混凝土結構防腐涂裝技術及發展趨勢

　　“十一五”至“十二五”期間，國務院出臺十項措 施擴大內需，其中一條是加快重大基礎設施建設。 就目前各地已公布的數據而言，國務院包括全國各 省市自治區已公布的固定資產投資總額已逾10萬 億元，其重點集中在鐵路、公路、橋梁、港口、電 廠等基礎設施工程。大型基礎設施普遍采用的鋼筋 混凝土結構，在自然環境條件下會腐蝕破壞，因此， 應采用切實可行的防腐措施才能確保并延長這些 基礎設施的使用壽命。
　　混凝土結構的腐蝕防護技術包括增加混凝土 結構本身的密實性、鋼筋表面處理、陰極保護、添加緩蝕劑以及防腐涂料涂裝等技術。而防腐涂裝技 術是一種應用廣泛而簡便有效的混凝土結構輔助 防腐措施。
　　1 混凝土結構防腐涂裝市場前景
　　1）公交道路、鐵路、橋梁
　　“十一五”末期，國家7918高速公路網總體規劃 已經出臺。中國將在10年內采用放射線和縱橫網 格相結合的形式，建設包括7條以北京為中心的放 射線，9條縱跨中國的經線路線和18條橫貫神州的 緯線路線，總規模約8.5萬公里，其中主線6.8萬 公里，地區環線、聯絡線等其它路線約1.7萬公里。 此外，2008年，川藏鐵路已經通過國家發展改革委 討論，初步列入國家中長期建設規劃。川藏鐵路沿 線地質條件復雜，地質災害嚴重，許多路線都要跨越崇山峻嶺，翻江過河。 在上述項目中，標號為M15的沈海高速公路， 始于遼寧省沈陽市，歷經十余個省市，全長3710 公里，終點為海南省的三亞市，是國家高速公路網 中唯一一條貫通中國東南沿海地區的高速公路。該 高速公路將橫跨渤海灣，青島灣，長江，杭州灣， 瓊州海峽等數大海域，其主要的橋梁和跨海通道包 括：待建的“大連－煙臺跨渤海灣通道”、在建的“青 島海灣跨海大橋”、待建的“崇明越江通道工程”、 已建的“杭州灣跨海大橋”、待建的杭州灣二通道 （紹嘉通道）、待建的“港珠澳大橋”、待建的“瓊州 海峽大橋”等項目。這每一項工程都具有重大的經 濟、歷史甚至政治意義。
　　2）海港碼頭
　　我國擁有漫長的海岸線。改革開放后，隨著沿 海城市的經濟飛速發展，各類港口的建設也持續高 漲，而眾多優良的深水港灣為碼頭建設提供了優越 的天然條件。進入21世紀，集裝箱碼頭、化工液 體碼頭等一大批高科技含量的港口碼頭不斷涌現， 使我國的港口碼頭建設有了快速發展。截至2008 年，我國現有沿海港口150余個，共建成生產性泊 位約5000個，設計年貨物通過能力34.38億噸，集 裝箱通過能力6150萬標準箱。據預測，到2010年， 我國沿海港口吞吐能力將在現有基礎上增加80％ 以上，港口吞吐量將達到75億噸，其中集裝箱吞 吐量將達到1.5億標準箱。
　　近年來主要的大中型在建和籌建的項目有：寧 波北侖港集裝箱五期碼頭、舟山涼潭島礦石中轉碼 頭、大連新港LNG(液化天然氣)碼頭、河北曹妃甸、 天津港2號30萬噸級原油碼頭、神華天津港煤炭 碼頭二期、廣東惠州港7萬噸級煤碼頭項目、青島 新前灣集裝箱碼頭、上海洋山深水港港區進口液化 天然氣接收項目碼頭等。
　　3）工業設施
　　隨著我國環保事業的發展，近年來我國許多地 區的污水處理廠已經或正在興建。由于污水中含有 酸、堿、鹽、有機溶劑、好氧異養菌、硫酸鹽還原 菌、鐵細菌和藻類微生物等成分,使之極易對 化糞池、調節池、沉淀池和污泥池等內壁產生化學 腐蝕和微生物侵蝕作用。特別是濱海環境的地下 水，由于受海水的影響，大多富含氯離子、硫酸根 離子等對鋼筋混凝土有害的物質，在一些緊鄰海岸 線，地基土層透水性強時，地下水質甚至等同于海 水。如何解決濱海環境侵蝕性地下水對鋼筋混凝土 構筑物腐蝕問題，關系到工程的耐久性，目前已經 成為水處理行業結構工程專業關注的焦點問題之一。
　　其它如火電廠、化工廠內的混凝土結構，如脫硫煙道、冷卻塔、電解池，經常需要耐高溫、耐磨、耐化學介質的高性能特種防腐蝕涂料，可以說混凝土防腐涂裝技術在苛刻工業領域里的應用才剛剛起步，其技術與市場還大有潛力可挖。
　　4)市場需求
　　鋼筋混凝土結構物遭受著環境中Cl - 、H + 、SO2、 CO2、O2等的作用而發生物理化學的破壞作用，如 何延緩鋼筋混凝土結構的腐蝕破壞作用對以鋼筋 混凝土結構為基礎的橋梁、碼頭和工業設施的安全 運行至關重要。涂料防腐作為一種簡便易行的方 法，在鋼筋混凝土結構的防腐措施中得到越來越廣 泛地應用。
　　龐大和快速發展的混凝土結構基礎設施，以及 不斷發展的混凝土結構工業設施，為混凝土表面涂裝材料的發展提供了廣闊的前景，當前用于混凝土 結構表面的防腐涂料需求量約3～5萬噸/年。隨著 鋼筋混凝土結構建筑物建設的發展，以及混凝土結 構表面涂層技術的進步，鋼筋混凝土結構防腐涂料 還會有較大的發展空間。
　　混凝土重防腐涂料生產廠家也在不斷增多，主 要生產廠家有20多家。如國內的北京航材百慕新 材料技術工程股份公司、寧波飛輪造漆有限責任公 司、上海開林造漆廠、寧波大達化學有限公司等， 以及外資企業海虹老人牌、中涂化工、國際油漆、 中遠關西等。
　　2 混凝土涂層防腐技術應用現狀
　　2.1橋梁
　　標準JT/T695-2007《混凝土橋梁結構表面涂層 防腐技術條件》系統地介紹了混凝土橋梁結構表面 防腐涂層的設計原則和施工質量控制。涂層體系設 計原則為：根據腐蝕環境類型、預期防腐年限設計 相應涂層配套體系。根據相對濕度和大氣污染狀況 將大氣區腐蝕環境分為弱腐蝕（Ⅰ）、中腐蝕（Ⅱ） 以及工業大氣環境下強腐蝕（Ⅲ－1）和海洋大氣 腐蝕環境下的強腐蝕(Ⅲ－2)。浸水環境的鋼筋混凝 土結構按水的類型分為淡水和海水兩類腐蝕環境。 混凝土表面防腐涂層設計年限分為兩類：普通型(10 a)和長效型(20 a)。JT/T 695共推薦了符合不同腐蝕 環境、不同腐蝕壽命的防腐涂層體系40個。
　　橋梁混凝土結構普遍采用的配套體系為：環氧 封閉漆＋環氧云鐵（厚漿）漆＋丙烯酸聚氨酯漆。 該體系具有以下特點：環氧封閉漆是目前最優秀的 混凝土用封閉底漆，它具有優異的滲透性和耐堿 性，明顯地增加混凝土表面的強度并能夠長久地維 持高強度。環氧云鐵中間漆具有優異的力學性能和 防腐性能。環氧樹脂具有高強度和一定的韌性，片 狀云母氧化鐵即增加了涂層的屏蔽效果，又可以傳 遞應力，提高涂層體系對混凝土形變的響應能力。 丙烯酸聚氨酯面漆具有優異的保光、保色性能，對 整個涂層體系提供有效保護。采用該典型體系的橋梁包括：武漢軍山大橋、巴東長江大橋、舟山聯島 工程西候門大橋、金塘大橋等幾十座橋梁的索塔、 混凝土梁。
　　隨著常溫固化FEVE氟碳涂料在我國的推廣應 用，FEVE氟碳涂料也開始在橋梁混凝土結構應用。 涂層配套為上述體系的一個變形，耐候面漆由 FEVE氟碳面漆代替丙烯酸聚氨酯面漆。FEVE氟 碳樹脂是氟乙烯單體與乙烯基醚或乙烯基酯以及 其它功能乙烯基單體的共聚物，C-F鍵的高鍵能以 及氟單體與乙烯基醚或酯單體的交替共聚結構賦 予其非常優異的耐候性能。采用氟碳涂料的混凝土 結構包括杭州灣跨海大橋主塔、江陰橋主塔、江東 大橋主塔等。
　　跨海大橋的承臺和部分橋墩處于潮差區，在落 潮間隙涂裝時，要求涂料具有以下功能：在潮濕混 凝土基面具有很好的潤濕性、滲透性和優異的附著 力；涂料干燥速度快，經過短暫的空氣中停留便可 浸入海水中，經受海水波動的沖擊；涂料在海水中 能夠完成固化，其性能基本不受影響。潮差區主要 配套體系為：濕固化環氧封閉底漆＋濕固化環氧 （云鐵）漆＋丙烯酸聚氨酯面漆。采用該配套體系 的橋梁混凝土結構承臺或橋墩有：杭州灣跨海大 橋，青島海灣大橋，江東大橋等。
　　2.2 港口碼頭
　　海港碼頭混凝土防腐涂層設計標準為JTJ275 －2000《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》。 該標準對海港工程混凝土結構防腐蝕涂層體系及 涂層性能提出了比較具體的要求。標準推薦了環氧 涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸涂料、氯化橡膠涂料、 乙烯類涂料、環氧焦油涂料、聚氨酯焦油涂料等適 宜的配套涂層體系，規定了10年和20年的防腐壽 命涂層體系，10年與20年壽命的涂層配套體系基 本相同，防腐壽命的區別主要在于涂層體系漆膜厚 薄的差異。
　　涂層配套體系主要有兩種，類型一為：環氧樹 脂封閉清漆＋環氧厚漿涂料＋氯化橡膠涂料（或丙烯酸聚氨酯涂料、有機硅耐候涂料），采用高固體 份的環氧厚漿涂料便于厚膜施工，采用耐候面漆抵 御紫外線的破壞作用，保護底涂層。氯化橡膠涂料 具有優異的耐水性能，丙烯酸聚氨酯涂料、有機硅 涂料具有更優異的耐候性能，此類型還有一個特點 就是色彩豐富。類型二為：環氧樹脂封閉清漆+環 氧（或聚氨酯）焦油涂料，該類型涂料綜合性能好， 缺點是色彩單一。
　　表濕區可采用與表干區相同的配套體系，為增 加屏蔽效果適當增加了涂層厚度，主要采用環氧封 閉清漆＋環氧煤焦油涂料。該配套把環氧樹脂優異 的力學性能和煤瀝青優異的耐水性相結合，賦予了 該類涂料優異的綜合性能，再加上價格上的優勢， 使其特別適用于浸水環境條件下高性價比的防腐。 上述配套主要應用工程有：北侖港區集裝箱碼頭二 期、三期、四期碼頭、鎮海煉化算山碼頭泊位、大 榭島二萬噸雜貨碼頭、寧波港鎮海港區18#泊位、 中化集團興中公司（舟山）岙山基地碼頭、廈門海 區碼頭及部分海洋橋梁。
　　2.3工業設施
　　1）污水處理池
　　傳統的防護涂料包括環氧瀝青、煤焦油瀝青涂 料?，F階段使用的高性能涂料還包括高固體份環氧 或無溶劑環氧、聚氨酯涂料、環氧玻璃鱗片涂料、 乙烯基玻璃鱗片涂料和聚脲涂料。污水包括生活污 水和各種工業污水，污水的狀況決定腐蝕作用的大 小。根據污水腐蝕環境狀況、以及混凝土基面狀況 選擇相應的涂料品種及涂層厚度。對于一些腐蝕環 境較惡劣的環境，或混凝土易開裂的環境，可采用 涂料＋玻璃布的體系增強防護效果。
　　2）冷卻塔
　　冷卻塔是熱電廠的重要組成之一,屬大型鋼筋 混凝土砼構筑物,主要由現澆鋼筋混凝土塔體(包 括人字柱、環梁、筒壁)、蓄水池和塔內淋水構件 組成。傳統的防腐涂料采用環氧瀝青、氯化橡膠、 氯璜化聚乙烯等單一涂層體系，如國華寧海電廠的冷卻塔混凝土表面防腐就采用了環氧封閉清漆+環 氧瀝青的防腐配套?，F在應用的高性能涂層體系主 要為：環氧封閉漆＋環氧云鐵中間漆＋氯化橡膠面 漆（或聚氨酯面漆），對于不見陽光的部位也可采 用環氧封閉漆＋環氧耐磨漆。而對海水冷卻塔等腐 蝕環境較惡劣的部位可采用環氧玻璃鱗片涂料、酚 醛改性環氧涂料，以增強耐介質腐蝕性能和涂層的 屏蔽效果。
　　3）脫硫煙道
　　脫硫煙道涂料有三種典型的方案：底涂層＋乙 烯基玻璃鱗片涂料2×1mm＋面涂；底涂層＋乙烯基 玻璃鱗片涂料2×1mm+FRP層＋面涂；底涂層＋乙 烯基玻璃鱗片涂料2×1mm＋（耐磨膠泥＋玻璃布） 1～2層＋面涂。粘貼玻璃布（FRP層）對于提高涂 層體系的熱沖擊能力，提高整體防護性能效果顯 著。特別是對已經使用過的脫硫煙道，混凝土結構 局部受到破壞，雖然混凝土結構經過修復，再涂裝 涂料時，仍然存在著使涂層局部破壞導致整體防腐 失效的潛在危險，此時采用FRP層，可以更好地彌 補局部缺陷，提高整體防護效果。
　　3 混凝土結構防腐涂裝技術發展趨勢
　　鋼筋混凝土結構表面用涂料的未來發展趨勢 也將遵從高性能、綠色環保的原則。同時涂料技術 向多元化方向發展以適應不同腐蝕環境、不同防腐 部位、甚至人文景觀的要求。
　　1）高性能耐候面漆
　　在表干區部位環氧封閉漆＋環氧云鐵漆＋丙 烯酸聚氨酯面漆的體系，以其綜合的優異性能在防 腐和景觀要求較高的場合還會長期應用。上述體系 中，底涂層環氧漆將逐步向高固體份、無溶劑涂料 過渡，而耐候面漆將逐步向耐候性能更加優異的氟 碳涂料、聚硅氧烷涂料過渡。氟碳涂料超強的耐候 性已經被業內認可，并在橋梁主塔領域獲得應用。 聚硅氧烷涂料是一種更加環保的高性能耐候面漆， 但其在混凝土領域的應用需要進一步驗證。
　　2）潮濕表面容忍性涂料
　　處于潮差區的混凝土結構，由于涂裝環境特 點，在涂裝時混凝土表面通常濕度較大，需要采用 對潮濕混凝土基面具有很好適應性的涂料。在這里 要注意“濕固化”的含義，濕固化并非指涂料必需有 水才能固化，而是通過環氧涂料的結構改性提高其 對潮濕混凝土基面的適應性，既對潮濕混凝土基面 具有良好的潤濕性、滲透性、耐堿性和優異的附著 力。杭州灣跨海大橋的承臺、青島海灣大橋的橋墩 均采用濕固化環氧封閉底漆進行潮濕基面的封底 處理。
　　3）彈性涂料
　　相對于鋼材，混凝土結構的形變更大，因此 JT/T695標準規定了用于混凝土結構表面的涂料要 具有很好的力學性能，以適應混凝土的形變。日本 道路協會制訂的《道路橋梁氯離子對策指南·解釋》 根據混凝土材料的種類和使用條件分為A、B、C 三種體系，其中B體系適用于鋼筋混凝土材料發生 裂縫的情況，要求涂膜具有柔韌性。涂裝體系為： 環氧樹脂或聚氨酯底涂＋環氧樹脂膩子＋柔韌型 環氧樹脂或柔韌型聚氨酯中涂＋柔韌型聚氨酯面 涂。正在制訂的鐵路橋梁混凝土結構防腐面涂層標 準，規定了柔性氟碳涂層及其技術指標。青藏鐵路 線混凝土涂裝采用了環氧封閉漆＋柔性氟碳涂料 體系。
　　4）無溶劑、高固體份環氧涂料
　　無溶劑環氧涂料是目前應用最廣泛的無溶劑 防腐涂料品種。無溶劑環氧涂料施工難度大，而采 用活性稀釋劑和高性能的低粘度固化劑又使成本 提高，因此采用高固體份的環氧涂料（體積固體含 量達到80％以上）也是一種可選擇的環保方案。一 些腐蝕環境惡劣，且難以維修的部位可采用厚膜型 環氧涂料，或環氧玻璃鱗片涂料，也可采用環氧涂 料＋玻璃布的方式進行涂裝保護。無溶劑涂料或高 固體份厚漿涂料由于粘度太高，滲透性不好，不能 直接用于混凝土表面，應配套低粘度、高滲透性底 漆，或將這些高粘度涂料稀釋后打底。杭州灣跨海大橋部分承臺、崇明島表濕區混凝土結構采用了無 溶劑濕固化環氧涂料。符合飲用水衛生的無溶劑、 高固體份環氧涂料還應用于飲用水混凝土管道、貯 槽、涵洞。
　　5）乙烯酯玻璃鱗片涂料
　　市售的乙烯基樹脂是由乙烯酯預聚物溶解于 苯乙烯單體（含量通常在35％）構成，而乙烯酯預 聚物由環氧樹脂與含有乙烯基團的丙烯酸或甲基 丙烯酸發應生成的。加入催化劑和固化劑，苯乙烯 之間以及苯乙烯和乙烯基樹脂之間通過自由基聚 聚合發應固化成膜。乙烯酯樹脂交聯固化會產生體 積收縮而產生內應力，通過加入玻璃鱗片可消除部 分內應力。乙烯基玻璃鱗片涂料具有很好的耐化學 品腐蝕性能以及較高的耐溫等級。目前乙烯基玻璃 鱗片涂料主要應用在脫硫煙道，在污水池也有少量 應用。當前乙烯基玻璃鱗片涂料的實際應用效果并 不好，用于脫硫煙道的涂料1－2年內就出現大面 積脫落，這主要由涂料的品質和施工工藝決定。玻璃鱗片涂料的品質主要由玻璃鱗片的處理以及在 基體樹脂中的分散效果所決定。
　　6）聚脲涂料
　　噴涂聚脲是由異氰酸酯組份（簡稱A組份）與 氨基化合物組份（簡稱R組份）反應生成的一種彈 性體物質。噴涂聚脲彈性體技術（SPUA）與傳統 聚氨酯彈性體涂料噴涂技術相比有許多優異性能 和特點：干燥速度快，施工后幾秒鐘就會硬化；對 濕氣不敏感，施工環境適應性強；立面厚膜施工不 流掛；具有非常優異的力學性能和耐介質腐蝕性 能。應用于混凝土表面的聚脲由于固化速度太快， 滲透性不好，直接噴涂與混凝土表面附著力不理 想，應采用環氧封閉底漆做為底層過渡材料。由于 聚脲，特別是芳香族聚脲的耐候性不是特別好，對 于裝飾效果要求高的環境，可加涂耐候性好的彈性 脂肪族聚氨酯面漆。全球聚脲應用領域的60%為混 凝土涂裝。國內目前主要應用領域為鐵路的防水材 料，此外在污水池、橋梁、脫硫煙道領域也有應用。
　　7）水性防碳化涂料
　　水性涂層體系具有較好的呼吸功能，允許水汽 從混凝土中釋放出來，并能有效地屏蔽液態水、CO2 等腐蝕因子的侵入，由于水汽的釋放，背面水蒸氣 的壓力減小，可以有效地避免涂層剝落。因此水性 防碳化涂料特別適用于混凝土防腐涂裝，標準 JT/T695推薦了適用于輕微和中等腐蝕環境下的多 個水性涂層體系。相比于普通的外墻涂料應用于混 凝土結構的水性涂料主要采用水性環氧技術，要求 底涂層對混凝土基面具有更加優異的持久的附著 力，以及更高的防腐蝕性能和耐久性。
　　8）其它材料
　　互穿聚合物網絡（IPN）是兩種或幾種單體各 自聚合形成分子水平上的網絡結構，產生協同效 應。如挪威Oleum公司生產的聚氨酯－苯乙烯－丙 烯腈互穿網絡聚合物（IPN）涂料。涂層中的聚氨 酯結構具有附著力強、柔韌性好、耐磨的特性。聚 苯乙烯網絡和聚丙烯腈網絡具有耐酸、堿、鹽等腐 蝕介質的性能。
　　美國先進聚合物公司2000年研制成功的無機 ——有機超級耐腐蝕涂料將環氧樹脂、乙烯基酯樹 脂與含多官能團的無機硅氧烷進行聚合交聯，形成 高密度環硅立體網狀結構。該涂料能耐上千種的有 機化合物，具有極高的物理與化學穩定性。該涂料 已在美國用于許多電力、工業廢水、化工廠的混凝 土結構與鋼結構，并取得了良好的效果。
　　在日本塑料噴涂技術也應用于混凝土的表面 防腐涂裝，以廢棄的高流動性可塑性高分子材料為 基礎樹脂，將固體廢棄物進行再利用。該材料耐酸 堿性能、耐溶劑性能突出，并且具有一定的形狀記 憶功能。國內目前也有類似產品問世。
　　4 結語
　　總體而言，混凝土結構防腐涂裝技術也脫離不 了整個世界涂料工業的發展趨勢，以“5E”為主導的 發展方向，即：高性能、易施工、經濟、節能、環 保。
　　混凝土結構防腐涂裝技術的發展及市場推廣 對于適應我國混凝土結構基礎設施建設迅猛發展 的需要，以及提高我國混凝土結構工程防護技術水 平和保障基礎設施的運營安全具有重要的現實意 義，對于民族企業技術創新和水平提高也具有積極 的推動作用。