混凝土表面涂層抗腐蝕性能研究進(jìn)展

趙 琦 王秋芳

（上海港灣工程質(zhì)量檢測有限公司）

混凝土是建筑工程界用量最大的建筑材料，在大壩、橋梁和海洋工程等基礎(chǔ)設(shè)施中被廣泛使用。我國領(lǐng)土遼闊，氣候區(qū)域復(fù)雜多變，大部分混凝土結(jié)構(gòu)長期遭遇氯離子侵蝕、碳化、凍融等不利因素的影響，給混凝土結(jié)構(gòu)耐久性帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，是當(dāng)今建筑工程領(lǐng)域和學(xué)術(shù)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題。

混凝土構(gòu)造的本質(zhì)是一種非均質(zhì)多孔材料，無論對混凝土本身或?qū)ζ滟|(zhì)量的控制做出何種改進(jìn)，其本身總是存在孔隙和微裂縫，只要這些局部的缺陷存在，就能為侵蝕物質(zhì)提供運(yùn)輸途徑，特別是在寒冷、海洋等惡劣環(huán)境中，鋼筋混凝土腐蝕破壞無法規(guī)避。針對這一問題， 國內(nèi)外學(xué)者從優(yōu)化施工技術(shù)、增強(qiáng)混凝土防護(hù)和鋼筋保護(hù)等方面進(jìn)行了大量的研究工作，其中混凝土表面涂層可以阻斷腐蝕介質(zhì)向混凝土內(nèi)部傳輸?shù)耐緩剑岣呋炷两Y(jié)構(gòu)在嚴(yán)酷環(huán)境中的長期耐久性?；炷两Y(jié)構(gòu)表面涂層防護(hù)是指在混凝土表面刷涂、刮涂或噴涂一定厚度的防護(hù)涂料，涂料或滲透至混凝土內(nèi)部一定深度生成憎水膜層，或閉塞混凝土表面的孔隙及裂縫，從而阻止或推遲外部環(huán)境中水分及有害物質(zhì)對混凝土的侵害，具有施工簡單、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn)，是改善混凝土耐久性的重要方法之一[1]。

1 常用混凝土防腐涂料的種類

混凝土結(jié)構(gòu)用防腐涂料的品種多而繁雜。根據(jù)涂料在混凝土表面的作用方式，目前市場上常用的防腐涂料可分為成膜型和滲透型兩大類[2]。

1.1 成膜型

成膜型防腐涂料一般是指涂料自身在混凝土表面形成一層密封膜層，封堵混凝土表面的毛細(xì)孔及微裂縫，將混凝土基材與環(huán)境中的有害物質(zhì)隔開，從而達(dá)到防腐目的[3]。這類涂料不僅對水、空氣和氯離子等腐蝕介質(zhì)的隔絕效果好，還具有較好的裝飾性。但該方式的涂料亦存在一些不足，如大部分有機(jī)涂料中含有許多可溶性鹽和親水基團(tuán)，與水接觸后易發(fā)生水解，在涂層內(nèi)部出現(xiàn)液體傳輸通道，導(dǎo)致對以水為傳輸媒介的腐蝕介質(zhì)的抵抗能力減弱[4]；此外，成模型涂料封閉性好，但也就導(dǎo)致其透氣效果較差，混凝土內(nèi)部的水和氣體難以排出，由此可能會導(dǎo)致表面膜層出現(xiàn)氣泡、破裂等現(xiàn)象，影響防護(hù)效果。涂料種類不同，形成的膜的質(zhì)量好壞亦具有較大差異，這將直接影響其對混凝土抗腐蝕能力的改善效果。常用的成膜型防腐涂料有：

⑴環(huán)氧涂料。環(huán)氧樹脂涂料簡稱環(huán)氧涂料，環(huán)氧樹脂是指分子結(jié)構(gòu)中含有兩個及兩個以上的環(huán)氧基，以脂肪族或芳香族為主鏈的一類高聚物的總稱。環(huán)氧涂料主要由基料（含環(huán)氧樹脂、環(huán)氧酯以及改性用的合成樹脂）、固化劑、著色顏料及體質(zhì)顏料、溶劑、各種功能性助劑等組分組成。這種涂料具有附著力好、強(qiáng)度高、耐堿性和抗?jié)B透性好等優(yōu)點(diǎn)，常作混凝土表面涂層的底漆和中漆使用，是工程中應(yīng)用最為廣泛的一類涂料。但環(huán)氧涂料的耐候性較差，在日照條件下易褪色粉化，且其固化時間受環(huán)境溫度和濕度的影響顯著，因此常使用有機(jī)硅和聚氨酯對其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，以克服這些缺點(diǎn)，提高其綜合使用性能。

⑵聚氨酯涂料。聚氨酯涂料即聚氨基甲酸酯涂料，是由多異氰酸酯和多元醇組分通過逐步聚合反應(yīng)而成。聚氨酯涂料不僅具備優(yōu)良的耐腐蝕性、機(jī)械性和裝飾性，而且不易發(fā)生水解，耐候性和高低溫化學(xué)穩(wěn)定性良好。但這種涂料的缺點(diǎn)也較為明顯，如其膜層易發(fā)黃、粉化褪色，附著力一般，因此在防腐涂層中大多用作面漆配套使用；此外，聚氨酯涂料固化反應(yīng)時間較長，對施工進(jìn)度影響較大。傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯涂料中的有機(jī)溶劑揮發(fā)易對環(huán)境造成污染，這限制了其在工程中應(yīng)用前景。水性聚氨酯是以水替換有污染的有機(jī)溶劑作為溶劑的環(huán)保型聚氨酯涂料，由于其不僅具有傳統(tǒng)聚氨酯涂料耐磨損、耐腐蝕、耐高低溫性好等優(yōu)點(diǎn)，而且還附著力強(qiáng)、無毒無污染、防燃防爆，因此其逐漸成為應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。

⑶丙烯酸酯涂料。丙烯酸酯涂料是以丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯等烯類單體為基料，通過加聚或共聚反應(yīng)而得的化合物，而以丙烯酸樹脂為基料的涂料統(tǒng)稱丙烯酸酯涂料。這類涂料由于其分子主鏈為C-C 單鍵，不僅具有很強(qiáng)的耐光、耐熱穩(wěn)定性，還具有耐酸、耐堿、機(jī)械強(qiáng)度高、保光性良好和常溫自干等優(yōu)點(diǎn)。但丙烯酸酯涂料的成膜物為線性分子，在高溫環(huán)境下易變軟回粘，而在低溫環(huán)境下則易干硬脆化，且丙烯酸酯乳膠粒的粒徑較大，形成的膜的致密性不穩(wěn)定，因此常用有機(jī)硅、環(huán)氧樹脂和聚氨酯等對其進(jìn)行改性，以拓展丙烯酸酯涂料的應(yīng)用前景。

⑷聚脲涂料。聚脲涂料是由異氰酸酯（芳香族或脂肪族）組分與氨基化合物組分反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)，是為符合環(huán)保需求而研發(fā)的一種不含有機(jī)溶劑、無污染的綠色環(huán)保材料。這種涂料不僅機(jī)械性能和耐腐蝕性能突出，而且還具備熱穩(wěn)定性好、彈性高、固化時間短等特點(diǎn)，對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，在工程中可采用機(jī)器噴涂的施工工藝，實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)施工，在防腐涂層中常作面漆使用。聚脲涂料的缺點(diǎn)在于附著力一般、易發(fā)泡和產(chǎn)品成本較高等。

⑸氟碳涂料。氟碳涂料是以含氟樹脂為主要成膜物的涂料的統(tǒng)稱，由于氟樹脂大分子鏈中存在大量鍵能很高（485.6kJ/mol）的F-C 化學(xué)鍵，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此氟碳涂料表現(xiàn)出諸多優(yōu)異的性質(zhì)，如超強(qiáng)的耐候性、耐熱性、耐腐蝕性和耐玷污性，在結(jié)構(gòu)防腐工程中應(yīng)用廣泛。但氟碳涂料也存在固化速度慢、不適合大面積施工、固化溫度高以及附著力一般、價格昂貴等缺點(diǎn)，因此常使用有機(jī)硅、環(huán)氧樹脂和丙烯酸樹脂等材料對其進(jìn)行改性，以便更好發(fā)揮氟碳涂料的防腐性能。此外，普通的溶劑型氟碳涂料中含有大量可揮發(fā)有機(jī)溶劑，服役過程中有機(jī)溶劑揮發(fā)不僅會污染環(huán)境，還會在漆膜表面留下針孔，密封性變差，防腐性能降低，因此水性氟碳涂料、低揮發(fā)有機(jī)溶劑的氟碳涂料的研發(fā)及應(yīng)用倍受關(guān)注。

1.2 滲透型

滲透型防腐涂料是指涂料滲入混凝土內(nèi)部與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，生成新的物質(zhì)填塞孔隙，或者通過自身聚合反應(yīng)在孔隙內(nèi)壁形成連續(xù)憎水膜層，阻止水分及其它腐蝕介質(zhì)的進(jìn)入[3]。常用的滲透型防腐涂料包括有機(jī)硅烷材料和水泥基滲透型結(jié)晶材料。

⑴有機(jī)硅烷材料。烷基烷氧基硅烷材料（簡稱硅烷）是一種小分子結(jié)構(gòu)，它能夠穿透混凝土表層滲透到內(nèi)部一定深度，與混凝土中的水分發(fā)生反應(yīng)水解成帶羥基的硅醇；硅醇不僅能在混凝土表面相互聚合形成二聚體甚至多聚體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅樹脂憎水膜層，還會與混凝土中羥基（來源于氫氧化鈣）反應(yīng)，通過化學(xué)鍵將憎水膜層與基材有機(jī)結(jié)合為一整體，使得混凝土孔壁形成遠(yuǎn)低于水的表面張力，阻礙外部液態(tài)水及水溶性侵蝕介質(zhì)的侵入，從而改善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[5]。液體狀硅烷和膏體硅烷是目前市場上常用的兩種硅烷材料，此外還有乳液狀、凝膠狀和干粉狀硅烷等，其中液體狀硅烷黏度低且易揮發(fā)，在垂直面施工時通常需要多次涂刷，不僅造成浪費(fèi)，還會導(dǎo)致成本增加。與其它成膜型涂料相比，硅烷材料的特點(diǎn)在于不會改變混凝土的自然外觀和孔結(jié)構(gòu)，不易發(fā)生膜層鼓泡、破裂現(xiàn)象，這樣既能兼顧混凝土結(jié)構(gòu)的透氣性能，又可使其具備較強(qiáng)的憎水防腐效果，進(jìn)而提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。

⑵水泥基滲透型結(jié)晶材料。水泥基滲透結(jié)晶型材料在基材（由普通硅酸鹽水泥、精細(xì)石英砂等組成）中摻入特殊活性化學(xué)物質(zhì)配制而成。這種材料不僅自身在混凝土表面構(gòu)成有效的防護(hù)層，而且其中的活性化學(xué)物質(zhì)可以滲透到混凝土內(nèi)部并與其的活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成膨脹性結(jié)晶物質(zhì)（碳酸鈣或鈣絡(luò)合物）， 堵塞混凝土已有孔隙和裂縫， 阻止外部有害物質(zhì)進(jìn)入， 并在后續(xù)服役中能夠持續(xù)發(fā)生反應(yīng)， 從而進(jìn)一步提升混凝土的長期耐久性[6]。水泥基滲透結(jié)晶型材料屬于無毒、無污染的環(huán)保產(chǎn)品，能與基層混凝土形成整體，不易剝落，還具有二次抗?jié)B功能，起到對基材長效防護(hù)效果；但其對基層變形和低溫施工的適應(yīng)能力差。

2 表面涂層防腐技術(shù)對混凝土耐久性的影響

2.1 吸水性

混凝土吸水性與其長期耐久性緊密相關(guān)。吸水是混凝土與外部進(jìn)行物質(zhì)交換的重要形式，大部分腐蝕介質(zhì)以水為媒介進(jìn)入混凝土內(nèi)部，因此混凝土的吸水性是評估其耐久性的一項(xiàng)重要指標(biāo)[7]。

孫宏剛[8]研究表明，水中浸泡72h 后未處理砂漿試塊的吸水率為4.0%，而涂覆T401、T501-II 聚脲的砂漿的吸水率分別為0.22%、0.86%，可見聚脲涂層可以顯著改善砂漿試塊的抗?jié)B性，對試塊起到良好的防護(hù)作用。嚴(yán)恒[9]提出，水泥基聚合物砂漿、改性環(huán)氧樹脂、硅烷和丙烯酸酯涂料這四種涂料都能降低混凝土的吸水率，防護(hù)效果為改性環(huán)氧樹脂＞丙烯酸酯＞硅烷＞水泥基聚合物砂漿。Almusallam 等[10]對比發(fā)現(xiàn)，與丙烯酸和氯化橡膠涂層相比，環(huán)氧樹脂和聚氨酯涂料在降低混凝土吸水率方面效果更好，其涂層表現(xiàn)出較好的抗水滲透性。張曉麗[11]發(fā)現(xiàn)，無涂層砂漿試件的吸水率在12h 后便達(dá)到3.40%，而聚脲、環(huán)氧、氯化橡膠涂層砂漿試件浸泡7d后的吸水率分別僅為0.23%、0.31%和0.57%，較無涂層砂漿試件依次降低了93.38%、91.36%和83.77%；且與氯化橡膠相比，聚脲和環(huán)氧涂層對改善砂漿抗水滲透性的效果更好。吳士軍[12]研究表明，無論溶劑型還是水性氟碳涂料都能明顯降低混凝土試件的吸水率，但溶劑型氟碳涂料對混凝土吸水性的提升能力更強(qiáng)。

劉貴昌等[13]采用辛基三乙氧基硅烷對混凝土表面改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)混凝土的吸水率顯著降低，由未改性時的0.066 降低至0.038，接觸角也由30°增加到100°，混凝土的抗?jié)B透性得到改善。Zhu[14]研究了硅烷使用方式對再生骨料混凝土抗?jié)B性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與空白試件相比，直接拌合水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、1.0%的硅烷時混凝土的毛細(xì)吸水系數(shù)分別降低61%和72%，而硅烷表面處理時混凝土的毛細(xì)吸水系數(shù)降低超過95%。康莉萍[2]利用透水量試驗(yàn)對比了硅烷、環(huán)氧和聚脲涂料的防水性，結(jié)果表明聚脲涂層的防水效果最優(yōu)，其7d 時的透水量仍為零，其次為環(huán)氧涂料和硅烷涂料。孫叢濤等[15]也研究了混凝土在滲透型硅烷涂料、成膜型環(huán)氧涂料、成膜型聚脲涂料及兩種成膜型涂料復(fù)合的透水性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硅烷涂料抗水滲透性能最差，其透水量隨著時間變化幾乎呈線性增長關(guān)系，環(huán)氧涂料及復(fù)合涂料的透水量增長平緩，而聚脲涂料7d 后的透水量仍為零。Pan 等[16]分析總結(jié)表面處理對混凝土耐久性的影響的研究成果指出，大多數(shù)表面處理會降低混凝土的透水性，但在降低混凝土吸水性的所有表面處理中，聚合物類涂料（如聚氨酯、聚脲等）的效果最為顯著，而疏水性浸漬涂料（有機(jī)硅烷類）在沒有靜水壓力的條件下可以防止水滲透，但當(dāng)混凝土浸泡在有壓力作用的水中時，有機(jī)硅烷類涂料并不能阻止水的滲透[5，15，17]。

2.2 抗氯離子滲透能力

海洋環(huán)境中氯離子侵蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效的主要原因?；炷帘举|(zhì)是一種多孔材料，氯離子通過孔隙和裂縫侵入混凝土內(nèi)部，致使保護(hù)鋼筋免受腐蝕的鈍化膜溶解并引發(fā)鋼筋銹蝕，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞和失效[18]。表面涂層可以隔絕或延緩氯離子向混凝土內(nèi)部的傳輸，對增強(qiáng)混凝土在海洋環(huán)境中的氯鹽腐蝕控制具有重要作用。

劉儒平等[19]對涂層混凝土的電化學(xué)循環(huán)極化法和高壓滲水法的研究結(jié)果表明，采用表面涂層防護(hù)可以明顯增強(qiáng)混凝土對氯離子滲入的抵御能力，保護(hù)鋼筋免受氯鹽腐蝕。黃微波等[20]研究發(fā)現(xiàn)，無論在干濕循環(huán)還是自然浸泡條件下，聚氨酯和聚脲涂層都能明顯增強(qiáng)混凝土抗氯離子侵蝕性能，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)在氯鹽環(huán)境中的腐蝕破壞。張偉平等[21]發(fā)現(xiàn)，混凝土表面涂敷雙層雙酚A 型環(huán)氧涂層后可顯著提升其在飽水狀態(tài)下的抗氯離子滲透性能，且其提升效果要好于有機(jī)硅和聚合物水泥基防水材料。但王慧[22]指出，與氯乙烯偏氯乙烯共聚乳液和聚氨酯涂料相比，環(huán)氧樹脂對改善混凝土抗氯離子侵蝕能力的效果較差。張曉麗[11]對比研究發(fā)現(xiàn)，論在氯鹽侵蝕單一因素作用下還是在彎曲荷載-干濕循環(huán)-氯鹽耦合作用下，聚脲涂層對改善砂漿試件的抗氯離子滲透的效果均要好于環(huán)氧涂層和氯化橡膠涂層?？道蚱糩2]的氯離子電遷移快速試驗(yàn)結(jié)果也表明，聚脲涂層防護(hù)下混凝土的抗氯離子侵蝕性能要好于四層配套環(huán)氧涂層和濕固化環(huán)氧涂層。

Medeiros[23]研究了有機(jī)硅烷涂料、丙烯酸酯涂料和聚氨酯涂料對混凝土的抵抗氯離子滲透能力的作用效果，結(jié)果表明聚氨酯涂料的抗氯離子滲透性最好，它可使混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低86%。Almusallam[10]利用氯離子擴(kuò)散數(shù)據(jù)計算鋼筋開始腐蝕的時間，計算結(jié)果表明，未涂覆混凝土試件的鋼筋在1 年后便開始腐蝕，而涂覆聚氨酯涂料的混凝土試件的鋼筋腐蝕時間約為11～30 年，且與丙烯酸、環(huán)氧樹脂、氯化橡膠和聚合物乳液涂料相比，聚氨酯涂料的防護(hù)效果最好。鄭焱等[24]試驗(yàn)結(jié)果表明，以水性氟碳樹脂乳液代替硅丙乳液為面漆可以大大提高混凝土的抗氯離子滲透性能。李偉華等[25]亦證實(shí)，相較于普通混凝土，以氟碳涂料為面漆的涂層可使混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低程度超過90%，但與溶劑型氟碳面漆體系相比，水性氟碳面漆體系的防護(hù)效果略差，易出現(xiàn)起泡并破裂現(xiàn)象。

張蕊等[26]用混凝土滲透性電測儀對水泥基滲透結(jié)晶型材料防護(hù)下混凝土抗化學(xué)侵蝕效果進(jìn)行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與普通混凝土相比，水泥基滲透結(jié)晶型防腐材料能使混凝土抗氯離子侵蝕能力提升約20%。Wang 等[27]研究了混凝土在硅烷防護(hù)下的抗氯離子侵蝕性能，結(jié)果表明硅烷處理后混凝土的抗氯離子侵蝕性能有明顯改善。但文獻(xiàn)[2，9，15，16]指出，與環(huán)氧樹脂等成膜型涂料相比，硅烷類滲透型涂料對混凝土抗氯離子滲透能力的提升效果較小，特別是混凝土結(jié)構(gòu)在水中服役時，滲透型硅烷涂料對混凝土抗氯離子滲透性能的改善效果將明顯減弱，這可能是因?yàn)檫@類涂料作用后混凝土仍保持原始的多孔特性[17]。

2.3 抗碳化能力

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的碳化是導(dǎo)致其耐久性失效的另一重要因素?？諝庵械腃O2進(jìn)入混凝土內(nèi)部與Ca(OH)2反應(yīng)導(dǎo)致其堿度降低， 鋼筋表面的鈍化膜溶解并發(fā)生銹蝕，進(jìn)而引起混凝土保護(hù)層開裂以至剝落；CO2還會導(dǎo)致水泥中的C-S-H 凝膠碳化分解，喪失粘結(jié)性能，最終致使混凝土結(jié)構(gòu)失效[28]。因此，做好混凝土碳化的預(yù)防處理工作對改善結(jié)構(gòu)的耐久性非常重要。

楊蘋等[29-30]研究發(fā)現(xiàn)，滲透型涂料對混凝土的抗碳化性能幾乎不具有改善作用，而成膜型和復(fù)合型涂料作用下混凝土的抗碳化能力顯著提高。李果等[31]研究表明，碳化7d 后普通混凝土的碳化深度為13.2mm，水泥基結(jié)晶涂層和有機(jī)硅涂層混凝土的碳化深度分別為8.2mm 和11.3mm，而聚氨酯涂料和環(huán)氧樹脂涂層混凝土的碳化深度仍為零。李果等[32]還研究了一種成膜型丙烯酸涂料和兩種無機(jī)透結(jié)晶型防腐涂料防護(hù)下混凝土的抗碳化性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同條件下，成膜型丙烯酸涂料對混凝土的抗碳化性能的改善效率明顯好于兩種滲透結(jié)晶型防腐涂層。由此可見，成膜型涂料防護(hù)下混凝土的抗碳化能力要好于滲透型涂料。Vries 等[16，33-34]也指出，有機(jī)硅烷類滲透型涂料對混凝土的抗碳化性能的提升效果較弱，涂布硅烷甚至?xí)觿』炷恋奶蓟痆35]。這是因?yàn)樵擃悵B透型涂料處理下混凝土仍保持透氣性能，CO2氣體仍可向混凝土內(nèi)部自由擴(kuò)散和遷移；而成膜型涂料在混凝土表面形成一層密封膜，阻塞了孔隙和裂縫，進(jìn)而有效地將混凝土基材與CO2氣體隔絕[29-30，36]，因此其對混凝土的抗碳化性能的強(qiáng)化效果較為顯著。滲透結(jié)晶型涂料雖也能在一定程度上改善混凝土的抗碳化能力，但其改善效果不如成膜型防腐涂料[32，37-38]。

即便作用方式相同，不同品種的涂料對混凝土抗碳化能力的作用效果亦具有較大差異。Park[39]發(fā)現(xiàn)混凝土在聚氯乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂和丙烯酸樹脂涂料涂刷下的CO2溶解度系數(shù)、滲透系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)均依次增大，即對混凝土抗碳化提升能力聚氯乙烯＞聚氨酯＞環(huán)氧樹脂＞丙烯酸樹脂。柏朱安[40]以混凝土抗碳化能力改善指標(biāo)η 為標(biāo)準(zhǔn)對比了混凝土用聚氨酯涂料、環(huán)氧樹脂涂料和氯化橡膠涂料涂敷后的抗碳化性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聚氨酯涂層對混凝土抗碳化性能的提升效果最好（η=42.9%），其次為環(huán)氧樹脂涂層（η=36.7%）和氯化橡膠涂層（η=28.2%）。吳士軍[12]研究了不同類型的氟碳涂料對混凝土的防護(hù)效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶環(huán)氧底漆＋溶劑型氟碳面漆體系對改善混凝土的抗碳化能力明顯優(yōu)于水性環(huán)氧底漆＋水性氟碳面漆體系。孫學(xué)志[41]指出，有機(jī)類滲透型涂料成膜反應(yīng)所需時間較短，因此其對混凝土早期的抗碳化能力提升作用較好，而無機(jī)類滲透結(jié)晶型涂料由于其化學(xué)反應(yīng)持續(xù)時間較長，隨著齡期增長仍會有結(jié)晶產(chǎn)物生成，進(jìn)一步阻塞混凝土的孔隙，因此其后期的抗碳化能力有可能達(dá)到乃至超過有機(jī)類滲透型涂料。

涂層厚度和基層混凝土的水膠比亦會對混凝土的抗碳化性能產(chǎn)生重要影響。對成膜型涂料而言，涂刷遍數(shù)越多，膜層越厚，混凝土結(jié)構(gòu)抗碳化的能力越強(qiáng)；而對于滲透結(jié)晶型涂料，增加涂層厚度并不會明顯改善混凝土的抗碳化能力[32，41-43]。柏朱安[40]通過對聚氨酯、環(huán)氧樹脂及氯化橡膠涂層混凝土的碳化深度與涂層體系的厚度進(jìn)行函數(shù)擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)混凝土的碳化深度隨著涂層體系厚度的增加呈指數(shù)關(guān)系減小，但不同涂層體系達(dá)到最大防護(hù)能力時的涂層的厚度不同。此外，水膠比增大，涂層對混凝土的防護(hù)作用減弱，其原因在于水膠比越大，混凝土基材的孔隙、裂縫等缺陷越多，表面成膜的質(zhì)量相應(yīng)越差[16，32，43]。

2.4 抗凍能力

寒冷地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)不僅要遭受CO2、Cl-等有害介質(zhì)的侵蝕，還要承受凍融循環(huán)的損傷破壞，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的長效使用。混凝土的凍融破壞主要是由低溫下孔隙水的結(jié)冰膨脹引起[44]，表面涂層可以隔絕外界水分，降低外界水分的滲入，對減緩混凝土結(jié)構(gòu)的凍融損傷發(fā)揮重要作用。

張影等[45]采用“快凍法”研究了環(huán)氧樹脂涂層混凝土的耐凍性能，結(jié)果表明經(jīng)過300 次凍融循環(huán)后，環(huán)氧樹脂涂層混凝土的抗壓強(qiáng)度和質(zhì)量損失率依次為24.73%、0.18%，而普通混凝土經(jīng)歷75 次凍融循環(huán)時抗壓強(qiáng)度和質(zhì)量損失率分別達(dá)到54.90%、1.81%，環(huán)氧樹脂涂料防護(hù)下混凝土表現(xiàn)出優(yōu)異的耐凍性能。萬赟等[46]對KLJ-P302s 單組份聚氨酯涂層混凝土的抗凍性試驗(yàn)結(jié)果表明，普通混凝土經(jīng)過100 次凍融循環(huán)后其質(zhì)量和動彈性模量損失率分別約為4%和60%，試件劣化嚴(yán)重；而聚氨酯涂層混凝土試件經(jīng)過300 次凍融循環(huán)后質(zhì)量略有增加，動彈性模量基本沒有損失，可顯著提升混凝土結(jié)構(gòu)在寒冷環(huán)境下的服役期限。肖承京等[47]研制了一種耐候性脂肪族聚脲涂層材料，研究發(fā)現(xiàn)該涂層保護(hù)下的混凝土在經(jīng)歷300 次凍融循環(huán)后，試件的質(zhì)量損失不超過1%，相對動彈性模量僅下降約2.8%，并且在西藏多項(xiàng)工程應(yīng)用中均表現(xiàn)出優(yōu)異的防護(hù)性能；而未處理的混凝土在經(jīng)歷150 次凍融循環(huán)后，試件的質(zhì)量損失和相對動彈性模量降低明顯，分別達(dá)到18%和55.4%。孫德文等[48]研究了聚氨酯-聚脲復(fù)合涂層對混凝土的防護(hù)效果，結(jié)果表明聚氨酯層和聚脲層通過化學(xué)鍵有機(jī)結(jié)合形成一整體，經(jīng)歷350 次凍融循環(huán)后復(fù)合防護(hù)涂層混凝土試件的質(zhì)量損失僅為0.09%，動彈模量有所增加；而環(huán)氧樹脂涂層混凝土在凍融循環(huán)50 次時質(zhì)量損失達(dá)到3.34%，，內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，100 次循環(huán)時試件已經(jīng)破裂。龐玉坤等[49]發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧涂層混凝土在3.5% NaCl 溶液中經(jīng)歷50 次凍融循環(huán)后表面便開始出現(xiàn)裂紋，300 次凍融循環(huán)后涂層已經(jīng)完全脫落，失去保護(hù)能力，相對動彈性模量損失超過40%，而聚脲Qtech-550 涂層混凝土在300 次凍融循環(huán)內(nèi)表面始終完好無損，相對動彈性模量略微降低。由此可見，相較于環(huán)氧涂料，聚脲涂料在提升混凝土抗凍性方面表現(xiàn)出更好的作用效果。

Gao 等[50]發(fā)現(xiàn)，硅烷表面處理不僅可以降低混凝土的吸水性，還能顯著降低冰與混凝土表面的結(jié)合力，提高混凝土的抗凍融破壞性能。張王樂元等[51]指出，表面浸漬硅烷能明顯提高混凝土的抗凍性能，但涂層厚度不宜過薄或過厚。蘇立海等[52]指出，硅烷縮合反應(yīng)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的憎水性，經(jīng)凍融循環(huán)作用后仍能保持較好的完整性，并且不會出現(xiàn)起泡、破裂現(xiàn)象，因此與環(huán)氧樹脂和聚脲涂層相比，硅烷處理下對混凝土抗凍耐久性的改善效果明顯。但Perenchio[53]研究表明，無論混凝土自身在除冰鹽存在時對凍融損傷的抵抗能力是高還是低，硅烷都不會影響其在自然環(huán)境中的抗凍耐久性。Basheer 等[34]指出，硅烷對混凝土抗凍性的強(qiáng)化作用與混凝土的初始狀態(tài)密切相關(guān)：若混凝土處于初始干燥狀態(tài)，硅烷可以通過疏水作用明顯減少水進(jìn)入混凝土，大幅降低混凝土在凍融期間的水飽和度，此時經(jīng)表面處理的混凝土對凍融破壞的抵抗非常顯著；若混凝土處于初始飽水狀態(tài)，硅烷可能不會提高其抗凍融能力，因?yàn)轱査拿?xì)孔隙在凍結(jié)過程中會由于水的膨脹而發(fā)生擴(kuò)張。此外，當(dāng)凍融過程中形成的水壓超過硅烷提供的斥力時，其作用也將減弱[16]。

3 結(jié)語

腐蝕對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的長期耐久性帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。表面涂層防腐技術(shù)可以有效阻止或延緩環(huán)境中水分、氯離子、二氧化碳等腐蝕介質(zhì)的侵入，改善混凝土結(jié)構(gòu)抗腐蝕能力，對延長工程結(jié)構(gòu)尤其是海洋工程結(jié)構(gòu)的服役年限具有重要的積極作用。

滲透型有機(jī)硅烷材料對混凝土結(jié)構(gòu)抗腐蝕能力的提升作用尚存爭議，但僅考慮表面涂層對混凝土吸水性、抗氯離子滲透能力、抗碳化能力和抗凍能力的改善效果，成膜型防腐涂料較滲透型防腐涂料具有更顯著的作用。與環(huán)氧樹脂和丙烯酸酯涂料相比，聚脲和聚氨酯涂料防護(hù)下混凝土表現(xiàn)出更好的抗腐蝕性能。

混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際服役環(huán)境復(fù)雜多變，已有結(jié)論分析多基于實(shí)驗(yàn)室的研究成果，應(yīng)加強(qiáng)表面涂層防腐技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用研究，以便綜合考慮選擇適宜的涂料品種，發(fā)揮防腐涂料的最大作用。