混凝土的腐蝕因素及如何防腐

分析了混凝土的腐蝕因素，介紹了溶劑型混凝土防腐涂料所具備的一般特性、涂料種類和主要性能，并簡要說明了混凝土涂裝和修補的一些原則及注意事項。

混凝土是由水泥、砂石、水和外加劑等組成的一種無機材料。基于此，它不受陽光、氣候、潮濕、干燥或其他條件的影響，在凝結前具有良好的可塑性（可澆注成各種形狀和尺寸的構件和結構），堅硬耐磨，因此在建筑工程和土木工程中應用廣泛，是目前世界上應用量大，使用廣的結構材料。廣泛用于地板、地下管道、建筑物內外墻、混凝土儲槽內外壁、核電污染反應器、污水管道內壁、廢水回收裝置等，這些結構需施涂涂料保護以適應環境的變化，如食品生產、食品化學、脂肪、油、污水、腐蝕性土壤、化工廠廢物、煙塵、化學輻射、鹽水（特別是海洋附近的混凝土構筑物）及真菌、細菌的生長等。

一、混凝土的腐蝕因素

所謂腐蝕是指材料在周圍環境介質作用下遭到破壞或質量下降的現象或過程，既可以指明顯的破壞，也可以指不明顯的劣化現象。混凝土的腐蝕是一個非常復雜的不均相反應過程，其機理主要是化學反應，即混凝土和周圍環境介質發生化學作用而產生的腐蝕（在和酸特別是無機酸接觸時表現為強烈的反應，大多數時候表現為緩慢的劣化），但處于混凝土中的鋼筋腐蝕則以電化學為主。混凝土的腐蝕因素主要有以下幾個方面。

1、大氣中的二氧化碳

空氣中的CO2可導致混凝土炭化。混凝土中水泥水化所生成的Ca（OH）2與潮濕空氣中的CO2反應生成CaCO3結晶，炭化會使混凝土的pH值降低，導致其中性化，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋失去防銹性。混凝土劣化的初始階段沒有顯著的材料弱化和結構的功能退化現象，但某些保護層有可能被侵蝕介質破壞。其后將出現主動性的損傷和加速發展的趨勢。混凝土的炭化分兩步：其一是擴散到混凝土的內部孔隙，其二是與混凝土中的物質發生反應。

2、凍融循環

由于混凝土固有的含水和濕氣滲透性，在環境溫度降到冰點以下時，其中的水分結成冰即由液相轉化為固相，體積膨脹約10%。體積增大會在混凝土中產生膨脹壓力，由于混凝土自身相對較低的抗張強度，內壓將導致其出現裂紋、散裂。當冰融化時，膨脹壓釋放，混凝土內部就會相對疏松，如此反復作用，裂紋會不斷向周圍擴展，混凝土強度不斷遭到破壞。

3、鹽溶液的滲透

混凝土的多孔結構不僅可以吸附濕氣，也可以吸附各種氣體和化學品，各種鹽溶液也能向多孔結構的混凝土中滲透。當混凝土干燥時，這些鹽分在其內部形成結晶，此時混凝土內產生膨脹應力，導致其散裂；當混凝土回到潮濕環境中時，結晶鹽又會溶解、滲透，混凝土中的鹽分隨環境的變化結晶、溶解反復循環。有些鹽分會對其中的鋼筋造成腐蝕，有些鹽分（如硫酸鹽）會和水泥中的水化產物進一步反應生成鈣礬石結晶，在混凝土內部產生結晶應力，情況嚴重時可導致混凝土開裂甚至崩潰。因此鹽溶液的滲透對混凝土而言是致命的。

4、兩個特別的環境

對于工業環境和海洋環境來說，混凝土不僅要遭受以上腐蝕因素的侵害，還要受到工業環境和海洋環境特殊的腐蝕因素的制約，所以有必要重點說說在這兩個環境下的混凝土的腐蝕問題。

（1）工業環境

工業環境指的是工業過程造成的腐蝕性環境，通常這些腐蝕物有無機酸、某些有機酸、各種硫酸鹽溶液、各種氨混合物溶液、氯化物、糖、硝酸鹽等。除此之外，還包括大氣中的各種腐蝕物質。

（2）海洋環境

海洋環境的破壞表現突出的是鹽離子的滲透。海水中含鹽量約3.3%~3.8%，其中有大量氯離子和硫酸鹽。這些物質滲入混凝土中，腐蝕混凝土中的水泥石。

二、混凝土防腐涂料的性質及種類

1、混凝土防腐涂料的性質

混凝土防腐涂料是指能在混凝土表面進行有效涂裝，對混凝土進行有效保護的涂料。混凝土涂料的主要防腐機理是利用其屏蔽性，阻擋腐蝕物質的侵入，所以混凝土涂料形成的涂膜必須致密，或有足夠阻止腐蝕因子侵害的膜厚，或形成復雜的滲透路徑，阻止腐蝕物的滲透。能對混凝土表面進行有效涂裝的涂料需具如下性質：

（1）良好的滲透性

由于混凝土的多孔結構，所以要求涂料對混凝土良好滲透。良好的滲透既可以增加涂料和底材的接觸面積，起到“錨固”的作用，又可以趕跑孔隙中的水、濕氣等腐蝕物質，消除腐蝕因素，還可以避免溫度變化引起的膨脹應力。高滲透性涂料的一個重要的特性就是低相對分子質量，樹脂分子的尺寸必須小到一定程度才易在砂粒與水泥孔隙中滲透，增加滲透的深度，從而填平細小的裂紋，填充孔隙。具有良好滲透性的涂料對于多孔性結構的混凝土而言，可以增加其密實度，增加涂料的使用期限，更好幫助混凝土承受環境的破壞。

（2）耐堿性

混凝土的堿性是其固有問題，所以任何混凝土涂料都必須具有良好的耐堿性。當混凝土涂料涂覆后，濕氣就被封閉在內，潮濕的混凝土與涂層界面處的pH值約為10~12，任何能與堿發生反應的涂料都會受到影響。許多情況下，由于涂料耐堿性不良，涂料附著力變差，從而會造成涂層的皂化剝落。混凝土中的堿會使其表面沉積出結晶碳酸鈣，對濕氣或二氧化碳來說，如涂膜本身多孔，則這個反應可在膜下發生，使之起泡，隨著結晶碳酸鈣的生成，涂膜被推離混凝土表面。

（3）涂料的柔韌性和延展性及厚度

混凝土硬度沒有鋼鐵大，且性脆，所以混凝土涂料應具有一定的柔韌性和延展性，以適應混凝土脹縮引起的體積變化。另外足夠的厚度可以克服涂膜缺陷和混凝土表面的粗糙度，還可以消除混凝土的應力變化，消除收縮裂紋，滿足屏蔽要求。

（4）良好的附著力

附著力無疑是各種涂料所具備的基本性質，對混凝土涂料而言更是如此。當混凝土涂料干燥時，問題還不突出，而當混凝土涂料處于潮濕環境時，如地下結構，對于那些僅依賴于和底材表面粘結的涂料，它必須借助滲透性和對混凝土表面的潤濕來提高其與混凝土表面的附著力，以抵擋或承受混凝土內水壓的增高。由于涂膜“背水壓”的存在或涂膜浸入水中會引起涂膜起泡。所以要想保持涂膜的完整，涂料必須與混凝土表面有很強的附著力。

（5）耐磨性

大多數混凝土表面易受沖擊和磨損，象地坪和道路涂料等，這時不僅需要涂料的柔韌、延展性，而且還必須賦予涂料一定的硬度，當涂料的柔韌性和硬度配合適當時，涂層就會產生超強的附著力和良好的耐磨性，這種情況下使用的涂料一般不會發生剝離。

2、混凝土防腐涂料的種類

用于混凝土的涂料主要有環氧樹脂類、乙烯類、氯化橡膠類、聚氨酯類、瀝青類等。

（1）環氧樹脂涂料

環氧樹脂涂料很適合混凝土的涂裝，一是因為環氧樹脂結構中含有脂肪羥基和醚鍵，與相鄰界面能產生引力，所以具有很強的附著力。二是因為此類涂料固化后的涂膜含穩定的苯環、醚鍵等，同時固化后涂膜結構氣孔小，使各種介質難以滲透，所以環氧樹脂對水、中等濃度的酸、堿和某些有機溶劑的耐蝕性、抗滲透性優良。通常采用液態環氧樹脂，液態固化劑和高滲透性溶劑配制環氧類混凝土涂料。這樣不僅可以保證其滲透的深度，增加附著力，而且環氧樹脂固化后，能與混凝土連成一個整體，對它起到一個補強的作用。

（2）乙烯基涂料

乙烯基涂料能耐受酸和堿的腐蝕，涂膜具有回彈性和很好的柔韌性，是早用于混凝土的高性能涂料。因其相對分子質量較高，為保證涂料的大滲透性，乙烯基涂料常預涂一道稀釋性底漆。與稀釋的底漆配套，可多年保持優異的附著力和耐化學性能。乙烯基涂料的固含量比較低，需要多道涂裝以獲得需要的膜厚。乙烯基涂料用于所有類型的混凝土已有多年，從儲罐襯里到核電化學設備及食品廠混凝土地板。許多用作大型混凝土核電化學萃取廠的輻射屏蔽都需要厚膜乙烯基涂料，它可屏蔽高輻射密度的輻射材料及去掉有放射性污染的化學物質。

（3）聚氨酯涂料

聚氨酯涂料涂膜中，除富含氨基甲酸酯鍵外，還含有許多酯鍵和油脂中的不飽和雙鍵，異氰酸酯鍵、脲鍵、脲基甲酸酯鍵和醚鍵等，因而具有較全面的性能。聚氨酯性能從高硬到彈性可調，耐磨、耐低溫、附著力優異，由于其耐堿性稍差，故聚氨酯涂料常用于混凝土的面層涂裝。

（4）氯化橡膠及氯化聚乙烯涂料

氯化橡膠涂料屬于揮發干燥的溶劑型涂料，具有很好的附著力、耐水性和耐堿性，其耐水滲透性是所有涂料中好的。廣泛應用于混凝土水箱、游泳池等的涂裝，但因其不耐油脂侵蝕，故不適用于地下管道。另外，氯化橡膠涂料還具有很好的耐磨性和耐候性等，也大量用于混凝土道路標志。高氯化聚乙烯含氯量較高，分子結構中不含雙鍵，氯原子呈無規則分布，對水和腐蝕介質的滲透率低，涂膜具有優異的耐強酸、強堿、無機鹽和耐水、耐老化等性能，很適合混凝土的涂裝。另外其施工性優異，在常溫、低溫和高溫及高濕條件下均可施工。和氯化橡膠涂料相比，它既保留了其優點，又克服了其結構中不飽和雙鍵的影響。

（5）瀝青涂料

這也是一類溶劑型涂料，它是煤焦瀝青或石油瀝青在溶劑中溶解而成。煤焦瀝青比石油瀝青有更好的耐化學品性能和耐水性，但石油瀝青比煤焦瀝青有更好的耐光和耐候性。煤焦瀝青用于有耐候性要求的場所時，常有龜裂的趨勢，故常用于蓄水池、地下水管等地下設施。石油瀝青用于混凝土能很好的浸潤，附著力強，不需要對混凝土表面進行嚴格的處理，不受土壤中細菌侵蝕，廣泛應用于混凝土排水管、集水池、沉降井、地下蓄水池等。

三、混凝土涂料的涂裝

1、混凝土的基層處理

新混凝土結構要保持其干燥程度（含水率不大于6%）和平整的表面及混凝土的表面強度，舊混凝土要除去外部多余物質，包括藻類、舊涂膜、霉變物和油脂等。舊涂膜如明顯損壞，應清除。對于表面的開放性砂眼、氣孔等，需用膩子批刮平整、光滑。

2、施工環境條件

施工溫度在5℃以上，空氣相對濕度不應大于85%。施工現場保持環境清潔，無灰塵和有害氣體污染。冬季施工必須采取保溫取暖措施，保持施工溫度不低于5℃。雨季施工必須有防雨措施。

3、混凝土的涂裝

一般先涂刷滲透底漆，底漆要薄，滲透性好。以達到滲透、錨固、粘結硬化疏松混凝土的作用。然后用膩子找平，抹光，再涂刷一道滲透性底漆，再涂刷其他厚膜型面漆。施工完畢后，根據不同涂料品種要進行相應的養護。整個涂裝過程，要始終注意環境的變化和相應的施工間隔。

四、混凝土涂料的修補

由于混凝土涂裝后應用的范圍很廣，所以涉及到的防腐問題很多。混凝土的修補首先要弄清損壞的類型及程度，盡量選擇原來的涂料品種和體系進行修補。這樣新舊涂層能具有很好的相容性，修補效果較好。另外對于整個涂層而言，可以使涂膜具有相同的強度和性能，以達到更經濟實用的目的。其次，對修補來說，重要的工作，就是混凝土的基層處理。除去所有損壞的涂層、粘結松動的涂膜，采用酸蝕、堿蝕、強溶劑清洗，甚至用動力工具將混凝土表面清洗干凈。然后，將混凝土腐蝕區域修成均勻羽狀薄邊。對于已被油脂、石油產品飽和的混凝土，或化學腐蝕、物理磨損的混凝土表面，還應注意混凝土的腐蝕、污染深度，清除混凝土表面所有的腐蝕物，否則很難達到令人滿意的修補效果。再次，涂刷一道高滲透、高耐堿的滲透底漆封閉混凝土表面，再涂刷相應的相容性好的厚層面漆。由于混凝土固有的結構開裂，混凝土的裂紋不可避免，所以修補裂紋也是混凝土修補的一項重要內容。修補時，需先用鑿子或類似的工具將混凝土開裂鑿成“V”字型，用滲透性底漆先涂刷一遍，再用環氧或類似的膩子填平裂紋并抹平。涂刷相應的滲透底漆或后道涂膜。

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