沿海地區混凝土結構防腐技術應用分析

唐建政，張振華，劉衛衛，孟文靜

（濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250100）

1 引言

近年來我國沿海地區土木行業高速發展，對鋼筋混凝土材料需求量越來越大，而其耐久性問題卻制約沿海地區建筑行業的發展，逐漸形成矛盾[1]。尤其是沿海城市，空氣中含水率高，水中往往存在具有腐蝕性成分，加速了其對鋼筋混凝土結構的損壞，其破壞往往是不可逆的[2]。因此，加強對沿海地區鋼筋混凝土橋梁的防腐技術研究，具有重要的社會意義和經濟意義。

2 鋼筋混凝土橋梁防腐技術現狀

目前我國對于鋼筋混凝土材料的防腐主要分為改變自身材料性質和借助附加措施[3]。自身材料性質措施主要為研發新材料、新技術，通過改變材料自身性質，在不影響材料力學性能的前提下，提高自身防腐性能。如選擇高抗腐蝕性水泥、適當降低水灰比提高密實度抵抗腐蝕性物質侵入，添加防腐外加劑等措施。附加防腐措施主要是借助外部防護層，抵御惡劣環境中的腐蝕侵害，如在表面涂抹防腐層，主要有防滲透層、隔離層及覆蓋保護層等，以聚合物和水泥基及樹脂材料為主。在鋼筋表面涂抹防腐隔離層，制成防腐鋼筋，鍍鋅鋼筋等，或采用玄武纖維新型鋼筋材料。此外，鋼筋的阻銹劑，屬于特殊措施，主要指陰極保護，用于鋼筋混凝土橋梁海水濺區及干濕交替等特殊區域的防腐措施。

目前現存橋梁的養護防腐措施主要為在混凝土表面涂抹防腐劑[4]。當前的防腐涂裝材料發展迅速，據統計已有上千種，最早研制出的有機防腐劑已經不能滿足多樣化的工程需要，無機防腐劑及水性涂料已經廣泛研發，并應用于市場。我國市面上用的最多的防腐材料為聚氨酯防腐涂料、聚合物水泥防腐涂料，復合水泥基及水泥基材料，近年來在市場上逐漸推廣應用[5]。新型材料聚脲聚氨酯防水涂料，正在試用推行階段，可能會成為未來的防腐方向，不過目前罕見于大型橋梁上。從技術層面上劃分防腐材料類型，可以分為滲透型防腐和表面成膜型涂裝防腐材料。滲透型防腐材料的代表為硅烷、永凝液，其特點為不影響建筑材料的外觀，通過材料表面滲透到內部，阻止腐蝕性離子進入混凝土結構內部，進而腐蝕鋼筋。國內大型橋梁應用硅烷防腐材料較為廣泛，如香港的青馬大橋、武漢陽邏長江大橋混凝土結構防腐材料采用的硅烷防護。混凝土結構表面成膜防腐技術是通過在鋼筋混凝土結構表面上形成一層具有一定的抗拉和抗剪強度的防腐外衣，達到阻止侵蝕性物質進入鋼筋混凝土結構中引起鋼筋的銹蝕，該種防腐措施是當前國內普通橋梁防腐的主流措施，應用最為廣泛，具有很多典型工程案例，如膠州灣跨海大橋[6]，混凝土結構表面成膜防腐技術，不僅能夠采用物理隔離方式有效將混凝土結構避開腐蝕性介質，同時能夠減緩混凝土自身氧化速度，起到雙層保護作用。圖1所示為添加保護膜以后的混凝土結構遇水效果。

圖1 混凝土表面成膜技術防腐試驗圖

3 腐蝕性對混凝土耐久性的影響

根據近年來國際上因腐蝕導致的混凝土橋梁結構損壞統計數據，其對經濟損失影響是巨大的，而且隨著時間的推移混凝土結構的耐久性問題越來越嚴重[7]。據統計，美國在1975年因為混凝土橋梁結構腐蝕導致經濟損失達到700多億美元，到了1985年經濟損失達到了1680億美元，其中混凝土橋梁結構的修復花費達到1550億美元。同樣，在北歐、加拿大及澳大利亞等國家，都不同程度地受混凝土結構腐蝕性的危害，養護維修費用是非常昂貴的[8]。隨著我國工業經濟的發展，基礎設施建設已經位居世界前列，混凝土橋梁結構隨處可見，同樣存在耐久性問題，尤其是在沿海地區及鹽漬土地區，建國初期修建的很多大中小橋梁已經開始出現混凝土保護層脫落、鋼筋銹蝕，個別地區出現垮塌，這與建國初期，公路工程發展落后，對混凝土結構的設計往往忽視耐久性設計方面有關。混凝土結構在海洋環境中，受影響因素主要表現為鋼筋銹蝕、碳化，溶蝕作用及鹽類侵蝕作用，海水沖擊磨損。海洋環境中存在大量的氯離子，據統計大多數海洋工程中，氯離子對混凝土結構中的鋼筋侵蝕破壞最為嚴重，混凝土結構的碳化主要是受二氧化碳影響導致。大量的工程案例分析，可將混凝土腐蝕破壞分為兩個階段：①初始階段；②擴展階段。初始階段往往沒有表現出任何的力學性質減弱或退化現象，但局部的保護層可能被侵蝕破壞；擴展階段開始出現損傷，并逐漸加速擴大影響范圍。圖2為跨海大橋示意圖，跨海大橋墩臺常年處于潮濕及海水環境中，防腐工程是重要環節，不可忽視。

圖2 跨海大橋示意圖

4 典型防腐技術

目前防腐技術研究以試驗為主，理論研究相對較少，將理論與實踐結合，以實踐促進理論發展正在成為近年來課題方向。本文對當前已經存在并相對成熟及正在試推廣的混凝土防腐技術進行分析總結。

4.1 涂裝防腐料

國內廣泛應用表面涂抹防腐料方案，這種方法原理簡單，操作方便，便于施工現場操作，不影響工期。這種防腐涂抹防腐系統，由底層、面層、面層組成，底層涂料對混凝土結構表面進行潤濕，底層涂料有很強的滲透性、吸附力及耐堿性，主要有環氧封閉漆，分為普通型和后漿型，面漆主要有丙烯酸聚氨酯面漆及氟碳面漆，這兩種材料具有很強的耐堿性。

此種方法，到目前技術已經比較成熟，應用廣泛，性價比高，防腐周期當前是比較長的，一般性防腐涂料最少年限是30年，確保混凝土結構使用壽命不少于50年，因此，是當前主流防腐材料，但這種材料本身耐久性能不強，損壞后修復可能性較小，處理工藝復雜。

4.2 防腐添加劑有機硅烷

有機硅烷混凝土保護劑被廣泛應用于各種鋼筋混凝土材料的結構中，尤其是在環境非常惡劣條件下，使用高標號的混凝土效果明顯，如沿海地區的港口碼頭，鹽漬區的公路工程，以及溫差較大的西北地區，都屬于環境惡劣地區。硅烷目前是我國混凝土結構防腐規范里推薦的防腐材料。其作用機理是當硅烷與混凝土作用時，釋放乙醇，同時與混凝土結合形成有機硅樹脂聚合物，最終在混凝土結構毛細孔中形成憎水性的硅樹脂膜，進而形成單通道毛細管在混凝土中，外界環境中的有害物質包括侵蝕性離子等不能通過孔隙進入到混凝土內部，相反混凝土內部的水分可以通過毛細管排到外界，起到了保護混凝土和內部鋼筋的目的，據統計，新型有機硅烷材料可以延長鋼筋混凝土結構壽命長達20年。

硅烷防腐劑從形態上主要分為兩種：①液體浸漬劑；②膏體浸漬劑，而膏體浸漬劑的效果相對更理想一些，其技術性能指標見表1所示。

膏體浸漬劑技術指標 表1

4.3 復合型防腐技術

對于多數使用單一添加劑或外加劑，存在多種局限性。專家學者開始嘗試將多種添加劑進行組合，使其滿足多種功能要求，比較典型的為有機與無機復合的新型混凝土防腐外加劑，簡稱JK-8，鄧剛等進行了大量的試驗研究，借鑒了國外先進技術經驗及復合技術[9]。該種復合型防腐添加劑，主要提高混凝土結構自身密度、強度、減少缺陷、增強自身抵抗腐蝕性的能力，同時添加了阻銹成分，防止有害介質侵入等。

復合型防腐添加劑能顯著提高混凝土結構的耐腐蝕能力，主要因素為添加劑中含有混凝土抗腐蝕組分，能有效提升混凝土抗腐蝕能力。添加劑中的引氣及密實成分可有效排除混凝土內部空氣，進而增強了混凝土強度及密實度，極大地減少了腐蝕性介質入侵途徑，達到了混凝土自身抗侵蝕能力。同時，引氣組分還有將大氣泡引散為眾多小氣泡功能，眾多的微小氣泡能有效緩沖和抵消水結冰引起的混凝土結構體積膨脹造成的靜水壓力和冰水蒸氣壓力形成的滲透力，提升了混凝土結構的抗凍性能，降低了混凝土結構的滲透性，每種成分發揮各自的作用，形成功能疊加效應，極大提升了混凝土結構綜合耐腐蝕性能。

5 防腐材料市場分析

大量的混凝土防腐材料逐漸形成了其行業內市場格局，而我國混凝土結構防腐市場長期以來主要有以下幾個特點：

①市場相對比較混亂，小工廠、小作坊生產的材料占據主要市場，監督機制不健全，材料標準差異大，混凝土結構養護單位不能科學地選擇養護材料；

②材料種類繁多，技術指標不明確，后遺癥不清楚，材料指標不科學，設計研發人員盲目追求利益最大化；

③施工質量參差不齊，檢驗標準難以執行，檢驗手段單一，施工材料浪費嚴重，結構防腐年限無法保證；

④大多數防腐材料的防腐效果無法保證，很多材料是近年來發展起來的，其防腐耐久性還有待進一步考證。

6 結語

沿海地區已有鋼筋混凝土橋梁結構的防腐技術研究，有助于規范混凝土結構防腐養護市場，加快混凝土防腐技術的發展，增加混凝土結構的使用壽命，減少材料的浪費，實現可持續發展，對于我國經濟社會的發展具有重要意義。