摘要：本文簡要地描述了鋼筋混凝土病變的機理，討論了應用在橋體混凝土結構表面保護中的產品體系的類型和特點。
　　關鍵詞：混凝土，橋梁，耐久性，涂裝
　　引言
　　混凝土病害是一個復雜的問題，與混凝土原來的質量和工作環境有很大關系。水泥膠漿的多孔性，它的化學與物理特性，低張力強度和脆性等是混凝土病害的關鍵因素。混凝土原料的質量、設計的不完善和澆筑及養護過程中出現的問題也是病害產生的重要原因。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；
　　 凍融循環；
　　當混凝土結構處在極端的工作環境中時，其微觀結構特征對混凝土病害而言是至關重要的，著名混凝土專家Mehta先生對微觀結構與混凝土耐久性之間的關系有如下論述：“從長遠角度看，混凝土的可穿透性或可滲水性是唯一與耐久性直接相關的特性。有大量的事實證明，如果混凝土結構完全不可穿透或完全不滲水，則那些病害，包括鋼筋銹蝕、堿骨料反應和凍融破壞根本就不會發生。”
　　1混凝土涂裝保護
　　對于提高混凝土的結構的滲透和擴散能力我們固然可以從混凝土的配合比優化來著手提高混凝土的密實度，但是另外一種行之有效同時又被業界廣泛認可的方法就是通過涂裝來提高混凝土結構的耐久性。但是由于種種原因，目前國內使用的混凝土橋梁的涂裝保護產品主要從鋼結構的涂裝產品引伸過來的。適合混凝土橋梁結構特點的涂裝體系還很少。那么適合混凝土橋梁涂裝產品體系的特點要求主要有哪些？
　　1）涂裝體系要與混凝土結構的適應性即兼容性良好;
　　2）抗返堿性好和基底的粘接強度要高；
　　3）能夠適應橋梁混凝土結構的動荷載要求；
　　4）要具備單向可呼吸性能，不能造成結構內有害水蒸氣毛細壓力的積累；
　　5）具備一定的裝飾功能，具有一定的光澤度和平滑性，還有較好質感和手感，也可以增加層次感和立體感。
　　6）具備保護功能：保護橋梁混凝土結構不受日曬、風吹、雨淋、凍融循環和各種有害化學介質以及微生物的侵蝕。
　　2涂裝材料的技術要求
　　以下指標對涂裝保護材料是關鍵性指標：
　　 耐久性；
　　 水汽透過性；
　　 抗水和鹽的滲透性；
　　 抗二氧化碳滲透性；
　　 橋聯裂縫的能力。
　　
　　以上這些指標并不是按重要性大小的順序排列的，對這些指標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混凝土作用，則水汽透過性，抗二氧化碳滲透性和橋聯裂縫的能力是最重要的指標。
　　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，可以在多長時間內對混凝土結構起到有效的保護，即涂裝材料或密封劑的使用壽命究竟有多長。耐久性與材料的種類、被保護的混凝土結構所處的工作環境以及涂裝材料與被保護基層間的物理化學性能的相互作用有關。
　　材料本身的耐久性和其抵御化學侵蝕的能力（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，為什麼有時候這類保護還會失效呢？除了材料選擇有誤、表面清理不徹底等明顯的原因外，導致保護涂層過早失效的原因往往是由于涂裝材料的物化性能與被保護的混凝土結構不兼容造成的。
　　2）水氣透過性
　　使結構中的水汽穿過涂層的能力稱為水汽透過性。所有的涂裝材料都會降低混凝土的水汽透過性，但問題是“所要求的最小的呼吸性到底應該是多少？或者說涂裝材料將潮氣封閉在混凝土結構中的最大程度是多少？在回答這個問題之前，我們應該認識到水汽透過性是在平衡狀態下測得的，因此，其結果只能用來進行不同材料間的比較。同時，也應該注意到一個材料的呼吸性能對高密實度混凝土非常合適，但對結構疏松多孔的結構可能就不合適。另外，如果沒有水或不存在溫度和濕度梯度來驅動潮氣從結構內散發出來，則涂層的“可呼吸性”也就不那么重要了。
　　除了某些“屏障”系統外，混凝土和鋼筋混凝土的保護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出來，同時又能防止外界的水和鹽向結構內滲透。涂層還應具有一定的柔韌性以便封閉結構上已經存在或將來可能產生的裂縫。
　　3）抗水和鹽的滲透性
　　混凝土受凍融循環作用破壞的根本原因是水結冰產生約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"當混凝土的飽水度小于91%時，混凝土就不會受凍破壞。混凝土受凍時，粗孔中的水先結冰，在水結冰膨脹的推動下，孔中未結冰的水將向周圍遷移，形成靜水壓力，這是凍融破壞的動力。當靜水壓力超過混凝土強度能承受的程度時，就會損害混凝土。混凝土的飽水度愈高，結冰速度愈快，混凝土的靜水壓力和破壞力就會愈大。實際上，由于水的分布不均勻，以及在靜水壓力作用下未結冰水并不能自由、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小于91%。但凍和融反復進行，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次數有關。
　　鹽的滲透除了帶來我們熟知的氯離子侵蝕之外，鹽溶液與凍融的協同作用比單純凍融嚴酷得多。一般把鹽凍破壞看作是凍融破壞的一種特殊形式，即最嚴酷的凍融破壞。但是我們知道鹽溶液能降低冰點，應該可減輕凍害，為什么鹽凍反而加劇凍害呢？當混凝土浸水時，主要靠毛細管孔張力吸水，當混凝土中含鹽溶液時，除毛細孔張力外，還存在鹽濃度差產生的滲透壓。因此在毛細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作用下，鹽會過飽和而結晶，產生鹽結晶壓。除靜水壓外，還存在鹽溶液的滲透壓和結晶壓，因此鹽凍產生的破壞顯著加劇。所以保護混凝土結構使用的產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
　　歐洲對涂層抗二氧化碳的滲透有明確的指標要求，他們用Rb值來衡量抗二氧化碳的滲透性能。這個值表示涂層的抗二氧化碳的滲透能力相當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于100米厚的空氣層抗二氧化碳滲透的能力。歐洲對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，就越可以減緩結構的碳化速度，從而減緩鋼筋的銹蝕速度。
　　5）橋聯裂縫的能力
　　混凝土是脆性材料，收縮、溫度變化和鋼筋銹蝕等都會產生裂縫，而這些裂縫又會加速水、鹽、二氧化碳和其它化學腐蝕性物質對混凝土結構的腐蝕速度，因此，涂層橋聯可移動裂縫的能力是十分重要的。涂層低溫柔韌性更加重要，因為在低溫條件下，裂縫變寬而涂層的彈性減弱。另外，涂層封閉“即將來到的”裂縫的能力也十分重要，所謂“即將來到的”裂縫是指混凝土結構涂裝后產生的裂縫。
　　3涂裝材料的應用技術
　　天津濱海新區由于地處沿海，混凝土結構劣化速度很快。在海濱大道北段特大橋建設中，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體系，其作為一個成熟完整的體系已經在各種類型的橋梁混凝土結構保護上應用超過10年，目前已經進入第三代。
　　該體系由三個部分構成。分別為：混凝土防銹封閉底漆、水泥基防水防腐保護涂料中間層、高彈防中性化面層。

　　圖1混凝土橋梁防腐體系
　　各個層次的特點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,是高效環保的混凝土界面封閉產品，無甲醛，無氨味，可作為混凝土結構封閉劑，對水泥砂漿和混凝土基層進行封閉、防水、隔堿，并通過滲透固化，加強基層的致密性，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遷移吸附到結構鋼筋表面，形成鈍化膜或吸附膜，從而達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，優異的封閉性，并提高附著力。
　　我們知道，橋梁混凝土結構的泛堿現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成分，被水溶解后，隨著混凝土、砂漿和砌體的水分蒸發而析出，并與空氣中的CO2等作用生成的一種附著在混凝土結構表面的白色沉積物。經參考有關化驗分析，其主要成分為Ca(OH)2，CaCO2、CaSO4、Na2SO4、Na2CO3、K2CO3等。了解到返堿的機理后進行產品的性能設計就有了針對性。我們采用以水為載體的特種聚合物乳液達到抗泛堿的效果，涂刷后，一部分封閉底漆快速滲透到基底內部，堵塞毛細孔洞，防止基底內水分繼續向外部擴散，同時有效解決基底潮濕或表面多孔結構吸水過多等引起的各種面層水泥基保護產品局部水灰比失衡導致的顏色不均勻，以及其他構件色素外滲導致的面涂材料透底發花、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，這樣當上層的水泥基保護產品固化后，新老基底就能形成牢固的整體，從而在抗返堿的基礎上改善了水泥基保護產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涂料，橋梁混凝土結構常受到氯鹽污染，尤其是沿海的混凝土結構。氯離子有很強的滲透擴散能力，滲入到結構鋼筋表面，會破壞鋼筋鈍化膜而引起銹蝕，銹蝕反應具有膨脹性，可導致混凝土保護層開裂剝落。氯離子滲入引起鋼筋銹蝕的破壞速度快，發生非常普遍，往往成為橋梁壽命的決定因素（原來的北京西直門立交橋的重建就是一個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，增加了對混凝土的“溶解”侵蝕，同時促進混凝土的凍融破壞，有時還產生結晶腐蝕。但是，氯鹽最主要的破壞作用還是對鋼筋的腐蝕。當氯離子（Cl-）到達鋼筋表面并超過一定量（臨界值）時，原處于鈍化狀態的鋼筋，就會活化、腐蝕。銹蝕產物的發展與體積膨脹（4～6倍），使混凝土保護層發生順鋼筋開裂、脫落，構件或結構承載力下降或喪失。使用化冰鹽不僅會引起鋼筋銹蝕，還會對混凝土表面產生冷沖擊，即在冰層融化的同時會吸收能量，導致冰層下面的混凝土溫度急劇降低，引起混凝土表面起皮、點蝕和剝落。因此，氯離子侵蝕已成為影響鋼筋混凝土結構物耐久性的一個大敵。水泥基混凝土橋梁防水防腐保護涂料優異的防水性能使得氯離子無法通過滲透來發生作用，很好的解決了抗氯離子的問題。
　　另外，我們知道無機材料覆蓋層如水泥砂漿、石膏等。可以延緩碳化作用對結構的破壞，其延緩混凝土碳化的機理是覆蓋層中本身含有可碳化物質，能消耗掉一部分擴散進入的CO2，使CO2接觸混凝土表面的時間得以延遲。同時CO2穿過覆蓋層后濃度降低，使混凝土表面的CO2濃度低于大氣環境中的CO2濃度。且覆蓋層干燥硬化后在基層上形成連續堅韌的保護膜層，能封閉混凝土表面部分開口孔道，進一步阻止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構提供另外一個堿基保護層，防止由混凝土碳化反應而導致預埋鋼筋的銹蝕。
　　面層使用UGD-3710LOG混凝土防中性化高彈保護涂料，將二氧化碳隔離在結構之外。LOG以純丙烯酸乳液為載體，抗紫外線輻射能力強，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，可以彌合結構表面頭發絲狀的裂縫。產品經過化學交聯處理，具有良好的回彈能力，使其可以長期經受氣候變化或外界其他因素而導致的結構本身膨脹、收縮與振動，不會造成涂層本身開裂，也不會影響涂層的各項物理性能。經化學交聯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，這一特性對于封閉移動裂縫非常重要，因為這類材料的永久形變隨著屈張循環而增加，逐漸導致材料老化、變脆和開裂。經化學交聯處理的彈性丙烯酸涂裝材料具有良好的形變恢復能力，因此可以為基層的可移動裂縫提供更好和更加可靠的保護與封閉效果。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，防止混凝土結構中性化反應的發生。

　　4結論
　　在整個橋梁混凝土結構表面使用涂裝保護材料有很多意義，可以減少混凝土中電解液的含量，減少被修補區域（陰極）和未修補區域（陽極）間的電位差，從而降低銹蝕速度。事實證明，影響橋梁混凝土結構的水主要來源于降雨，因此對鋼筋混凝土橋梁進行防水封閉是降低鋼筋銹蝕速度的基本手段。另外，涂裝保護材料還可以減少二氧化碳的滲透，減緩混凝土碳化反應的進程。