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    混凝土結構防腐涂裝技術及發展趨勢


    添加時間:2015-10-15       點擊量:2626


      “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。




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