鋼筋混凝土表面復(fù)合涂層防護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展

1引言

隨著混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，其安全使用和耐久性問題也擺在了人們的面前。從20世紀(jì)60年代開始，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題已成為國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)重要的研究課題之一。高質(zhì)量混凝土和適當(dāng)厚度的保護(hù)層是提高鋼筋混凝土耐久性最重要和最基本的措施，但并不能避免鋼筋混凝土腐蝕破壞的發(fā)生，保證其長期的耐久性，尤其是在重度惡劣的腐蝕環(huán)境下。因此必須對鋼筋混凝土采取防腐蝕附加措施。美國混凝土協(xié)會(huì)確認(rèn)了4種鋼筋混凝土保護(hù)有效附加措施：環(huán)氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑、陰極保護(hù)和鋼筋混凝土防腐蝕涂料。其中“底層+中間層+面層”的防腐蝕復(fù)合涂層技術(shù)已成為鋼筋混凝土最有效最經(jīng)濟(jì)的防護(hù)措施，受到世界各國的高度重視和快速推廣應(yīng)用。

2表面復(fù)合涂層防護(hù)技術(shù)存在的問題

2.1涂層的透氣性及吸水性問題

楊麗霞等研究證明，有機(jī)涂層雖然將基材與腐蝕介質(zhì)隔開，但并不是十分完善的阻擋層，有機(jī)涂料涂裝后，因溶劑揮發(fā)而產(chǎn)生針孔及高分子鏈結(jié)構(gòu)的微間隙，給水、氧氣及其它腐蝕介質(zhì)形成擴(kuò)散通道，從而引起涂層下基材腐蝕的發(fā)生；有機(jī)涂層中含有許多可溶性鹽和一些親水基團(tuán)，涂層接觸雨水后會(huì)發(fā)生反應(yīng)，在涂層內(nèi)部形成液體的傳輸途徑，含有氯離子的液體通過這些傳輸途徑滲透到基材界面，在界面處發(fā)生腐蝕，形成原電池反應(yīng)，最終導(dǎo)致涂層起泡、脫落失效。付東興等研究說明，有機(jī)涂層起泡失效主要是由滲透壓起泡、陽極起泡、陰極起泡、應(yīng)力起泡、電滲透起泡等行為引起的，重防腐涂層甚至長效防腐復(fù)合涂層也存在類似問題。劉儒平等將表面防護(hù)處理后的混凝土試樣進(jìn)行288h鹽水干濕循環(huán)腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂層附著力下降了3%～5%，高精度抗?jié)B試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試樣存在明顯的滲水現(xiàn)象。由于混凝土中鋼筋的腐蝕行為取決于其表面形成的具有保護(hù)性能的氧化物膜，鋼筋周圍自由氯離子的存在破壞了氧化膜并導(dǎo)致其局部擊穿和腐蝕，當(dāng)氯離子含量達(dá)到臨界值時(shí)鋼筋就開始腐蝕，這證明涂層的屏蔽性能十分重要。而混凝土碳化、氯離子侵蝕、酸雨腐蝕、氧和水的作用等腐蝕因素也正是因?yàn)橥苛贤繉拥耐笟庑?、吸水性等方面存在缺陷而對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞的。

2.2涂層追隨性問題

裂縫是混凝土材料不可避免的，控制混凝土裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有著十分重要的意義。楊林德等研究發(fā)現(xiàn)，開裂及滲漏會(huì)加速氯離子遷移，促進(jìn)鋼筋銹蝕，鋼筋起銹時(shí)間隨裂縫深度的增加而縮短。目前鋼筋混凝土防護(hù)涂裝一般在底材處理后先使用封閉底漆、封閉膩?zhàn)訉炷帘砻婕傲芽p進(jìn)行封閉處理，然后進(jìn)行中涂、面涂施工。涂層的追隨性反映涂層跨越裂縫的能力，顯示出涂層在混凝土裂縫產(chǎn)生、擴(kuò)大過程中仍然保持腐蝕防護(hù)作用能力的大小。李偉華等對涂料涂層混凝土裂縫追隨性的研究表明：以環(huán)氧底漆、環(huán)氧中涂漆和聚氨酯、氟樹脂面漆組成的復(fù)合涂層體系的追隨性與其厚度密切相關(guān)。復(fù)合涂層厚度為100μm時(shí)涂層延伸量為0.81mm，200μm時(shí)為1.29mm，1000μm時(shí)達(dá)到3.40mm，其柔韌性也隨厚度的增加而改善?；炷溜@微裂縫和大裂縫一般在0.1～0.3mm，而受承載重力或因溫度變化出現(xiàn)的裂紋可達(dá)到0.1～1.0mm。復(fù)合涂層要經(jīng)受日照、凍融、雨水、風(fēng)浪等環(huán)境因素的影響，其追隨性能將隨涂層的使用年限逐漸下降，正因如此，上述復(fù)合涂層的預(yù)期壽命最高可達(dá)60年，目前實(shí)際設(shè)計(jì)壽命僅為10～20年。

2.3涂層的耐久性問題

有機(jī)涂層在陽光、鹽霧、干濕交替以及冷熱交替等因素的作用下，涂層體系會(huì)逐漸老化。世界各國均對鋼筋混凝土防護(hù)涂料的耐久性進(jìn)行了明確規(guī)定，如通常的面層涂料要求耐人工加速老化時(shí)間不低于1000h，氟碳涂料則達(dá)到2500h。JTG/TB07-01—2006《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》要求防護(hù)涂層耐人工加速老化時(shí)間在3000h以上，被業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為指標(biāo)過高，一般戶外涂料難以滿足要求[8]。由此不難看出，目前鋼筋混凝土防護(hù)涂料及復(fù)合涂層實(shí)際耐久性能存在的不足。

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