混凝土结构外防腐涂料防腐机理及应用

1、混凝土结构外防腐涂料防腐机理及应用丁示波 杨群燕（宁波大达化学有限公司，宁波，315204）摘 要：首先介绍了混凝土结构的腐蚀机理，然后对目前应用较为广泛的混凝土结构表面外防护措施防腐涂料的种类和性能要求进行了简要阐述。在此基础上，介绍了系列针对海洋环境等恶劣使用条件下混凝土结构的新型防腐涂料，以及相应的工程应用情况，以期为恶劣环境条件下的混凝土结构工程提供解决和改善耐久性问题的思路与措施。关键词：混凝土结构 耐久性 外防腐涂料0 前言 钢筋混凝土结构是现代最常见的建筑结构之一，已广泛应用于国民经济和国防建设中，如码头、堤坝、桥梁、隧道、高楼大厦、地下管道、军事设施、核废料储罐等。但是在沿海地

2、带和酸雨严重的地区，由于海水和雨雾中的盐分是强腐蚀性物质，大气中的CO2和酸雨会使混凝土因碳化中和而失去对钢筋的保护作用，导致钢筋腐蚀，进而使混凝土胀裂、剥落直至结构破坏。为此，必须对钢筋混凝土的腐蚀机理及其防护方法进行研究，并在建筑设计、结构设计、材料设计、施工设计、养护和使用方面，充分考虑混凝土结构腐蚀和性能劣化的问题，以达到钢筋混凝土结构安全可靠、长期耐用、整洁美观的目的。1 混凝土结构的腐蚀机理混凝土结构的腐蚀分为混凝土的碳化、氯化物的渗透、冻融破坏、混凝土的碱-集料反应和钢筋的锈蚀，引起混凝土内部钢筋腐蚀最为主要的原因是混凝土的碳化和氯化物的渗透。1.1 混凝土的碳化早期混凝土具有很

3、高的碱性，其PH值一般大于12.5,在这样高的碱性环境中埋置的钢筋发生钝化作用,使得钢筋表面产生一层钝化膜,能够阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳和水汽从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时，和混凝土材料中的碱性物质中和，会导致混凝土的PH值的降低。当混凝土完全碳化后，就出现PH小于9的情况，在这种环境下，混凝土中埋置的钢筋表面钝化膜被逐渐破坏，在其他条件具备的情况下，钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀又会导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间黏结力破坏、钢筋受力截面减少、结构耐久性能降低等一系列不良后果。1.2 氯化物的渗透 氯离子是一种穿透力极强的腐蚀介质，即使在强碱性环境中，氯离子引起的点锈腐

4、蚀依然会发生，同时由于水往往会渗透到混凝土里面，而这种水并非纯水，而是含有一些杂质的电解液，电化学作用导致锈蚀加快进行。当氯离子渗透到达钢筋表面，钢筋钝化膜被破坏，成为活化态。在氧和水充足的条件下，活化的钢筋表面形成一个小阳极，大面积钝化膜区域作为阴极，结果阳极金属铁溶解，形成腐蚀坑，一般称这种腐蚀为点蚀。点蚀形成的Fe（OH）3若继续失水就形成水化物红锈，一部分氧化不完全的变成Fe3O4(即为黑锈)，在钢筋表面形成锈层。由于铁锈层呈多孔状，即使锈层较厚，其阻挡进一步腐蚀的效果也不大，因而腐蚀将不断向内部发展。2 混凝土结构外防腐-涂料保护为了抑制钢筋腐蚀，提高混凝土结构的耐久性，可以采取多种

5、防腐蚀措施，包括：混凝土结构耐久性设计、钢筋表面涂覆、混凝土表面专用涂料涂覆和阴极保护等。其中，混凝土表面专用涂料涂覆具有经济、有效、施工便捷的优点，是目前得到广泛应用的混凝土结构防腐措施。混凝土表面涂层保护按作用机理分主要有封闭型和隔离型两大类：1) 封闭型将粘度很低的硅烷或水性涂料涂装于已熟化的混凝土表面，靠毛细孔的表面张力作用吸入深约数毫米的混凝土表层中，明显降低混凝土的吸水性和氯化物的渗透性，达到保护混凝土目的。2) 隔离型在混凝土表面涂装有机涂料，阻隔腐蚀性介质对混凝土表面的侵蚀和渗透。一般作为混凝土表面保护涂料主要有：环氧涂料、氯化橡胶涂料、丙烯酸涂料、聚氨酯涂料等。其中，环氧涂料

6、具有优良的附着力、耐碱性、与其他面漆的良好配套性，优先选择作为混凝土保护涂料体系的底漆和中间层漆。混凝土保护涂料的面漆目前主要的有聚氨酯面漆、氯化橡胶面漆、丙烯酸面漆、环氧面漆和氟碳树脂面漆等。我国交通部于2001年颁布的海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTJ 275-2000）和2007年颁布的混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件（JT/T 695-2007），都规定混凝土表面采用油漆涂装进行外防腐方法，提出以环氧系、环氧沥青系、丙烯酸系、聚氨酯系、乙烯系和氯化橡胶系为有效的防腐涂层。3 混凝土结构外防腐涂料的性能要求1）渗透性用于混凝土表面的涂料，其底漆的渗透性必须非常强，封闭混凝土毛细孔

7、，粘住混凝土的表面尘土，增强混凝土表面层强度，为后道漆的施工提供足够强的基础。2）附着力底漆与混凝土表面必须具有优良的粘结力。中间漆与底漆和面漆必须相容且附着良好。如果混凝土结构处于潮湿环境或干湿交替环境，底漆必须具有良好的渗透性和润湿性来牢固地附在混凝土表面。3）耐碱性混凝土的pH值为12.5，涂料必须具有良好的耐碱性。4）抗氯离子渗透性混凝土外防腐涂料复合涂层必须具有良好的抗氯离子渗透性,以阻截氯离子的渗透。5）耐老化性面漆不仅要有丰富的色彩可选，同时还要求在腐蚀大气环境中长期保持良好的耐大气老化性能。4 混凝土结构外防腐涂料的研制环氧树脂漆、丙烯酸树脂漆、氯化橡胶漆、乙烯树脂漆、环氧树脂

8、煤焦油沥青漆、聚氨酯煤焦油沥青漆、聚氨酯漆是使用比较广泛的混凝土外防腐涂料，我公司与国内相关科研院所合作，较早开展海洋环境中钢筋混凝土结构的防腐蚀研究，推出E-26系列海工钢筋混凝土防腐专用涂料。该涂料是针对海洋环境等恶劣使用条件下混凝土结构长效防腐而设计的配套涂料。1） E-26海工钢筋砼防腐专用底漆底漆对混凝土表面具有优异的渗透性、封闭性，表干时间2h以内，混凝土表面仍带有潮湿状态时可涂装，附着力大于1.5Mpa，适用于户外潮湿混凝土表面封闭性防腐涂装。2） E-26B型海工钢筋砼防腐专用中间漆中间漆与底漆和面漆附着力大于1.5Mpa，表干时间2h以内，有良好的阻水性和屏蔽性能，优异的耐碱

9、性、抗氯离子渗透性和耐盐雾性能，适用于大桥、码头等钢筋混凝土结构的防腐中间漆。3） E-26A型海工钢筋砼防腐专用面漆 面漆与中间漆附着力大于1.5Mpa，表干时间3h以内，有良好的阻水性和屏蔽性能，优异的耐碱性、抗氯离子渗透性和耐盐雾性能，具有阴极保护相容性，作为全浸或半浸在海水或淡水中的钢筋混凝土结构的防腐面漆。4） E-26B型海工钢筋砼防腐专用面漆面漆与中间漆附着力大于1.5Mpa，表干时间2h以内，优异的耐碱性、抗氯离子渗透性和耐盐雾性能，在腐蚀大气环境中能长期保持良好的耐大气老化性能，适用于大桥、码头等钢筋混凝土结构的防腐面漆。浙江大学建筑工程学院金伟良教授等人在浙江省科技重大专项

10、海洋资源综合利用与保护课题（2006C13090）港口与海岸工程防腐蚀关键技术与配套设备的开发应用中对E-26防腐涂层系统保护的混凝土试件进行了若干项耐久性指标试验研究，并选用干湿循环方法对防腐涂层的保护效果进行深入研究。试验结果与分析表明，混凝土表面涂覆防腐涂料后，其氯离子侵蚀深度降低率可达8090%，且在侵蚀深度范围内氯离子含量得到很大降低；防腐涂料在混凝土抗氯子侵蚀中起到了主导作用；经过涂料处理后的试件的透气性和吸水性比普通混凝土明显下降。5 新型外防腐涂料的应用近几年来，E-26系列海工钢筋混凝土防腐专用涂料在杭州湾大桥、杭州钱江三桥、厦门同安湾大桥、厦门马巷大桥、大连沈大与大庄高速公

11、路连接线大桥、舟山长松大桥、松岙大桥、舟山岱山县高亭至江南公路大桥、广深沿江高速公路、宁波港集团有限公司集装箱四期和五期码头、宁波港务局梅山港码头、宁波招商国际集装箱码头、宁波大榭中油燃料油30万吨级油码头、深圳大铲湾集装箱码头、天津港30万吨原油码头、温州港务局状元岙码头、温州防洪堤、中化兴中石油转运（舟山）有限公司岙山5万吨和30万吨原油码头、舟山六横煤炭中转基地码头、上海邮轮码头、太仓武钢码头、大丰港码头、太仓港三期集装箱码头、吕四港大唐电厂码头等混凝土防腐工程中得到广泛应用。根据工程实践和实际应用情况，可以得到以下一些结论：l 从施工情况看，混凝土结构外防腐涂料在各种环境、新老工程中都可以使用，适用性广；l 与其它手段相比较, 混凝土结构外防腐涂料保护是最经济的；l 混凝土结构外防腐涂料保护是提高混凝土结构耐久性的一种有效手段。6 结论本文在简述了混凝土结构表面外防护措施防腐涂料的种类和性能要求的基础上，介绍了系列针对海洋环境等恶劣使用条件下混凝土结构的新型防腐涂料，以及相应的工程应用情况。笔者期望新型的防腐涂料能为恶劣环境条件下的混凝土结构工程提供解决和改善耐久性问题的思路与措施。参考文献1 金伟良，赵羽习. 混凝土结构耐久性M. 北京：科学出版社，20022 庞启财. 桥梁防腐蚀涂装和维修保养M.化学工业出版社，20033 金晓鸿，