摘 要 ：混凝土防护涂层以其突出的适应复杂环境性能，在海洋工程、化工、电力等诸多领域获得广泛应用。详细阐述了混凝土防护涂层的种类和作用方式。综述了混凝土表面新型防护涂层的最新研究进展，并概括介绍了混凝土防护涂层的发展前景。
关键词 ：混凝土 ；腐蚀 ；防护涂层 ；聚脲
0 引言
作为人造工程材料的水泥混凝土经过近200年的发展，其耐久性问题日渐突出。由于水泥混凝土耐久性造成的危害非常严重，探索提高混凝土耐久性的各种方法、技术和措施刻不容缓。涂层技术是一种简便有效的防腐措施，随着涂层防腐涂装的发展，出现了很多有效的防护涂层［1］。
混凝土防护涂料通过刷涂、刮涂、辊涂、喷涂等方式在混凝土表面形成一层可阻止水和其他水溶性介质渗入混凝土的涂层，从而推迟腐蚀介质向混凝土内部渗透的时间，提高混凝土的耐久性。其优势突出，发展迅速，工程应用前景广阔。由于传统的防护涂层的性能及应用范围具有一定的局限性，如环氧涂层耐磨性、光泽、耐化学品性好，但耐候性、耐高温性、抗划伤性能均较差，因此，不断研究开发用于混凝土表面的新型防护涂层成为当今建筑界的一个热点。
混凝土保护涂层起作用的方式［2］主要有两种 ：
物理方式和化学方式。物理方式是利用混凝土保护涂层自身成膜来屏蔽腐蚀介质渗入混凝土的内部，这种方式的混凝土保护涂层的效用与涂膜的性能密切相关，涂膜性能的优劣将直接影响混凝土的耐久性 ；另一种方式为化学方式，是指混凝土保护剂渗入混凝土内部，与水泥石孔隙中的水泥水化产物发生复杂的物理化学变化生成新的物质，新生成的物质堵塞了腐蚀介质渗入混凝土内部的通道，从而有效阻止腐蚀介质的渗入。
1 现有混凝土防护涂层
根据所用黏合剂的化学成分，现有混凝土防护涂层可进行如下分类。
1.1 无机防护涂层
如硅酸盐水泥，由于水化热大，不适宜大体积混凝土工程，施工简便，耐腐蚀性较差，对于环境要求也有限制。
1.2 有机防护涂层
根据涂层的功能不同，将其分为 ：
（1）渗透型涂层 ：有机硅类材料，如烷基烷氧基硅烷等，它涂覆在混凝土的表面，可与混凝土组分起化学作用和堵塞孔隙，或自行聚合形成连续憎水膜，能防水但允许气体交换，具有“呼吸”功能，这种涂料用于轻微腐蚀环境下防止混凝土的碳化等，有效期可达10 a。
（2）浸渍型涂层 ：聚合物单体以浸渍的方式渗入混凝土中，并在其内聚合，形成一层不透水的保护层。本方法适宜于小型构件，如通过盐湖、盐碱地的铁路所采用的钢筋混凝土枕块，已收到良好效果。
（3）混凝土表面涂层 ：①沥青、煤焦油类，其价格低廉，有良好的防腐、防水性能，加入适量的环氧树脂能大幅度提高其防护能力与黏结力，由于颜色大都是黑的，大量用于地下工程，很少露天使用 ；②涂料类，由于混凝土具有强碱性，所选涂料须耐碱，一般混凝土表面会有裂纹，具有弹性的涂料效果较好。一般不在潮湿基面上施工，易老化，不耐久 ；③防水涂层，水基、无溶剂类防水涂料正在迅速发展，由于该类涂料防腐性较差，耐久性不足，一般用于中性环境、一般腐蚀条件下施工 ；④树脂类涂层 ：环氧树脂、乙烯基树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯等都可用于混凝土的面层，以环氧树脂为主的涂层，有较好的防护性能和耐久性，可用于较严酷的腐蚀环境中。树脂类涂料价格较贵，一般不能在潮湿基面上施工。
1.3 混合类涂层
聚合物与硅酸盐水泥的混合物是近些年发展起来的新型混凝土覆面材料，聚合物大都以乳液形式掺入水泥砂浆中，大大提高了砂浆层的密实性和黏结力。可在潮湿基面上施工，其耐久性可与基体（混凝土）保持一致。国内外用于砂浆层中的聚合物品种越来越多，如丙烯酸类乳液、乙烯基树脂乳液、环氧树脂乳液等，更多的应用方式是多种聚合物的配合使用，进一步提高了砂浆层的保护性能。国外已大量用于工业建筑、桥梁、海工建筑物等新建工程和老工程的修复。我国已有丙乳砂浆（丙烯酸酯乳液水泥砂浆简 称）、氯丁胶乳砂浆等品种，近年来又出现一些新品种。如冶金部建筑研究总院研制的FC-01、RP-W系列防腐砂浆，不仅可用于混凝土的表面保护，而且对于已锈钢筋的修补和再防护有着特殊的功效，应用日趋广泛。聚合物改性水泥砂浆不耐酸，因此不适宜在较强的酸性环境中使用。
2 新型混凝土防护涂层
在强腐蚀环境中（如工业建筑中的各类无机、有机酸液及其气氛，强碱、硫酸盐、氯盐等），一般的防护涂层不能达到对钢筋混凝土的防护目的。目前，提高涂层防护效果的途径有两种 ：第一种，对单一防腐材料进行改性 ；第二种，开发新材料。防护涂层不断向着综合型和环保型方向发展。下面介绍一下近几年新型混凝土防护涂层的研究进展。
2.1 玻璃鳞片防护涂层
在树脂类材料中掺入很薄的玻璃鳞片，以数毫米的厚膜型涂层涂覆在混凝土表面，以达到长期的完全隔离环境之目的。涂装方法可采用刷涂、高压无气喷涂或辊涂。由于玻璃鳞片涂料具有耐蚀性，抗渗透性好，涂膜收缩率低，热膨胀系数小，固化残余应力少，耐磨损，施工简便，易于修补等特点，因而在化工、冶金、化纤、电镀、建筑等行业均有大量应用。特别是在各种海洋工程设备、海上石油天然气平台、港湾码头及船舶上的应用更为广泛。贾梦秋等人［3］采用交流阻抗法评价了玻璃鳞片乙烯基酯树脂涂料的防腐蚀性能，并对其耐腐蚀机理进行了研究，结果表明 ：添加玻璃鳞片的涂层比未添加玻璃鳞片的涂层具有更好的抗渗透性和耐蚀性。同时，掺入玻璃鳞片的涂层，可有效抑制涂层龟裂、剥落等现象，使涂层具有优异的附着力与抗冲击性，可用于腐蚀环境严重的海中和海浪飞溅区的构筑物上。当处于低温条件下，涂层固化速度慢，难以满足施工要求，且固化时有一氧化碳放出，抗紫外线大气老化性能较差。
2.2 水泥基渗透结晶型防水涂层
水泥基渗透结晶型防水涂层是一种由硅酸盐水泥、硅砂和活性化学物质配制而成的粉状混合物，是目前世界上较先进的刚性防水涂层。它具有渗透结晶、耐腐蚀、增加混凝土密实度和提高混凝土强度的特性，能在混凝土内部生长成枝蔓状针形结晶体，这种结晶体成为混凝土的一个组成部分，能防止从任何方向而来的渗透，达到永久防水的目的，在国际上具有“生物水泥”之称。这种涂层属于混凝土外表面刚性涂层，郑敏升［4］研究了该涂层的防护作用，发现水泥基渗透结晶型材料具有良好的抗老化性和抗侵蚀能力，能使混凝土的抗碳化性和抗氯离子渗透性大幅提高。水泥基渗透结晶型表面涂层已应用在某些桥梁工程中，用于弥补桥梁工程在设计或施工过程中混凝土保护层由于厚度不足可能造成的耐久性破坏隐患。混凝土表面刚性涂层的抗老化、抗环境温度、湿度变化的能力较佳［5］。
2.3 新型有机硅防护涂层
随着有机硅材料被广泛应用于建筑物防水、防腐蚀和保护等领域［6］，其老化、渗透量的控制问题应引起注意。陈少鹏［7］将有机硅与环氧树脂通过化学键结合，合成有机硅改性环氧树脂。实验表明 ：该改性涂层的耐热性、柔韧性和疏水性相比环氧涂层有很大提高。李柯等人［8］就有机硅改性丙烯酸乳液作为新型混凝土防护涂层的合成方法及其对混凝土耐久性的影响进行研究，结果表明，该防护涂层可很好地提高混凝土的耐久性。党俐等人［9］利用化学改性法将带乙烯基的有机硅活性单体和丙烯酸酯类单体共聚，对丙烯酸树脂进行改性，合成了一种新型的混凝土防护涂层，研究发现，此种改性树脂涂层增强了混凝土的耐水性，同时混凝土的耐碱性和透气性均满足要求，具有重要的研究和应用价值。
2.4 自修复涂层
自修复涂层（self-healing coating）是20世纪90年代提出来的一种可称为智能涂层的名称，指涂层遭到破坏后具有自修复功能，或在一定条件下具有自修复功能的有机聚合物涂层。自修复涂层具有外观修复功能——缝隙填充。从修复机理和涂料组分上可分为添加剂修复与本征型修复涂层。混凝土缝隙型损坏的修复主要是依靠涂层内流动性的修复试剂的释放与流动，通过再流平，填充缝隙，形成可逆的聚合物网络等过程进行修复，达到原有的涂膜外观。王桂明［10］在对裂缝修复的作用机理的分析研究基础上，制备了化学转换型水泥混凝土裂缝自修复材料（CCSM），研究表明，CCSM可显著提高水泥基材料的抗渗性和抗压强度。CCSM主要是通过化学物质扩散渗透到混凝土内部，借助化学转换作用来提高混凝土的抗渗性，并赋予混凝土自修复功能。研究还表明，CCSM可明显提高混凝土的耐化学侵蚀性和抗冻融破坏能力。
2.5 聚脲涂层
纯聚脲涂层是由异氰酸酯预聚物或半预聚物（简称A组分）与端氨基聚醚、端氨基扩链剂（简称R组分）反应生成的一种弹性体物质［11］。喷涂聚脲弹性体（spray polyurea elastomer，以下简称SPUA）技术是国外近10年来继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低污染涂装技术之后，为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。钟萍等人［12］研究了聚氨酯（脲）涂层的冲蚀磨损性能，认为纯聚脲涂层具有比聚氨酯聚脲混合体系涂层更优越的磨损性能，在干摩擦条件和高速含砂水流冲蚀条件下都体现出优异的抗冲蚀磨损性能。吕平［13］进行了海洋混凝土防护用新型聚天冬氨酸酯聚脲涂层的研究。结果发现，新型聚天冬氨酸酯聚脲涂层具有良好的耐户外曝晒大气老化性能 ；拉伸强度变化率为5.2%~10.2% ；断裂伸长率变化率为4.3%~6.8%，其耐盐雾性更好，涂层的结构致密度更高，耐腐蚀性更好。
3 发展趋势
随着科技的发展和社会的进步，混凝土防护涂层呈现出以下发展趋势 ：
（1）高性能、宽领域。现在应用的高性能涂层体系主要为 ：环氧封闭漆＋环氧云铁中间漆＋氯化橡胶面漆（或聚氨酯面漆），对于不见阳光的部位也可采用环氧封闭漆＋环氧耐磨漆。而对海水冷却塔等腐蚀环境较恶劣的部位可采用环氧玻璃鳞片涂料、酚醛改性环氧涂料，以增强耐介质腐蚀性和涂层的屏蔽效果。水性氟碳涂料超强的耐候性已经被业内认可，并在桥梁主塔领域获得应用。处于潮差区的混凝土结构，通过环氧涂料的结构改性提高其对潮湿混凝土基面的适应性，即对潮湿混凝土基面良好的润湿性、渗透性、耐碱性和优异的附着力。杭州湾跨海大桥的承台、青岛海湾大桥的桥墩均采用湿固化环氧封闭底漆进行潮湿基面的封底处理。面对混凝土保护涂层种类的繁多，今后的要求也会越来越高，需要更高性能、宽领域的涂层开发与研究。（2）施工周期短。大吨位的深水海港码头、大型水利水电工程的施工，对涂料提出了更高的要求，要求其在不影响作业的情况下，大面积的喷涂及施工，这就要求混凝土保护涂层的施工周期短，见效快，尽快提高混凝土的耐久性，让这些码头等工程更快地发挥它应有的作用。（3）绿色环保。新型绿色环保型涂料已经在混凝土防护中得到了大量应用，如零VOC（挥发性有机化合物）的聚脲涂层，符合环保、节能、减排、低碳的要求。随着科学技术的发展，在未来的研究工作中，混凝土保护涂层应该朝着这个方向不断地发展进步。
4 结语
混凝土保护涂层对提高混凝土结构的耐久性具有重要意义，混凝土结构防腐涂装技术的发展及市场推广对于适应我国混凝土结构基础设施建设迅猛发展的需要，以及提高我国混凝土结构工程防护技术水平和保障基础设施的运营安全具有重要的现实意义，对于企业技术创新和水平提高也具有积极的推动作用。
（1）对于不同的混凝土结构，选择合适的防护涂层，对于提高混凝土的耐久性具有重要作用。
（2）最新研究成果表明 ：各种不同的防护涂层，在材料的性能以及应用场合方面均有所不同，其中聚脲防腐涂层无论在材料本身的综合性能、施工性能、环境适应性、性价比以及应用前景方面都有一定的优势。
（3）在实际的研究工作中，应综合考虑改进方法，开展高性能、应用领域广、施工周期短等材料方面的研发工作，尤其应该研究开发无溶剂、无污染材料，大力发展环保型涂料。
参考文献略
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