一种混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构及防护方法和应用

摘要

本发明属于混凝土结构防护领域，具体涉及一种混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构及防护方法和应用。该系统耐腐蚀防水防护结构包括由内到外依次的：防腐蚀防水层、内表面修复层、深层加固层、混凝土结构层、外部防水防护层。本发明解决了材料和工程需求脱离的行业现状问题，从应用技术角度出发，明确了工程需要的材料性能，进而实现产品配方设计。解决了耐腐蚀性防护层设计以有机材料为主的耐腐蚀防护层与无机混凝土之间模量差距大、温缩变形不同步，导致运行期间防护层与混凝土基层之间复合不良，出现起鼓、开裂、甚至成片脱落，从而失去防护功能影响结构的使用寿命的问题。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土结构防护领域，更具体地，涉及一种混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构及防护方法和应用。

背景技术

1.项目背景

近几年，随着环境保护要求的提高，环境工程领域中涌现出大量以钢筋混凝土为结构的容器、用于盛装含腐蚀性物质的水体。如垃圾焚烧发电工程中的垃圾池、垃圾渗滤液储存池；城市及工业污水处理工程的各种污水池等等，这些构筑物都是以硅酸盐混凝土为结构，内部盛装含有腐蚀性介质(腐蚀性水体、腐蚀性固废)。

与金属结构容器不同，硅酸盐水泥混凝土在遭受持续性渗透水时，渗透水造成的钙溶蚀很容引发系列混凝土病害(混凝土中性化、钢筋锈蚀、表层剥落、碱集料反应、冻融破坏、混凝土炭化等病害)，特别是水体中含有腐蚀性物质(酸、碱、盐)，腐蚀性病害更加剧烈、后果更为严重，最终导致结构寿命的严重缩短。

当前，国际上通用的防腐蚀做法是采用耐腐蚀树脂材料构筑防护层，将腐蚀性介质隔离开。无论是是金属容器、亦或混凝土容器，由于耐腐蚀树脂的物理力学性能与容器材料存在较大差异，防腐蚀保护层开裂、脱落一直是难以攻克的难题。

硅酸盐水泥混凝土是由石子、砂、水泥组成的级配型混凝物，虽然理论上存在能够保障工程(抗渗)安全的技术措施；但实际工程中由于受到众多现实因素限制，构筑物的混凝土结构整体性存在很大的质量不一致；混凝土浇筑过程中的分仓缝、施工缝、骨料离析导致的蜂窝、孔洞、水化热引发的温度裂缝等等施工质量病害普遍存在。这些施工质量缺陷在一般建筑工程中可能影响不是很大，但在容器类构筑物中却会导致非常严重的后果。

2.混凝土结构防护现状

混凝土结构防护与金属结构防护是完全不同的工程技术体系，从工程技术角度出发，我们应针对材质来设计合适的防护产品。虽然国内外金属结构的防护技术和产品发展都已经达到很高的水平，如直接照搬相关技术和产品用于混凝土结构会出现很大的工程风险。国内的混凝土构筑物的防护就是缺少了行业内的工程技术认知，照搬金属结构防护技术，而出现了项目投运一到三年就出现各种工程病害。

混凝土结构的防护取决于两大关键技术，产品技术和工程技术，且二者为相互否定项。好的产品是提供抵抗各种介质腐蚀、防水要求的基本，而工程技术是将好的产品落实到实际工程中的必要手段，没有好的工程技术再好的产品性能也不能完全体现。现阶段行业内缺少以上基本认识，而专注强调产品的物理性能指标，这也是行业内工程问题不断的主要原因之一。

目前在渗漏水维修中的现有技术是一般采用浅层注浆技术，即是在渗漏部位的混凝土上，根据渗漏部位的面积的大小，划定宜顶的区间直接进行打孔注浆的方式进行维修，如图一所示。采用此方法进行维修，确实能立马起到堵漏的效果，但随着时间的推移在原来的渗漏点周围又会出现新的渗漏。因为此方法只是在混凝土表层进行堵漏，而渗漏水是来自墙体或底板混凝土结构层之外的地下水压，一旦混凝土结构表面了渗漏水，此时水已经在混凝土结构内蔓延扩散，哪漏堵哪无法从根源解决渗漏。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，基于混凝土结构耐腐蚀防水要求，从工程需要出发，针对环境工程混凝土结构防护不足的工程现实，提供一种混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构及防护方法和应用。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构，其特征在于，该系统耐腐蚀防水防护结构包括由内到外依次的：

防腐蚀防水层、内表面修复层、深层加固层、混凝土结构层、外部防水防护层。

根据本发明，所述混凝土结构层是指混凝土结构容器类构筑物本身的结构。

作为优选方案，所述防腐蚀防水层包括由内到外依次的：

渗透性树脂底涂层、树脂胶泥中涂层和树脂封闭面涂层。

本发明的第二方面提供上述混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构的防护方法，该防护方法包括：

(1)对混凝土结构外部进行防水防护，形成外部防水防护层；

(2)对混凝土结构内部进行缺陷修复，包括表面修复和深层加固处理，依次形成深层加固层和内表面修复层；

(3)对混凝土结构内壁进行防腐蚀防水处理，形成防腐蚀防水层。

作为优选方案，所述对混凝土结构外部进行防水防护包括：采用防水片材或涂料防水层对混凝土结构外部进行隔绝外环境水防水防护。上述对混凝土结构外部进行防水防护方法属于本领域技术人员常规采用的技术手段，本领域技术人员可根据需要进行选择。混凝土结构的防护要隔绝外环境水，构筑物外防水的作用一是保护混凝土结构内壁防腐蚀层免遭背面渗水浸润破坏，二是防止外环境水文地质变化对构筑物产生不可控的不良影响。

根据本发明，步骤(2)中，混凝土结构内部的缺陷属于混凝土病害，表现为蜂窝、孔洞、麻面、漏浆中的至少一种。

作为优选方案，步骤(2)中，所述表面修复的步骤包括：采用单组分高强抗渗薄层修补砂浆进行表层弱界面清除、表面显性缺陷处理，形成内表面修复层；表层弱界面清除、表面显性缺陷处理采用薄层批刮的方式。

作为优选方案，所述单组分高强抗渗薄层修补砂浆包括以重量份计的如下组分：

特种水泥400-500份，重钙0-60份，石英砂和/或河砂400-500份，缓凝剂2-5份，碳酸锂0.3-0.8份，可再分散胶粉30-40份，保水剂0.6-1.0份，减水剂0-0.6份，消泡剂0-0.5份，水140-180份。

上述单组分高强抗渗薄层修补砂浆与混凝土具有相近的物理力学性能，采用上述单组分高强抗渗薄层修补砂浆进行薄层批刮，如批刮2mm，3 天即可达到2.0兆帕以上的粘结强度，1.0兆帕以上的抗渗能力，该砂浆28 天抗折强度10兆帕左右，抗压强度50兆帕，粘结强度3.0兆帕，且该砂浆具有较好的致密性、优异的抗渗防水性能、耐碱和硫酸盐侵蚀、耐久性好、抗开裂性能优异。该砂浆摆脱了传统防水层-修补找平砂浆-防腐蚀砂浆的施工工序，一步到位，缩短工期，且应用广泛。单组分高强抗渗薄层修补砂浆使用为后续的内表面防护提供了良好的基层。上述单组分高强抗渗薄层修补砂浆可提高材料与混凝土基层的粘结强度，降低开裂性，增加耐腐蚀性和防水性能，同时减少材料使用工序和工期，完成对混凝土表面不良的修复，增加混凝土结构的耐久性和使用寿命。砂浆的粘结强度和抗渗防水防腐蚀性能均较优异。

作为优选方案，上述单组分高强抗渗薄层修补砂浆更适用于对混凝土建筑的蜂窝、麻面、孔洞进行快速修补，为防腐蚀涂料提供平整坚固的基层。

作为优选方案，所述特种水泥为硫铝酸盐水泥和/或高铝水泥。作为优选方案，为了满足使用条件，选择早强快硬且收缩率较低的硫铝酸盐水泥，满足和混凝土基层有很好相容性，且施工周期短，早期强度高。

作为优选方案，所述石英砂和/或河砂的粒径为30-200目。

作为优选方案，所述重钙为粉末状钙粉，粒径为280-400目。

作为优选方案，所述缓凝剂选自柠檬酸钠、葡萄糖酸钠和无水柠檬酸中的至少一种。

为了提高砂浆的粘结强度，使用可再分散胶粉对砂浆进行增强。胶粉可以提高砂浆的粘结强度、密实度、抗冲击性、抗渗能力和耐久性能。作为优选方案，所述可再分散胶粉为苯丙胶粉、VAE胶粉、聚乙烯醇粉末中的至少一种。

作为优选方案，所述保水剂选自纤维素醚、木质纤维和淀粉酶中的至少一种。作为进一步的优选方案，在砂浆中添加纤维素醚，可更好地提高砂浆的粘聚性，防止泌水并提高施工性能。作为进一步的优选方案，所述保水剂为纤维素醚和木质纤维的混合物，所述木质纤维的粒径为200-500 微米。木质纤维可通过毛细作用，降低砂浆施工后的含水量梯度，减少开裂的同时，提高砂浆的触变性和施工性能。纤维素醚和木质纤维的综合作用使砂浆批刮混凝土顶面、立面不流挂。

作为优选方案，步骤(2)中，所述深层加固处理的步骤包括：采用深层注浆装置对混凝土结构内部进行深层加固处理，形成深层加固层；这一深层加固处理的手段解决了行业内忽视混凝土质量对耐腐蚀防水功能实现的影响，降低了工程风险。

所述深层注浆装置包括：

注浆机；

接驳器，接驳器包括接驳管和快接母头，接驳管的一端连接于注浆机，快接母头设置于接驳管的另一端；

注浆头，注浆头包括注浆管、快接公头、填充结构及止回阀，注浆管的一端设置有注浆嘴，快接公头设置于注浆管的另一端且与注浆管的外壁通过螺纹连接，填充结构套设于注浆管且设于注浆嘴和快接公头之间，注浆管能够通过快接公头插装于接驳器的快接母头中，快接母头能够带动快接公头旋转，以挤压填充结构，使填充结构的外径膨胀，以填满注浆管的外壁与注浆孔的孔壁之间的缝隙，止回阀设置于注浆管中，用于防止注浆液由注浆管回流至接驳器。

作为优选方案，所述采用深层注浆装置对混凝土结构内部进行深层加固处理的步骤包括：

1)确定渗漏部位；

2)根据渗漏部位的混凝土结构层厚度在渗漏部位的中心位置钻注浆孔；

3)将注浆头连接于接驳器并送入注浆孔内，通过接驳器旋转快接公头以挤压填充结构，使填充结构恰好卡住注浆孔；

4)将注浆头送入注浆孔最深处，通过接驳器继续旋转快接公头以进一步挤压填充结构，使填充结构完全填充注浆头与注浆孔的孔壁之间的缝隙，卡死于注浆孔；

5)开启注浆机向注浆孔中加压注浆。

作为优选方案，步骤(3)中，对混凝土结构内壁进行防腐蚀防水处理的步骤包括：

在混凝土结构内壁构建改性树脂耐腐蚀防水层系统，形成防腐蚀防水层，该系统根据复合材料体系工程原理、针对硅酸盐混凝土材质特点和物理力学性能特点得到；

该改性树脂耐腐蚀防水层系统依次包括：渗透性树脂底涂层、树脂胶泥中涂层和树脂封闭面涂层；

其中，所述渗透性树脂底涂层为环氧树脂层；

制备所述树脂胶泥中涂层的原料包括：环氧树脂、固化剂、第一粉料、水和任选的助剂；所述环氧树脂和固化剂的质量比为1：1.4-1.8；相对于1重量份的环氧树脂和固化剂的混合物，所述第一粉料的用量为 1.5-1.8份、水的用量为0.05-0.3份、助剂的用量为0-5份；以所述第一粉料的总重量计，所述第一粉料包括石英粉80-90wt％、微硅粉10-20wt％、炭黑0.05-0.2wt％和钛白粉0.05-0.2wt％，各组分之和为100wt％；

制备所述树脂封闭面涂层的原料包括：环氧树脂、固化剂、第二粉料、水和任选的助剂；所述环氧树脂和固化剂的质量比为1：1.4-1.8；相对于10重量份的环氧树脂和固化剂的混合物，所述第二粉料的用量为 1.5-2.5份、水的用量为2-3份、助剂的用量为0-2份；所述第二粉料包括云母粉、炭黑和钛白粉，所述云母粉、炭黑和钛白粉的质量比为1：1： 0.05-0.1。

作为优选方案，制备所述渗透性树脂底涂层的原料包括：环氧树脂、固化剂、水和任选的消泡剂；所述环氧树脂、固化剂和水的质量比为1： (1.4-1.8)：(2-3)；以所述环氧树脂、固化剂和水的混合物的总重量计，所述消泡剂的含量为0-3wt％。

本发明的第三方面提供上述的防护方法在混凝土结构防护领域中的应用。

本发明的有益效果：

本发明从混凝土材质本身出发，对其保护需求提出了明确的工程体系设计思想，包含混凝土结构的外防水、混凝土的处理、混凝土的内防护。

本发明引导了行业施工质量控制，解决行业施工随意的乱状。本发明的方案解决了材料和工程需求脱离的行业现状问题，从应用技术角度出发，明确了工程需要的材料性能，进而实现产品配方设计。解决了耐腐蚀性防护层设计以有机材料为主的耐腐蚀防护层与无机混凝土之间模量差距大、温缩变形不同步，导致运行期间防护层与混凝土基层之间复合不良，出现起鼓、开裂、甚至成片脱落，从而失去防护功能影响结构的使用寿命的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1示出了一种现有技术的浅层注浆技术附图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明实施例中，混凝土结构容器类构筑物具体是某混凝土质量缺陷需要预处理-内部不实的蜂窝、麻面、裂缝，表面养护不足形成的弱界面问题的混凝土结构。

实施例1

本实施例提供一种混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构和防护方法，该系统耐腐蚀防水防护方法包括：

(1)对混凝土结构外部进行防水防护，形成外部防水防护层；

(2)对混凝土结构内部进行缺陷修复，包括表面修复和深层加固处理，依次形成深层加固层和内表面修复层；

(3)对混凝土结构内壁进行防腐蚀防水处理，形成防腐蚀防水层。

步骤(1)中，对混凝土结构外部进行防水防护包括：采用防水片材对混凝土结构外部进行隔绝外环境水防水防护。

步骤(2)中，表面修复的步骤包括：采用单组分高强抗渗薄层修补砂浆进行表层弱界面清除、表面显性缺陷处理；表层弱界面清除、表面显性缺陷处理采用薄层批刮的方式，先将表层弱界面进行清除，然后将如下修补砂浆涂抹于待修补的混凝土表面显性缺陷处，并用刮刀磨平。

单组分高强抗渗薄层修补砂浆包括以重量份计的如下组分：高贝利特硫铝酸盐水泥500份，粒径为300目的重钙30份，粒径为30-200目的河砂 440份，无水柠檬酸3份，碳酸锂0.5份，苯丙胶粉30份，200-500微米的木质纤维0.3份，纤维素醚0.3份，减水剂0.4份，水160份。将上述材料在搅拌机的作用下搅拌5分钟，即可得到均匀的修补砂浆浆体。

步骤(2)中，深层加固处理的步骤包括：采用深层注浆装置对混凝土结构内部进行深层加固处理；

深层注浆装置包括：

注浆机；

接驳器，接驳器包括接驳管和快接母头，接驳管的一端连接于注浆机，快接母头设置于接驳管的另一端；

注浆头，注浆头包括注浆管、快接公头、填充结构及止回阀，注浆管的一端设置有注浆嘴，快接公头设置于注浆管的另一端且与注浆管的外壁通过螺纹连接，填充结构套设于注浆管且设于注浆嘴和快接公头之间，注浆管能够通过快接公头插装于接驳器的快接母头中，快接母头能够带动快接公头旋转，以挤压填充结构，使填充结构的外径膨胀，以填满注浆管的外壁与注浆孔的孔壁之间的缝隙，止回阀设置于注浆管中，用于防止注浆液由注浆管回流至接驳器。

采用深层注浆装置对混凝土结构内部进行深层加固处理的步骤包括：

1)确定渗漏部位；

2)根据渗漏部位的混凝土结构层厚度在渗漏部位的中心位置钻注浆孔；

3)将注浆头连接于接驳器并送入注浆孔内，通过接驳器旋转快接公头以挤压填充结构，使填充结构恰好卡住注浆孔；

4)将注浆头送入注浆孔最深处，通过接驳器继续旋转快接公头以进一步挤压填充结构，使填充结构完全填充注浆头与注浆孔的孔壁之间的缝隙，卡死于注浆孔；

5)开启注浆机向注浆孔中加压注浆。

深层加固处理的步骤以及所采用的装置具体参见申请号为 201911013488.0的专利申请的实施例中记载的内容。

步骤(3)中，对混凝土结构内壁进行防腐蚀防水处理的步骤包括：在混凝土结构内壁构建改性树脂耐腐蚀防水层系统，具体采用申请号为 201811644923.5的专利申请中的实施例1记载的改性树脂耐腐蚀防水层系统。

测试例：

采用实施例1的系统耐腐蚀防水防护方法进行处理后，得到一种混凝土结构容器类构筑物的系统耐腐蚀防水防护结构，该系统耐腐蚀防水防护结构包括由内到外依次的：防腐蚀防水层、内表面修复层、深层加固层、混凝土结构层、外部防水防护层；所述防腐蚀防水层包括由内到外依次的：渗透性树脂底涂层、树脂胶泥中涂层和树脂封闭面涂层。对其的耐水性 (10d)、耐盐雾试验(1000h)、耐紫外老化(1000h)、耐碱性(饱和氢氧化钙，10d)、耐碱性(饱和氢氧化钠，10d)、耐酸性(10％硫酸，10d)、耐酸性(25％硫酸，10d)、粘结强度(MPa)、硬度、抗渗性(砂浆迎水面， MPa)、耐磨性(1000g/100r/mg)、耐冲击性(0.5kg.m)、耐臭氧性(1000pphm 40℃，168h)、渗透系数(cm/s)、线膨胀系数、渗透深度进行测试，其中，三层结构复合系统技术要求如表1所示(指标13-16为企标)，实测结果如表2所示。

表1

表2

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。