钢筋混凝土表面复合涂层防护技术的研究进展

白书亚，晁兵，田云生，谢谦
　　
　　（中国矿业大学江苏中矿大正表面工程技术有限公司,江苏徐州221008）
　　
　　摘要：分析了当前钢筋混凝土表面复合涂层防护技术存在的一些问题，介绍了纳米改性复合涂层防护技术、热喷涂锌层阴极防护技术等涂层防护新技术的研究和应用情况。
　　
　　关键词：钢筋混凝土；防腐蚀；纳米材料；热喷涂；复合涂层
　　
　　1引言
　　
　　随着混凝土结构应用范围的不断扩展，其安全使用和耐久性问题也摆在了人们的面前。从20世纪60年代开始，混凝土结构耐久性问题已成为国内外科研机构重要的研究课题之一[1]。高质量混凝土和适当厚度的保护层是提高钢筋混凝土耐久性最重要和最基本的措施，但并不能避免钢筋混凝土腐蚀破坏的发生，保证其长期的耐久性，尤其是在重度恶劣的腐蚀环境下。因此必须对钢筋混凝土采取防腐蚀附加措施。美国混凝土协会（ACI）确认了4种钢筋混凝土保护有效附加措施：环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂、阴极保护和钢筋混凝土防腐蚀涂料。其中“底层+中间层+面层”的防腐蚀复合涂层技术已成为钢筋混凝土最有效最经济的防护措施，受到世界各国的高度重视和快速推广应用[2]。
　　
　　2表面复合涂层防护技术存在的问题
　　
　　2.1涂层的透气性及吸水性问题
　　
　　杨丽霞等[3]研究证明，有机涂层虽然将基材与腐蚀介质隔开，但并不是十分完善的阻挡层，有机涂料涂装后，因溶剂挥发而产生针孔及高分子链结构的微间隙，给水、氧气及其它腐蚀介质形成扩散通道，从而引起涂层下基材腐蚀的发生[3]；有机涂层中含有许多可溶性盐和一些亲水基团，涂层接触雨水（或江、河、海水）后会发生反应，在涂层内部形成液体的传输途径，含有氯离子的液体通过这些传输途径渗透到基材界面，在界面处发生腐蚀，形成原电池反应，最终导致涂层起泡、脱落失效[4]。付东兴等[5]研究说明，有机涂层起泡失效主要是由渗透压起泡、阳极起泡、阴极起泡、应力起泡、电渗透起泡等行为引起的，重防腐涂层甚至长效防腐复合涂层也存在类似问题。刘儒平等[6]将表面防护处理后的混凝土试样进行288h盐水干湿循环腐蚀试验，结果发现涂层附着力下降了3％～5%，高精度抗渗试验发现试样存在明显的渗水现象。由于混凝土中钢筋的腐蚀行为取决于其表面形成的具有保护性能的氧化物膜，钢筋周围自由氯离子的存在破坏了氧化膜并导致其局部击穿和腐蚀，当氯离子含量达到临界值时钢筋就开始腐蚀，这证明涂层的屏蔽性能十分重要。而混凝土碳化、氯离子侵蚀、酸雨腐蚀、氧和水的作用等腐蚀因素也正是因为涂料涂层的透气性、吸水性等方面存在缺陷而对钢筋混凝土结构造成破坏的。
　　
　　2.2涂层追随性问题
　　
　　裂缝是混凝土材料不可避免的，控制混凝土裂缝对混凝土结构的耐久性有着十分重要的意义。杨林德__等[7]研究发现，开裂及渗漏会加速氯离子迁移，促进钢筋锈蚀，钢筋起锈时间随裂缝深度的增加而缩短。目前钢筋混凝土防护涂装一般在底材处理后先使用封闭底漆、封闭腻子对混凝土表面及裂缝进行封闭处理，然后进行中涂、面涂施工。涂层的追随性反映涂层跨越裂缝的能力，显示出涂层在混凝土裂缝产生、扩大过程中仍然保持腐蚀防护作用能力的大小[8-9]。李伟华等[10]对涂料涂层混凝土裂缝追随性的研究表明：以环氧底漆、环氧中涂漆和聚氨酯、氟树脂面漆组成的复合涂层体系的追随性与其厚度密切相关。复合涂层厚度为100μm时涂层延伸量为0.81mm，200μm时为1.29mm，1000μm时达到3.40mm，其柔韧性也随厚度的增加而改善。混凝土显微裂缝和大裂缝一般在0.1～0.3mm，而受承载重力或因温度变化出现的裂纹可达到0.1～1.0mm[11]。复合涂层要经受日照、冻融、雨水、风浪等环境因素的影响，其追随性能将随涂层的使用年限逐渐下降，正因如此，上述复合涂层（总厚度为250～350μm）的预期寿命最高可达60年，目前实际设计寿命仅为10～20年。
　　
　　2.3涂层的耐久性问题
　　
　　有机涂层在阳光、盐雾、干湿交替以及冷热交替等因素的作用下，涂层体系会逐渐老化。世界各国均对钢筋混凝土防护涂料的耐久性进行了明确规定，如通常的面层涂料要求耐人工加速老化时间不低于1000h（JTJ275—2000《海港工程混凝土结构防腐涂层》），氟碳涂料则达到2500h（HG/T3792—2005《交联型氟树脂涂料》）。JTG/TB07-01—2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》要求防护涂层耐人工加速老化时间在3000h以上，被业内专家认为指标过高，一般户外涂料难以满足要求[8]。由此不难看出，目前钢筋混凝土防护涂料及复合涂层实际耐久性能存在的不足。