摘要：本文簡(jiǎn)要地描述了鋼筋混凝土病變的機(jī)理，討論了應(yīng)用在橋體混凝土結(jié)構(gòu)表面保護(hù)中的產(chǎn)品體系的類型和特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：混凝土，橋梁，耐久性，涂裝
　　引言
　　混凝土病害是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，與混凝土原來(lái)的質(zhì)量和工作環(huán)境有很大關(guān)系。水泥膠漿的多孔性，它的化學(xué)與物理特性，低張力強(qiáng)度和脆性等是混凝土病害的關(guān)鍵因素。混凝土原料的質(zhì)量、設(shè)計(jì)的不完善和澆筑及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題也是病害產(chǎn)生的重要原因。為了方便陳述，我們將混凝土的病害分成以下幾大類：
　　
　　 鋼筋銹蝕；
　　 堿骨料反應(yīng)；
　　 凍融循環(huán)；
　　當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在極端的工作環(huán)境中時(shí)，其微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)混凝土病害而言是至關(guān)重要的，著名混凝土專家Mehta先生對(duì)微觀結(jié)構(gòu)與混凝土耐久性之間的關(guān)系有如下論述：“從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，混凝土的可穿透性或可滲水性是唯一與耐久性直接相關(guān)的特性。有大量的事實(shí)證明，如果混凝土結(jié)構(gòu)完全不可穿透或完全不滲水，則那些病害，包括鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)和凍融破壞根本就不會(huì)發(fā)生。”
　　1混凝土涂裝保護(hù)
　　對(duì)于提高混凝土的結(jié)構(gòu)的滲透和擴(kuò)散能力我們固然可以從混凝土的配合比優(yōu)化來(lái)著手提高混凝土的密實(shí)度，但是另外一種行之有效同時(shí)又被業(yè)界廣泛認(rèn)可的方法就是通過(guò)涂裝來(lái)提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。但是由于種種原因，目前國(guó)內(nèi)使用的混凝土橋梁的涂裝保護(hù)產(chǎn)品主要從鋼結(jié)構(gòu)的涂裝產(chǎn)品引伸過(guò)來(lái)的。適合混凝土橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的涂裝體系還很少。那么適合混凝土橋梁涂裝產(chǎn)品體系的特點(diǎn)要求主要有哪些？
　　1）涂裝體系要與混凝土結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性即兼容性良好;
　　2）抗返堿性好和基底的粘接強(qiáng)度要高；
　　3）能夠適應(yīng)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)荷載要求；
　　4）要具備單向可呼吸性能，不能造成結(jié)構(gòu)內(nèi)有害水蒸氣毛細(xì)壓力的積累；
　　5）具備一定的裝飾功能，具有一定的光澤度和平滑性，還有較好質(zhì)感和手感，也可以增加層次感和立體感。
　　6）具備保護(hù)功能：保護(hù)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)不受日曬、風(fēng)吹、雨淋、凍融循環(huán)和各種有害化學(xué)介質(zhì)以及微生物的侵蝕。
　　2涂裝材料的技術(shù)要求
　　以下指標(biāo)對(duì)涂裝保護(hù)材料是關(guān)鍵性指標(biāo)：
　　 耐久性；
　　 水汽透過(guò)性；
　　 抗水和鹽的滲透性；
　　 抗二氧化碳滲透性；
　　 橋聯(lián)裂縫的能力。
　　
　　以上這些指標(biāo)并不是按重要性大小的順序排列的，對(duì)這些指標(biāo)的要求和重要程度與涂裝材料功能和使用目的有密切的關(guān)系。例如，如果涂裝的目的是防止水和二氧化碳的滲透從而起到保護(hù)混凝土作用，則水汽透過(guò)性，抗二氧化碳滲透性和橋聯(lián)裂縫的能力是最重要的指標(biāo)。
　　1）耐久性
　　所謂耐久性，這里指的是涂裝材料或密封劑涂刷后，可以在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)起到有效的保護(hù)，即涂裝材料或密封劑的使用壽命究竟有多長(zhǎng)。耐久性與材料的種類、被保護(hù)的混凝土結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境以及涂裝材料與被保護(hù)基層間的物理化學(xué)性能的相互作用有關(guān)。
　　材料本身的耐久性和其抵御化學(xué)侵蝕的能力（如抗紫外線能力，耐摩擦能力和彈性等）一般是可以精確地確定的。但是，為什麼有時(shí)候這類保護(hù)還會(huì)失效呢？除了材料選擇有誤、表面清理不徹底等明顯的原因外，導(dǎo)致保護(hù)涂層過(guò)早失效的原因往往是由于涂裝材料的物化性能與被保護(hù)的混凝土結(jié)構(gòu)不兼容造成的。
　　2）水氣透過(guò)性
　　使結(jié)構(gòu)中的水汽穿過(guò)涂層的能力稱為水汽透過(guò)性。所有的涂裝材料都會(huì)降低混凝土的水汽透過(guò)性，但問(wèn)題是“所要求的最小的呼吸性到底應(yīng)該是多少？或者說(shuō)涂裝材料將潮氣封閉在混凝土結(jié)構(gòu)中的最大程度是多少？在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到水汽透過(guò)性是在平衡狀態(tài)下測(cè)得的，因此，其結(jié)果只能用來(lái)進(jìn)行不同材料間的比較。同時(shí)，也應(yīng)該注意到一個(gè)材料的呼吸性能對(duì)高密實(shí)度混凝土非常合適，但對(duì)結(jié)構(gòu)疏松多孔的結(jié)構(gòu)可能就不合適。另外，如果沒(méi)有水或不存在溫度和濕度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)潮氣從結(jié)構(gòu)內(nèi)散發(fā)出來(lái)，則涂層的“可呼吸性”也就不那么重要了。
　　除了某些“屏障”系統(tǒng)外，混凝土和鋼筋混凝土的保護(hù)材料都需要有最大的“可呼吸性能”，以保證水分能從混凝土中蒸發(fā)出來(lái)，同時(shí)又能防止外界的水和鹽向結(jié)構(gòu)內(nèi)滲透。涂層還應(yīng)具有一定的柔韌性以便封閉結(jié)構(gòu)上已經(jīng)存在或?qū)��?lái)可能產(chǎn)生的裂縫。
　　3）抗水和鹽的滲透性
　　混凝土受凍融循環(huán)作用破壞的根本原因是水結(jié)冰產(chǎn)生約9%的體積膨脹。如果混凝土中的孔完全充滿水，這么大的膨脹足以使混凝土開裂破壞。理論上"當(dāng)混凝土的飽水度小于91%時(shí)，混凝土就不會(huì)受凍破壞。混凝土受凍時(shí)，粗孔中的水先結(jié)冰，在水結(jié)冰膨脹的推動(dòng)下，孔中未結(jié)冰的水將向周圍遷移，形成靜水壓力，這是凍融破壞的動(dòng)力。當(dāng)靜水壓力超過(guò)混凝土強(qiáng)度能承受的程度時(shí)，就會(huì)損害混凝土。混凝土的飽水度愈高，結(jié)冰速度愈快，混凝土的靜水壓力和破壞力就會(huì)愈大。實(shí)際上，由于水的分布不均勻，以及在靜水壓力作用下未結(jié)冰水并不能自由、快速地向周圍遷移，所以混凝土凍融破壞的臨界飽水度一般遠(yuǎn)小于91%。但凍和融反復(fù)進(jìn)行，則使混凝土承受疲勞作用而不斷加重破壞。所以混凝土的抗凍性還和凍融循環(huán)次數(shù)有關(guān)。
　　鹽的滲透除了帶來(lái)我們熟知的氯離子侵蝕之外，鹽溶液與凍融的協(xié)同作用比單純凍融嚴(yán)酷得多。一般把鹽凍破壞看作是凍融破壞的一種特殊形式，即最嚴(yán)酷的凍融破壞。但是我們知道鹽溶液能降低冰點(diǎn)，應(yīng)該可減輕凍害，為什么鹽凍反而加劇凍害呢？當(dāng)混凝土浸水時(shí)，主要靠毛細(xì)管孔張力吸水，當(dāng)混凝土中含鹽溶液時(shí)，除毛細(xì)孔張力外，還存在鹽濃度差產(chǎn)生的滲透壓。因此在毛細(xì)張力和滲透壓共同作用下，吸水率和吸水速率都大大增加。使混凝土內(nèi)部的飽水度也明顯提高。此外，孔中鹽溶液在干濕和冷熱循環(huán)作用下，鹽會(huì)過(guò)飽和而結(jié)晶，產(chǎn)生鹽結(jié)晶壓。除靜水壓外，還存在鹽溶液的滲透壓和結(jié)晶壓，因此鹽凍產(chǎn)生的破壞顯著加劇。所以保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)使用的產(chǎn)品體系要能夠起到防水以及防鹽侵蝕的功效。

　　4）抗二氧化碳的滲透
　　歐洲對(duì)涂層抗二氧化碳的滲透有明確的指標(biāo)要求，他們用Rb值來(lái)衡量抗二氧化碳的滲透性能。這個(gè)值表示涂層的抗二氧化碳的滲透能力相當(dāng)于多厚的空氣層的抗二氧化碳的滲透能力。例如Rb=100m，意思是涂層抗二氧化碳的滲透能力相當(dāng)于100米厚的空氣層抗二氧化碳滲透的能力。歐洲對(duì)涂層抗二氧化碳滲透能力的最小要求是Rb=50m。涂層抗二氧化碳滲透的能力越強(qiáng)，就越可以減緩結(jié)構(gòu)的碳化速度，從而減緩鋼筋的銹蝕速度。
　　5）橋聯(lián)裂縫的能力
　　混凝土是脆性材料，收縮、溫度變化和鋼筋銹蝕等都會(huì)產(chǎn)生裂縫，而這些裂縫又會(huì)加速水、鹽、二氧化碳和其它化學(xué)腐蝕性物質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕速度，因此，涂層橋聯(lián)可移動(dòng)裂縫的能力是十分重要的。涂層低溫柔韌性更加重要，因?yàn)樵诘蜏貤l件下，裂縫變寬而涂層的彈性減弱。另外，涂層封閉“即將來(lái)到的”裂縫的能力也十分重要，所謂“即將來(lái)到的”裂縫是指混凝土結(jié)構(gòu)涂裝后產(chǎn)生的裂縫。
　　3涂裝材料的應(yīng)用技術(shù)
　　天津?yàn)I海新區(qū)由于地處沿海，混凝土結(jié)構(gòu)劣化速度很快。在海濱大道北段特大橋建設(shè)中，除混凝土本身的要求，也著重考慮了混凝土得外涂防腐，工程主要應(yīng)用了北京鄰邦施而固新材料股份有限公司的水泥基橋梁涂裝保護(hù)體系，其作為一個(gè)成熟完整的體系已經(jīng)在各種類型的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)上應(yīng)用超過(guò)10年，目前已經(jīng)進(jìn)入第三代。
　　該體系由三個(gè)部分構(gòu)成。分別為：混凝土防銹封閉底漆、水泥基防水防腐保護(hù)涂料中間層、高彈防中性化面層。

　　圖1混凝土橋梁防腐體系
　　各個(gè)層次的特點(diǎn)和主要作用闡述如下：
　　底涂材料采用UGD-3610混凝土防銹封閉底漆。
　　UGD-3610混凝土防銹封閉底漆是一種水性乳白色液體,是高效環(huán)保的混凝土界面封閉產(chǎn)品，無(wú)甲醛，無(wú)氨味，可作為混凝土結(jié)構(gòu)封閉劑，對(duì)水泥砂漿和混凝土基層進(jìn)行封閉、防水、隔堿，并通過(guò)滲透固化，加強(qiáng)基層的致密性，提高面層材料和基底的粘接力和使用壽命。乳液中含有遷移型銹蝕抑制成分，其中的固相和氣相銹蝕抑制成分通過(guò)遷移吸附到結(jié)構(gòu)鋼筋表面，形成鈍化膜或吸附膜，從而達(dá)到阻止或減緩鋼筋銹蝕的目的。適用于混凝土、砂漿表面的基底處理，有著極佳的抗堿性，優(yōu)異的封閉性，并提高附著力。
　　我們知道，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的泛堿現(xiàn)象是由于混凝土所用水泥、砂、石子、磚和外加劑等原料中的可溶性物質(zhì)成分，被水溶解后，隨著混凝土、砂漿和砌體的水分蒸發(fā)而析出，并與空氣中的CO2等作用生成的一種附著在混凝土結(jié)構(gòu)表面的白色沉積物。經(jīng)參考有關(guān)化驗(yàn)分析，其主要成分為Ca(OH)2，CaCO2、CaSO4、Na2SO4、Na2CO3、K2CO3等。了解到返堿的機(jī)理后進(jìn)行產(chǎn)品的性能設(shè)計(jì)就有了針對(duì)性。我們采用以水為載體的特種聚合物乳液達(dá)到抗泛堿的效果，涂刷后，一部分封閉底漆快速滲透到基底內(nèi)部，堵塞毛細(xì)孔洞，防止基底內(nèi)水分繼續(xù)向外部擴(kuò)散，同時(shí)有效解決基底潮濕或表面多孔結(jié)構(gòu)吸水過(guò)多等引起的各種面層水泥基保護(hù)產(chǎn)品局部水灰比失衡導(dǎo)致的顏色不均勻，以及其他構(gòu)件色素外滲導(dǎo)致的面涂材料透底發(fā)花、泛黃變色等病害。另一部分底漆則留在混凝土表面作為界面劑，這樣當(dāng)上層的水泥基保護(hù)產(chǎn)品固化后，新老基底就能形成牢固的整體，從而在抗返堿的基礎(chǔ)上改善了水泥基保護(hù)產(chǎn)品與基底的粘接性能。
　　中間層使用US-1510水泥基混凝土橋梁防水防腐保護(hù)涂料，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)常受到氯鹽污染，尤其是沿海的混凝土結(jié)構(gòu)。氯離子有很強(qiáng)的滲透擴(kuò)散能力，滲入到結(jié)構(gòu)鋼筋表面，會(huì)破壞鋼筋鈍化膜而引起銹蝕，銹蝕反應(yīng)具有膨脹性，可導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂剝落。氯離子滲入引起鋼筋銹蝕的破壞速度快，發(fā)生非常普遍，往往成為橋梁壽命的決定因素（原來(lái)的北京西直門立交橋的重建就是一個(gè)氯離子侵蝕造成橋梁破壞的著名的例子）。氯鹽滲透到混凝土中，提高了氫氧化鈣的溶解度，增加了對(duì)混凝土的“溶解”侵蝕，同時(shí)促進(jìn)混凝土的凍融破壞，有時(shí)還產(chǎn)生結(jié)晶腐蝕。但是，氯鹽最主要的破壞作用還是對(duì)鋼筋的腐蝕。當(dāng)氯離子（Cl-）到達(dá)鋼筋表面并超過(guò)一定量（臨界值）時(shí)，原處于鈍化狀態(tài)的鋼筋，就會(huì)活化、腐蝕。銹蝕產(chǎn)物的發(fā)展與體積膨脹（4～6倍），使混凝土保護(hù)層發(fā)生順鋼筋開裂、脫落，構(gòu)件或結(jié)構(gòu)承載力下降或喪失。使用化冰鹽不僅會(huì)引起鋼筋銹蝕，還會(huì)對(duì)混凝土表面產(chǎn)生冷沖擊，即在冰層融化的同時(shí)會(huì)吸收能量，導(dǎo)致冰層下面的混凝土溫度急劇降低，引起混凝土表面起皮、點(diǎn)蝕和剝落。因此，氯離子侵蝕已成為影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性的一個(gè)大敵。水泥基混凝土橋梁防水防腐保護(hù)涂料優(yōu)異的防水性能使得氯離子無(wú)法通過(guò)滲透來(lái)發(fā)生作用，很好的解決了抗氯離子的問(wèn)題。
　　另外，我們知道無(wú)機(jī)材料覆蓋層如水泥砂漿、石膏等。可以延緩碳化作用對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，其延緩混凝土碳化的機(jī)理是覆蓋層中本身含有可碳化物質(zhì)，能消耗掉一部分?jǐn)U散進(jìn)入的CO2，使CO2接觸混凝土表面的時(shí)間得以延遲。同時(shí)CO2穿過(guò)覆蓋層后濃度降低，使混凝土表面的CO2濃度低于大氣環(huán)境中的CO2濃度。且覆蓋層干燥硬化后在基層上形成連續(xù)堅(jiān)韌的保護(hù)膜層，能封閉混凝土表面部分開口孔道，進(jìn)一步阻止CO2的滲透。從而延緩混凝土的碳化速度。
　　水泥基混凝土橋梁防水防腐保護(hù)涂料可在涂刷表面形成光滑、耐久、不易積聚灰塵的涂層，可以給被涂刷的混凝土結(jié)構(gòu)提供另外一個(gè)堿基保護(hù)層，防止由混凝土碳化反應(yīng)而導(dǎo)致預(yù)埋鋼筋的銹蝕。
　　面層使用UGD-3710LOG混凝土防中性化高彈保護(hù)涂料，將二氧化碳隔離在結(jié)構(gòu)之外。LOG以純丙烯酸乳液為載體，抗紫外線輻射能力強(qiáng)，具有良好的色彩保持性能。其中特有的橡膠樹脂，使其具有良好的柔韌性，可以彌合結(jié)構(gòu)表面頭發(fā)絲狀的裂縫。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)化學(xué)交聯(lián)處理，具有良好的回彈能力，使其可以長(zhǎng)期經(jīng)受氣候變化或外界其他因素而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)本身膨脹、收縮與振動(dòng)，不會(huì)造成涂層本身開裂，也不會(huì)影響涂層的各項(xiàng)物理性能。經(jīng)化學(xué)交聯(lián)處理的單組分水基彈性涂料具有很好的低溫柔韌性和抵抗永久形變能力，這一特性對(duì)于封閉移動(dòng)裂縫非常重要，因?yàn)檫@類材料的永久形變隨著屈張循環(huán)而增加，逐漸導(dǎo)致材料老化、變脆和開裂。經(jīng)化學(xué)交聯(lián)處理的彈性丙烯酸涂裝材料具有良好的形變恢復(fù)能力，因此可以為基層的可移動(dòng)裂縫提供更好和更加可靠的保護(hù)與封閉效果。這些功效使得LOG涂層具有良好的抗有害氣體，如二氧化碳、鹽霧等的滲透性能，防止混凝土結(jié)構(gòu)中性化反應(yīng)的發(fā)生。

　　4結(jié)論
　　在整個(gè)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面使用涂裝保護(hù)材料有很多意義，可以減少混凝土中電解液的含量，減少被修補(bǔ)區(qū)域（陰極）和未修補(bǔ)區(qū)域（陽(yáng)極）間的電位差，從而降低銹蝕速度。事實(shí)證明，影響橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的水主要來(lái)源于降雨，因此對(duì)鋼筋混凝土橋梁進(jìn)行防水封閉是降低鋼筋銹蝕速度的基本手段。另外，涂裝保護(hù)材料還可以減少二氧化碳的滲透，減緩混凝土碳化反應(yīng)的進(jìn)程。