從蓬勃發展的鋼筋混凝土結構基礎設施以及工業設施的現狀分析了混凝土防腐涂料的市場前景。介紹了橋梁、港口和工業設施的混凝土結構表面防腐涂裝技術應用現狀及其發展趨勢。
關鍵詞：混凝土；防腐；涂裝
前言
“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。而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
1.1鋼筋混凝土結構基礎設施及工業設施發展現狀
1.1.1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10a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km，其中主線6.8萬km，地區環線、聯絡線等其他路線約1.7萬km。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，穿江過河。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3710km，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。
1.1.2海港碼頭
我國擁有漫長的海岸線，改革開放后，隨著沿海城市經濟的飛速發展，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t，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t，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t級原油碼頭、神華天津港煤炭碼頭二期、廣東惠州港7萬t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。
1.1.3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。其他如火電廠、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。
1.2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的應用。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3萬～5萬t/a。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，以及外資企業原海虹老人牌（現為赫普）、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(10a)和長效型(20a)。JT/T695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＋丙烯酸聚氨酯面漆。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，片狀云母氧化鐵既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，其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他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10a和20a的防腐壽命涂層體系，10a與20a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涂膜厚薄的差異。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），采用高固體分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的做高性價比的防腐。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2萬t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
2.3.1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。現階段使用的高性能涂料還包括高固體分環氧或無溶劑環氧、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。
2.3.2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、氯磺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。現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。
2.3.3脫硫煙道
脫硫煙道涂料有3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。
3.1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涂料將逐步向高固體分、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。
3.2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須有水才能固化，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，即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。
3.3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。日本道路協會制定的《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、C3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。
3.4無溶劑、高固體分環氧涂料
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黏度固化劑又使成本提高，因此采用高固體分的環氧涂料（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分厚漿涂料由于黏度太高，滲透性不好，不能直接用于混凝土表面，應配套低黏度、高滲透性底漆，或將這些高黏度涂料稀釋后打底。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、高固體分環氧涂料還應用于飲用水混凝土管道、貯槽、涵洞。
3.5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劑與苯乙烯單體（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反應生成的。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合反應固化成膜。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1～2a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。
3.6聚脲涂料
噴涂聚脲是由異氰酸酯組分（簡稱A組分）與氨基化合物組分（簡稱R組分）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作為底層過渡材料。由于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。
3.7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。
3.8其他材料
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，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要符合整個世界涂料工業的發展趨勢，即以“5E”（即高性能、易施工、經濟、節能、環保）為主導的發展方向。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。