可以分為損壞程度不同的、相對較小的區域，以防止對部分結構的過度削弱（潛在折斷）。

需要去除的混凝土必須首先被清理，其具體手段根據混凝土種類而定。必須使用壓縮空氣、水流或真空吸塵器將其表面的所有灰塵和泥土清除。

在應用新的保護涂層前也必須徹底清理鋼筋，保證沒有腐蝕殘留。任何一點殘留的銹跡都會導致腐蝕繼續擴散，其腐蝕速度根據電解質含量而定。

鋼筋加固結構可以用沙子進行涂刷、鋪墊或清洗。選擇的方法必須完全去除銹跡，因而確保整個受檢測的鋼筋結構狀態良好。

盡管從技術上講清理方式并不困難，清理不完全仍是導致維修無法完全阻止腐蝕的首要原因，因此這個階段必須額外注意。

鋼筋結構的保護和結構性維修

鋼筋一旦清理完畢便可開始涂以保護層。涂層可以為水泥薄漿、各類塑料、環氧樹脂或特殊的抑制腐蝕強化物。

黏合性環氧樹脂也可被應用于鋼筋和混凝土中，以增強黏合性并在額外的保護層和現存構件形成更好的密封。

如果新的保護層不能在鋼筋結構清理完畢后立即應用，便需要對鋼筋使用添加少量細沙的黏合性環氧物質，以便隨后增強鋼筋結構與保護層的約束力。

在許多情況下，若去除面積太大，或者被視為增強結構承受力的必要元素，此時新的鋼筋結構也會被嵌入構件中。根據以往經驗來看，當移除部分超過整體的15% 時就必須重新計算結構，并且盡量通過某種方式恢復鋼筋的原始強度。

修復鋼筋需要切斷鋼筋條的薄弱部分，并用其他鋼筋重疊后用金屬絲綁定或焊接在原有鋼筋條的方式替換掉。

如果新的鋼筋加固結構被嵌入，那么受損的鋼筋必須被切割和替換。新換部分的鋼筋和原有的鋼筋可能會少量重疊，可用金屬絲焊接或綁定到指定位置。

如果鋼筋被焊接而成，那么必須首先檢查新鋼筋和原有鋼筋是否可兼容焊接。專家也可捻接金屬套筒以連接兩根鋼筋，此方法使用簡便。如果連接處用金屬絲固定，那么重疊的鋼筋長度應為鋼條直徑的40倍。

通常情況下如果移除的材料含量少于總量的15%，修理就不會構成結構風險，因此無需進行再次加固。

新型涂層材料的應用

在應用新型涂料之前，必須首先檢測以確保由于材料去除而裸露的混凝土表面沒有任何裂紋。如果表面存在裂紋，必須立即診斷以確定其原因，確保其不是修復工作試圖避免的腐蝕癥狀。環氧樹脂能有效填補所有類型的裂紋，通過建立強力的黏結以恢復結構的完整性，有效密封。

所用環氧樹脂的種類取決于裂縫的寬度，裂縫分類如下：

· 寬度小于0.2mm：雙組份環氧膠黏劑，20℃時黏度為100cP。

· 寬 度 在0.2～0.6mm之 間：雙 組份環氧黏合劑，20℃時黏度小于500cP。

· 寬度在0.6～3mm之間：純雙組份環氧黏合劑或結合上玻璃粉塵，20℃時黏度小于1500cP。

· 寬度大于3mm可使用加強環氧樹脂。添加顆粒可以是沙?；焐铣叽缧∮?mm或裂縫寬度0.6倍的小顆粒。通常黏合劑與沙粒的比例為1：1。

為了用黏合劑既能填補裂縫，又能重建統一性和結構完整性，此時需要外部臨時密封。首先用軟管插入密封區域以便接下來在裂縫處注入黏合劑。

這些沿著裂縫的軟管之間間距取決于裂縫的寬度和深度。軟管必須插入每個兩處或兩處以上裂縫的結合處。在注入前必須確保外部密封完全凝固，這通常會花費24小時。

隨后注入黏合劑，通過軟管使用壓力槍和機械插孔。也可使用高效設備自動測量、混合并注入黏合劑。

內部裂縫一旦被完全密封，即可繼續混凝土的維修工作。移除混凝土的體積必須用新的混凝土代替，用來加固結構并且為鋼筋提供覆蓋層。

使用的砂漿具有如下基本特性：

· 強度足夠。

· 與原有混凝土和鋼筋良好的黏合。

· 盡量不會收縮。

· 抵抗周圍環境中各種腐蝕性物質。

· 彈性系數及熱膨脹系數與原有構件兼容。

只要能滿足上述要求，砂漿可以在現場攪拌，或者由生產商在工地外用更精確的劑量事先準備好。

如果是常見砂漿（即水硬性水泥，含有或不含有添加劑），其成分與原有構件相似并且成本也會降低。

其中一種此類作用的常用砂漿是硅酸鹽水泥砂漿家族中的一員，它們能提供更好的黏合度、抗滲性及強度。有機環氧樹脂砂漿和聚酯砂漿在需要潛覆蓋的情況下特別有效。修復砂漿種類很多，需要根據替換位置的深度、表面黏合的物質、需要的體積總量及原有水泥的特性進行選擇。

在應用修復砂漿之前，必須首先在其需要接觸的裸露表面涂上一層丙烯酸酯或環氧樹脂。

涂以砂漿可以人工操作，不需要使用模板。

不論選擇何種維修手段，都必須穩定操作，連續進行，給每層以足夠的時間干燥，因而避免收縮損害的風險。精確的時間控制和考慮取決于修復材料的種類，在使用市場上購買的產品時必須遵守生產商的指示說明。

最終的表面必須確保良好的防滲水性和抗氯化物性。

修復受損混凝土的材料

目前在市場能夠購買到的修復材料可被分為3大類：

· 無機材料

· 有機材料

· 混合材料

無機材料包括所有種類的水泥，不論是否是硅酸鹽水泥，還可以被再次分類為傳統型和非傳統型。

傳統型包括水泥漿、砂漿、微粒混凝土及普通混凝土。非傳統型包括膨脹性硅酸鹽水泥、鎂和磷酸鹽水泥、磷酸鋁水泥、礬石水泥和鋁酸鹽水泥。

有機材料用于修復混凝土的有機材料是指含有熱穩定聚合黏合劑的合成樹脂。樹脂由2～3種成分構成，使用之前需先攪拌。攪拌關閉的聚合反應從而使樹脂最終凝固，最常用的品種為不飽和環氧樹脂、聚氨酯及聚酯樹脂。

混合材料由在混合混凝土的水中加入特定種類的聚合物而制成。它們能在不降低混凝土堿濃度的前提下，為混凝土添加附加屬性。正是鈍化特性保護了鋼筋。由于聚合物是液體乳膠，因而可與水泥混合。

當水分蒸發后它會增加混凝土的緊密性，從而產生一種更加致密、抗滲性更好、楊氏彈性系數及熱膨脹系數較低、類似于未含添加劑的、水硬性砂漿的新型砂漿。有許多種類的聚合物在與硅酸鹽水泥混合后可以達到此效果。

阻止或減緩鋼筋結構的腐蝕

陰極保護

陰極保護技術旨在賦予鋼筋結構一定的電勢能從而阻止腐蝕。有兩種方法：電流陰極保護和外加電流陰極保護。

第一種方法將鋼筋結構轉變為電磁電池的陰極，一個電流或“犧牲性”的陽極與鋼筋混凝土構件的表面接觸。電流的陽極由鋅或鎂制成，二者都比鋼鐵的電化學電勢低，因此使離子流逆流，遠離鋼筋結構。這會使電流陽極遭受腐蝕，但鋼筋結構完好無損。

外加電流陰極保護的方法是依靠連續導入的電流工作。負的陽極連接到直流電源并且貼緊鋼筋。正的陰極由半插入和抗腐蝕材料組成。

使用壽命在20 年以上的導電材料都可以被用作陽極。常用的材料有：石墨、鍍鈦鉑金、鉭、鈮、銀和鉛合金等。

兩種方法都面臨的問題是鋼筋結構必須是連貫的。在新建結構中做到這一點比在現有結構中更加容易，所以在設計階段就考慮使用陰極保護大有裨益。

陽極的可以有各種形狀，通常是成網狀或網格狀固定與混凝土或為嵌入式聚乙烯板。

電化學氯化物萃取

氯化物萃取是通過在位于混凝土表面、淹沒在電解質溶液中的金屬網格和鋼筋結構之間創建電場以達到目的。

此過程類似于陰極保護，氯離子被強制遠離位于混凝土構件外的正極。

結構中損壞的區域在提取開始之前必須事先進行修復。如果鋼筋腐蝕造成混凝土的膨脹及裂縫，涉及的混凝土區域必須全部去除，腐蝕的鋼筋也必須替換。接下來鋼筋便會通電。連接的布局根據鋼筋的連續性和尺寸而定，但是最小在20m2。

最后將金屬網格安裝至混凝土構件表面。嵌入電解質溶液，如水飽和毛氈或纖維素纖維，在整個過程中電解質必須保持濕度。一旦設備安裝完畢，接通1A/m2的電流。負極為連接鋼筋的導線，正極為金屬網格。電流穩定十分重要。

氯化物萃取的過程會持續1～3月。在最初的幾周內，必須在混凝土上取樣以確保過程正常進行。

必須從混凝土中取樣以檢測進程是否正常。如果檢測結果良好就需決定何時停止萃取。一旦進程停止，就必須關閉電流，撤除金屬網格和電解質。接下來清洗混凝土表面，去除的區域必須用新材料替換并且對表面實行保護。

即便此方法有很多益處，但卻極其昂貴且過程十分復雜。由于這是一個相對不夠成熟的方法，目前尚未完全確定它的副面影響及能清除氯化物的最大量。

再堿化

此方法能夠通過使其從PH值較高的區域流向呈酸性的區域，從而激活堿分子（含有OH離子）。

通過在混凝土表面使用富含水泥的砂漿可以促使再堿化，并且保持區域潮濕。這樣堿分子就能滲透到表面以下1～2cm。

應用基于上述技術并且具有相同特性的工業手段是最有效的方法。將網格結構置于富含堿元素（即碳化納）的纖維素涂層的混凝土表面。隨后形成電場，將鋼筋結構轉變為陰極，網格結構變為陽極。金屬網格中的堿緊接著迅速通過電化滲透侵入混凝土深層。

整個操作需要15～30 天，它能使碳化混凝土的PH值達到9.5～10.5。操作結束后必須在混凝土表面應用保護措施，以防止再次碳化。

這種方法類似于上述幾種，成本高昂且實施起來十分復雜，而且在現存混凝土中效果不佳。