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混凝土結(jié)構(gòu)的長效涂層防護

文檔作者：殷立平，趙紹洪文檔來源：常州光輝化工有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年01月23日
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第38卷第1期
2017年1月
涂料技術(shù)與文摘 Vo1．38 No．1
Jan．2017
混凝土結(jié)構(gòu)的長效涂層防護
殷立平，趙紹洪
(常州光輝化工有限公司，江蘇常州213000)
摘要：混凝土是一種普遍應(yīng)用的建筑材料。不同的混凝土，成分有所不同。如何防護混凝土結(jié)構(gòu)，既要
考慮其成分，也要對外界腐蝕環(huán)境做出通盤考慮。要提高其耐久性，良好的涂層涂覆是很有效的方法。相對
其他體系．水性氟碳體系在中等腐蝕條件大氣區(qū)是可以勝任長效防護工作的。
關(guān)鍵詞：混凝土；腐蝕；水性氟碳；長效防護
中圖分類號：TQ639 文獻標識碼：A 文章編號：1672—2418(2017)01—0035—05
Research on Long-Lasting Protective Coatings for
Concrete Structure
Yin Liping，Zhao Shaohong
(Changzhou Guanghui Chemical Co．，Ltc1．，Changzhou，Jiangsu 213000,China)
Abstract：The concrete is a very popular building material which comprises adhesive，aggregate
and water，etc．a(chǎn)t a certain mass ratio．Based on its composition and external corrosive environment，
the high performance protective coatings are the cost——effective option for the improvement of durability
of the concrete substrate．Furthermore，the waterborne fluorocarbon coatings are suitable for longlasting
protection at medium corrosion environment．
Keywords：concrete；corrosion；waterborne fluorocarbon；long-lasting proection
0 引言
十九世紀末?！盎炷痢遍_始登上建筑歷史的舞臺。
在隨后的幾十年，在歐美地區(qū)，混凝土的計算理論、實
驗方法、實際操作逐漸成熟并精細化發(fā)展。已然成為了
土木工程中用量最大的基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)材料，其新品種還
在涌現(xiàn)。常見的如結(jié)構(gòu)混凝土、裝飾混凝土、道路混凝
土、海工混凝土、水工混凝土、保溫混凝土、耐酸混凝
土、反應(yīng)堆安全殼等等。它是膠凝材料、集料與水等按
比例配制而成，由于品種用途不同，具體成分有差異。
本質(zhì)上，它的作用是通過某些膠凝材料在混合物中進
行的物理與化學(xué)作用．以凝結(jié)硬化使整個結(jié)構(gòu)定型，使
強度、抗凍性等趨于平衡。在基礎(chǔ)建設(shè)上，到處是混凝
土結(jié)構(gòu)的身影。比如公路鐵路、橋梁、碼頭、污水處理
池、冷卻塔、脫硫煙道等【1】，諸如此類。毫不夸張地說，混
凝土就是工業(yè)文明的一個重要代表，是現(xiàn)代社會的一
個重要材料。
在使用過程中，這種無機為主的多相多孔材料，自
身的組成與結(jié)構(gòu)是易被介質(zhì)侵蝕的。混凝土服役的外
界環(huán)境影響各不相同。其影響程度或重或輕，持續(xù)時間
有長有短。為什么要為這個結(jié)構(gòu)設(shè)計一個恰當?shù)氖褂?
年數(shù)，為什么要合理延緩負面影響?首先，任何長期成
本應(yīng)是要加以節(jié)制的，防止無謂的浪費。其次，一個建
筑的體系，必然是越往內(nèi)部去的壽命越大于外部的。再
次，考慮到對現(xiàn)有環(huán)境里一些超高設(shè)施、條件與交通惡
劣的建筑等的重涂是極為不便和高代價的，很難做到
短時間返修。如何去延緩，或者正面一點講如何防護
呢?實踐證明．除了可以通過調(diào)整混凝土本身的配方與
涂裝與應(yīng)甬COATINGANDAPPLICATION
殷立平。等：混凝土結(jié)構(gòu)的長效涂層防護
工藝加以提升以外，通過采取加厚材料層、附加透水模
板布、加強混凝土養(yǎng)護、施加表面涂層及涂覆滲透結(jié)晶
材質(zhì)的方法都可起到延長混凝土服役壽命的作用，涂
覆涂料，是近年來受到積極關(guān)注和取得良好效果的重
要手段之一。
表面涂層的施加與其他幾種措施相比較，是經(jīng)濟
而有效、應(yīng)用最為普遍的圈。特別是已建成的大型建筑
設(shè)施要想維新，最適宜的方法還是涂層防護。更何況有
些時候、地點單單憑混凝土自身的調(diào)整不能完全滿足
耐久性、裝飾性等的要求。涂層就是在混凝土外圍構(gòu)造
防御工事，從而能夠頂住敵人不斷的攻擊。以前在這個
領(lǐng)域，無機類涂層占主導(dǎo)，相對的與底材的親合力佳。
污染也小，但當時的品種在防腐蝕性能上差了不少。
而后有機涂層發(fā)展很快，對腐蝕的針對性強．三防效果
出色，缺點是大多不環(huán)保。各種腐蝕介質(zhì)的阻擋屏蔽，
始終是涂層要研究處理的。另一方面，美國的混凝土專
家Mathe曾指出，從長遠角度看。混凝土的可穿透性或
滲水性是唯一與耐久性直接相關(guān)的特征¨3】。因此，可以
這么說，混凝土的涂層防護主要是解決兩大問題。一是
切合環(huán)境、切合年限的防腐蝕問題；二是杜絕水的滲
透。著眼于這兩處，在解決的同時，兼顧好水性化、無溶
劑化即環(huán)?；?
1 混凝土的成分
普通混凝土是由水泥(膠凝材料)、骨料(集料)、水
以及外加劑、摻和料組成的。其中普通水泥是石灰石、
粘土、鐵礦粉按比例磨細混合煅燒，再與石膏磨細混合
的產(chǎn)物。主要成分是硅酸鹽，含CaO、SiO 、Fe：0 、A1 03、
MgO等。骨料是松散的硬質(zhì)的惰性材料，起到框架的
作用，有人工和天然之分。前者如礦渣、加工砂，后者如
碎石、天然砂。如果按粗細分，可分為粗骨料如碎石、細
骨料如砂。外加劑有緩凝減水劑、引氣減水劑、泵送劑
等，能夠改善性能。摻合料是磨細的礦物材料．可節(jié)約
水泥，改善性能。在混凝土干燥過程里，水泥與水變成
水泥漿，包覆在骨料表面并填充空穴。干燥后，骨料被
膠結(jié)在一起。
鋼筋混凝土是將混凝土澆筑在鋼筋結(jié)構(gòu)上。因為
混凝土的固有缺陷是受壓方向上強度好．受拉方向上
差．而加鋼筋一類的可以頂住拉力，受力得到均衡。這
個鋼筋可以是普通的，可以是不銹鋼鋼筋。也可以是有
保護層的鋼筋。對于大量使用的普通鋼筋，更有必要加
強鋼筋混凝土表面的防護，封住氯離子等的通道 防止
鋼鐵成分的銹蝕。
不同的混凝土類型，具體成分有所不同。像輕集料
混凝土中使用了浮石、陶粒等輕質(zhì)骨料。加氣混凝土是
指添加了發(fā)氣劑(鋁粉)的緣故。無機成分通常多，有機
的聚合物較少，有些也含有金屬成分。性能產(chǎn)生于成分
結(jié)構(gòu)，本身性能所不足的可用合適的成分結(jié)構(gòu)附加其
上予以彌補。
2 外界環(huán)境與破壞因素
2。1外界環(huán)境
混凝土所在的外界環(huán)境大致分為2個大的環(huán)境，
即大氣區(qū)和浸水區(qū)。大氣區(qū)的特點是陽光照射、風(fēng)吹
雨淋、四季變換、地理效應(yīng)的考驗。而浸水區(qū)則是浸
泡在水里及反復(fù)浸泡的考驗，有時還涉及表濕的施
工，難度很大。一般大氣區(qū)又分4個小環(huán)境：I型為弱
腐蝕性，Ⅱ型為中腐蝕性，Ⅲ一1為工業(yè)大氣環(huán)境下強
腐蝕，Ⅲ一2為海洋大氣環(huán)境下強腐蝕。中、弱腐蝕性一
般為鄉(xiāng)村大氣、城市大氣及程度輕的工業(yè)大氣下。浸
水區(qū)按水的性質(zhì)分成2個小環(huán)境：Iml為淡水 Im2為
海水或鹽水。浸水區(qū)按空間分了3個小環(huán)境，水下區(qū)、
水位變動區(qū)、浪濺區(qū)。在具體的涂層設(shè)計時，有時會看
到一個建筑物并不絕對地整體處于一個環(huán)境。對此要
分開來設(shè)計，力求準確安全。
2．2破壞因素
破壞因素非常多。比如滲水、酸、堿、氯化鹽、硫酸
鹽、溫差、風(fēng)暴、機械沖擊、生物腐蝕等等。這些因素不
是孤立的，總是互相呼應(yīng)，能夠疊加地產(chǎn)生作用。
(1)水、鹽的因素
混凝土的溶蝕、凍與解凍、鹽的進入等不良過程都
有水的媒介。這也是前文述及的Mathe指出的意義所
在，由于水的參與，會變得麻煩。反復(fù)凍融、凍漲，結(jié)構(gòu)
從外及里產(chǎn)生了不少的裂縫，這就又形成了滲水通道。
各種以水為媒的有害介質(zhì)蜂擁而入，如氯化鹽、硫酸鹽
等。硫酸根離子能與混凝土中的鈣離子反應(yīng)，產(chǎn)物結(jié)
晶膨脹，漲裂混凝土：氯離子的惡劣影響主要表現(xiàn)在對
鋼筋部分的去鈍化鋼筋腐蝕[41。氯離子能穿透進去，破
壞掉鋼筋表面的鈍化層。其反應(yīng)方程式為：
涂裝與應(yīng)角COATINGANDAPPLICAT|ON
殷立平．等：混凝土結(jié)構(gòu)的長效涂層防護
Fe+2C1一—一Fe +2C1一+2e—
O2+2H2O+4e一 4OH—
Fe +20H一一Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O一4Fe(OH)3
由此可看到氯離子促進了反應(yīng)，且沒有被消耗，會
持續(xù)催化這個過程。這樣鐵銹產(chǎn)生的膨脹壓會使混凝
土開裂【5I。另外與混凝土部分形成的氯化鈣。也會導(dǎo)致
混凝土結(jié)構(gòu)漲裂。水，引起了各組分的大變動。水化產(chǎn)
物的變動又致使膠凝性的逐漸喪失，混凝土的強度、密
實度等繼續(xù)弱化。
(2)大氣、光照、酸堿的兇素
大氣中有不少有害于混凝土的成分，如硫化物、氮
化物、碳化物等。眾所周知，SO 是形成酸雨的主要成
分，而CO 是大氣的主要成分。這些酸性氣體會擴散進
來，與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)。其結(jié)果便是內(nèi)部鋼筋
沒有了堿性保護，發(fā)生了腐蝕。CO：進入的反應(yīng)即是碳
化。CO 無處不在，防碳化尤其需要被關(guān)注，并通過設(shè)
計來預(yù)防。T業(yè)大氣、海洋大氣中還有其他成分，要仔
細分析具體所在地，區(qū)別對待。鋼筋的腐蝕，影響了混
凝土，而混凝土受負面影響后再對鋼筋產(chǎn)生不利。這是
負面的循環(huán)過程。一般情況下，堿性不大會腐蝕混凝
土。但長久的高濃度堿也有破壞作用。光照加速了成分
的老化，還會引起溫度的變化。溫、濕度的變化都在加
速結(jié)構(gòu)的分解。
(3)其他因素
自然條件方面破環(huán)因素還有風(fēng)暴潮涌．砂礫擊打．
生物腐蝕等等。對于一些特殊情況，要調(diào)整防護設(shè)計，
如對藻類、微生物的反吸附。
3 涂層防護體系
3．。 涂層防護概況
混凝土有混凝土的特性，混凝土用涂料應(yīng)該走專
業(yè)化的道路。要想以一個通用品種打遍所有類型環(huán)境
是不現(xiàn)實的、不科學(xué)的。丙烯酸類、環(huán)氧類、氯化橡膠和
乙烯類、聚氨酯類、聚脲類、氟碳類涂料等全部或部分
地被用在涂料體系中。丙烯酸類耐候性和柔韌性較優(yōu)。
環(huán)氧類耐化學(xué)品性好，但耐候性差。氯化橡膠類耐腐蝕
好，但環(huán)保太差，有未除盡的四氯化碳甚至氯氣，毒性
大【61。聚氨酯類、聚脲類、氟碳類都是不錯的應(yīng)用選擇．
只是價格相應(yīng)高。在體系中，底漆滲透入混凝土基材．
封閉住基面，為后續(xù)提供好的基礎(chǔ)。中涂往往是高固厚
膜，增強了屏蔽作用和耐介質(zhì)性。面漆應(yīng)該耐候、耐腐
蝕俱佳，能夠裝飾外觀并保持外觀【71。
涂層體系應(yīng)當符合以下要求：
① 在混凝土面上的附著力良好；
② 基于底材的堿性，耐堿性要好。醇酸和于性油
涂料忌用。
③ 要有適當?shù)姆浪芰Γ?
④ 耐候性好。室外的環(huán)境需要良好的耐候性；
⑤ 強度和韌性的兩者兼顧：
⑥ 合適的熱脹系數(shù)：
⑦ 特定環(huán)境的耐腐蝕能力；
⑧ 在一些使用中良好的其他性能，如用在護欄上
的品種要有抗撞擊性
水性體系里有水性丙烯酸、水性環(huán)氧、水性聚氨
酯、水性氟碳等。使用上講究配套，合理地發(fā)揮最大效
能?；炷疗胀ǚ雷o年限一般要求為10 a，長效防護應(yīng)
在20 a以上。一些難度極高的地方，即使溶劑型防腐
樹脂都難以做到長效。對于水性體系，要切實設(shè)計，以
理論帶動實踐，以實踐檢驗理論，在中間區(qū)域取得長效
防護的成果。在綠色環(huán)保的深入下．采用水性體系值得
關(guān)注。
3_2試驗測試
用42．5級硅酸鹽水泥、Ⅱ區(qū)中砂、5～25 inn連續(xù)
級碎石，按水灰比0．6。砂率36％～38％制備混凝土土
塊。土塊經(jīng)標準養(yǎng)護28 d后，再在試驗室內(nèi)白干7 d。
然后打磨并清理備用。試件的規(guī)格為見表1。
表1 試件規(guī)格
指標 規(guī)格／mm
耐堿性
耐酸性
耐凍融性
碳化深度
lOOxlO0×l00
l00×l0o×l0o
1OOxlOOxl0O
lOO×lOOx100
3 2 2 觸j試儀囂
碳化試驗箱、壓力試驗機、劃格附著力測定儀、拉
脫法附著力儀、凍融箱、抗氯離子滲透試驗裝置、耐沾
污儀。
3．2 3 j 、 試過 呈
涂裝與盤甩COATINGANDAPPLICATION 37
殷立平．等：混凝土結(jié)構(gòu)的長效涂層防護
涂料選取某水性丙烯酸底漆為A1，自制水性環(huán)氧
底漆為A2，某水性丙烯酸中涂為B1，自制水性環(huán)氧中
涂為B2，某水性丙烯酸面漆為C1，自制水性環(huán)氧面漆
為C2，某水性聚氨酯面漆為C3，某水性氟碳面漆為
C4。水性丙烯酸類型為水分散型樹脂(單組分)，水性
環(huán)氧體系為I型(雙組份)．水性聚氨酯為水性多元醇
與水分散異氰酸酯(雙組份)．水性氟碳為水性FEVE
型(雙組份)、
}』 ，≥．¨
以相同的條件、用量和1 藝分別在試件上涂裝2
種底漆．每種性能各做3塊，取平均。一般厚度在25～
30 m ．劃格附著力操作與自測滲透深度操作略。測試
數(shù)據(jù)如表2。
表2 測試結(jié)果
_、、 ： ?縣：
涂層體系配套情況如下：
① AI+BI+C1
② A2+B2+C2
③ A2+Bi+C3
④ A2+B1+C4
以相同的條件、用量和工藝分別在試件上涂裝
底一中一面，干透后涂裝下一道，用于測試耐酸性、耐
堿性、耐凍融性、碳化深度。除碳化深度每種性能各做
3塊，碳化深度做6塊。一般總厚度在250～300 ll11． 附
著力按拉拔法測試。耐沾污按外墻涂料測試。另送樣外
單位測人T老化(耐候性)。
耐酸性—— 養(yǎng)護7 d后，將試件放入pH=3的硫酸
溶液中。涂層面向上，試件約95 mm浸泡，5 ml／l在大
氣中。30 d后取出晾干看有無起泡、脫落等異常。
耐堿性—— 養(yǎng)護7 d后．將試件放人飽和氫氧化
鈣溶液中。涂層面向上，試件約95 mm浸泡，5 mln在
大氣中。30 d后取出晾干看有無起泡、脫落等異常
碳化深度— — 養(yǎng)護7 d后，按標準操作，測加酚酞
酒精溶液沒有變色的深度。
耐凍融性—— 養(yǎng)護7 d后，5次凍融循環(huán)后看有無
起泡、脫落等異常。
抗氯離子滲透——按標準制備涂層干膜，懸掛室
內(nèi)養(yǎng)護7 d，在試驗裝置測試。涂漆一面朝3％氯化鈉
溶液．細度紙一面朝蒸餾水。30 d后測蒸餾水中的氯
離子含量。按含量多少排列，越少說明抗氯離子滲透
性越好。
測試數(shù)據(jù)如表3所示
表3 涂層性能測試結(jié)果
由表2的底漆測試結(jié)果可知．所選的水性丙烯酸
與水性環(huán)氧底漆比較，附著力后者強，滲透性前者好。
因為環(huán)氧結(jié)構(gòu)中有環(huán)氧、羥基等多個極性基團，基團與
界面結(jié)合比較好。水性丙烯酸較之更能透氣。從實用的
角度看，底漆的附著力是第一位的。沒有良好的附著
力，其他性能免談。且從防銹防腐上考慮，環(huán)氧沒有酯
鍵。固化產(chǎn)物為l二維網(wǎng)狀，防腐性能在所有樹脂類別中
處于前列，應(yīng)當優(yōu)先考慮。在_[業(yè)漆體系里，環(huán)氧一雨
烯酸體系用得最多。也是這個道理 當然，如果沒有對
防腐蝕的要求，比如外墻，水性丙烯酸成本上更經(jīng)濟，
性能上也夠用
中等腐蝕條件下混凝土涂料底漆還是應(yīng)選擇水性
環(huán)氧。如果有長期的要求，應(yīng)該配上中涂，加強屏蔽性，
有助于抗腐蝕。水性環(huán)氧、水性丙烯酸側(cè)重點不一樣，
38 涂裝與應(yīng)甬COATINGANDAPPLICAT／ON
殷立平。等：混凝土結(jié)構(gòu)的長效涂層防護
特別惡劣環(huán)境用環(huán)氧類，最好與顏料等構(gòu)成片狀錯合
疊在一起，增加介質(zhì)滲透通道長度。
由表3的4個涂層體系的比較上，從耐酸性上看，
③ 、④較好，① 、②差一點。差異在面漆上。說明這里的
水性丙烯酸、水性環(huán)氧耐酸上不如水性聚氨酯、水性氟
碳 FEVE可以認為是變體的聚氨酯，有些相似。
4個涂層體系耐堿性能都很好，這也是堿性基材
上?？吹竭@些樹脂的原因。所以在地坪涂料上也會看
到丙烯酸、環(huán)氧、聚氨酯的身影，氟碳若用于地坪涂料
就奢侈了。
耐候性的數(shù)據(jù)里水性氟碳>水性聚氨酯>水性丙烯
酸>水性環(huán)氧，耐沾污也是如此。氟碳中分子間作用力
很低。表面能也低，不易被潤濕。這對耐沾污有利。但不
能深入抑制氯離子滲透和碳化深度。有機氟樹脂中C—
F鍵長極短．基本氟原子在外，形成圓柱體來屏蔽碳主
鏈．使得化學(xué)品、紫外線等不易深入。C—F鍵能又是單
鍵中最高的，破壞需要很大能量I 8】。聚氨酯鍵也很牢固，
耐候性要看是脂肪族成分還是芳香族及其他成分。芳
香族耐候性差，主要是苯環(huán)易被光照破壞。環(huán)氧易粉化
黃變，主要是醚鍵易被光照破壞。在耐沾污性能方面，
水性氟碳、水性聚氨酯表面緊密程度大大優(yōu)于水性丙
烯酸，而水性環(huán)氧作室外面漆自身都不能保證。
耐凍融都通過了。水性體系里耐凍融很重要，實質(zhì)
就是這些樹脂在水里隨著水的凍融能否保持相容，能
否過這個溫差關(guān)。使用涂料時，水性環(huán)氧在低溫要注意
成膜。
附著力②>>③>④>① ，水性環(huán)氧附著力還是首屈
一指的，這在前面已有敘述。水性氟碳、水性聚氨酯是
交聯(lián)狀態(tài)．緊隨其后。水性丙烯酸透氣性好，會顯得疏
松一點，如果要提升附著力，可考慮嫁接環(huán)氧基團。
抗氯離子滲透、碳化深度的數(shù)據(jù)趨勢都是①弱一
點。其實就是封閉性不夠。②優(yōu)，還是說明了環(huán)氧層的
優(yōu)勢。③ 、④差距不明顯，說明體系有相像處?？孤入x子
滲透測試數(shù)據(jù)平行有誤差．只能從多個數(shù)據(jù)中尋找趨
勢。對于中等腐蝕條件大氣區(qū)氯離子影響沒有強腐蝕
條件海洋大氣影響大。碳化深度是防碳化的重要指標，
可以在以后的專項中再細化試驗。
綜上所述．體系④在中等腐蝕條件大氣區(qū)的長效
防護方面更好，即環(huán)氧底漆+丙烯酸中涂+氟碳面漆的
組合。這可以發(fā)揮出各類樹脂的性能，規(guī)避自身的不
足，進而有協(xié)同效果，最大限度達到設(shè)計目標。
4 結(jié)語
混凝土的廣泛使用和一些問題的出現(xiàn)，使得研究
推進混凝土結(jié)構(gòu)的保護和裝飾是必須的。而很多混凝
土結(jié)構(gòu)需要長效防護。涂層防護在性能、成本上有其獨
到的優(yōu)勢，研究者可以通過涂層設(shè)計和精心施工來提
高混凝土的耐久性和其他性能?？紤]到對環(huán)境的友好
性．在中等腐蝕條件大氣區(qū)可以用水性氟碳體系以達
到長效防護和環(huán)保的雙重效果。這個體系耐候性、耐沾
污等明顯占優(yōu)．在未來優(yōu)勢還會擴大。
國內(nèi)的涂料廠家具備這方面的技術(shù)能力，要切實
發(fā)展，投入應(yīng)用。這里有世界上最大的應(yīng)用機會。要讓
全社會看到涂料人的努力?？吹酵苛辖缭趪艺麄€產(chǎn)
業(yè)建設(shè)及環(huán)保大局中的貢獻。
參考文獻
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