影响混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能因素的研究和探讨

钟雪华 广州港工程检测中心有限公司

1.前言

1.1 研究意义

水运工程大多处于海水环境下，因此防腐蚀成了混凝土结构耐久性要考虑的重要问题。腐蚀特征主要是环境中氯离子从混凝土表面迁移到混凝土内部，当到达钢筋表面的氯离子积累到一定浓度（临界浓度）后，引发钢筋锈蚀破坏。由于作用机理不同，所采取的各种防腐蚀措施对混凝土结构耐久性的影响程度也各不相同。国内外的研究成果和工程应用均证明，混凝土表面涂层是最经济有效的防腐蚀措施之一。本文研究了影响混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的几个关键因素，旨在鉴别涂层材料的优劣，为其提升抗氯离子渗透性和耐蚀性提供理论依据。

1.2 研究现状

目前，防腐蚀措施有多种，腐蚀环境不同，腐蚀发生的机理也不同，需要针对具体环境情况选择相适应的防腐蚀措施。此外，要结合现场实施条件，所采取的防腐蚀措施既要便于施工，也要便于各阶段的维护，而且要根据混凝土结构的设计使用年限和采取的防腐蚀措施的设计保护年限，预估其寿命周期内是否需要更换及更换的期限和次数，综合评定以上各因素，既要使所采取的措施可靠有效，又要使全寿命成本最低，我国大部分地区采用混凝土表面涂层[1]。而混凝土表面涂层抗氯离子渗透性试验由于操作简单，操作成本低，试验条件更接近实际施工使用条件，从而成为评定混凝土涂层耐蚀性的主要检测方法之一，也引起了国内外研究者的关注。

1.3 发展方向

关于混凝土涂层抗氯离子渗透性试验的研究已取得了不少可喜成果，纵观它的发展，可以预计这一领域将会展现出更加令人瞩目的发展前景。混凝土表面涂层在水运工程中的使用是非常广泛和重要的，如何利用这一研究造福于人类是一项义不容辞的责任。

本文研究混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的试验方法。通过单因素试验，分析混凝土表面涂层厚度、涂层均匀性、涂层体系对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的影响[2]。

2.试验部分

2.1 试验仪器及药品

2.1.1 试验仪器

混凝土涂层抗氯离子渗透性装置/F01，超声波涂层测厚仪/F05，湿膜厚度规/F02，滴定管/W27。

2.1.2 试验的检测依据

JTS 153-2015《水运工程结构耐久性设计标准》，JGJ 63-2006《混凝土用水标准》，JTS/T 236-2019《水运工程混凝土试验检测技术规范》。

2.1.3 溶液的配制

0.01mol/L硝酸银溶液：在室温为25℃±2℃下，称取0.85g硝酸银固体，加入到500mL的容量瓶内，加水至刻度，定容，摇匀，储存在棕色瓶中。

3%氯化钠溶液：在室温为25℃±2℃下，称取90g氯化钠固体，加入到3L的容量瓶内，加水至刻度，定容，搅拌均匀。

2.2 混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能试验操作步骤

（1）涂层片试件的制作应按下列步骤进行：①裁剪3张边长为150＊150mm的厂家配套的涂层细度纸；②平铺基层在玻璃板上，按照涂层配套体系和涂料使用说明书要求，依次涂装各层涂层；③每涂1道涂料施涂后，立即将涂层片掀离玻璃板悬挂，经24h再涂下道涂料；④涂装过程中用湿膜厚度规检测各层涂层的湿膜厚度；⑤涂层片试件悬挂在室内自然养护7d；⑥用超声波涂层测厚仪测量涂层片的干膜总厚度。

（2）涂层抗氯离子渗透性试验应按照下列步骤进行：①涂层片剪成直径为（60±2）mm的试件，按规范的所示方法安装；②涂层片涂漆的一面朝向3%氯化钠溶液，基层面朝向蒸馏水；③三个涂层片试件为1组，室内常温条件下进行试验30d；④测定蒸馏水中的氯离子含量[3]。

（3）试验结束，按照下式计算结果并得出试验结论：

2.3 单因素对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验设计

2.3.1 涂层厚度对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验设计

本组试验采取5组样品，每组3个试件。各层涂料均来自同一厂家的同一个批次，同时采用同一个厂家生产的涂层细度纸。每一组涂料制作的试件直径都在（60±2）mm范围内，涂层体系（均为3层：底漆为环氧树脂封闭漆，中间漆为环氧树脂漆，面漆为聚氨酯漆）和均匀性（涂层密实，肉眼观察无孔隙）均为一致下，分别按照规范要求的试验条件，30d的试验周期进行试验。第一组的试件用湿膜厚度规和超声波涂层测厚仪控制干膜总厚度为50～100μm，第二组的试件用湿膜厚度规和超声波涂层测厚仪控制干膜总厚度为150～200μm，第三组的试件用湿膜厚度规和超声波涂层测厚仪控制干膜总厚度为250～300μm，第四组的试件用湿膜厚度规和超声波涂层测厚仪控制干膜总厚度为350～400μm，第五组的试件用湿膜厚度规和超声波涂层测厚仪控制干膜总厚度为450～500μm。

试验结束后得出的试验结果如表1所示。

表1 涂层厚度对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验结果

2.3.2 涂层均匀性对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验设计

本组试验采取3组样品，每组5个试件。各层涂料均来自同一厂家的同一个批次，同时采用同一个厂家生产的涂层细度纸。每一组涂料制作的试件直径都在（60±2）mm范围内，涂层厚度（均在250～300μm内）和体系（均为3层：底漆为环氧树脂封闭漆，中间漆为环氧树脂漆，面漆为聚氨酯漆）均为一致下，分别按照规范要求的试验条件，达到30d的试验周期后进行试验。第1组为采用刷涂方式涂抹，表面明显有较多孔隙，第2组为采用滚刷方式涂抹，表面略有孔隙，第3组为采用喷涂方式涂抹，表面涂层均匀性较为良好的，无明显孔隙。

试验结束后得出的试验结果见表2。

表2 涂层均匀性对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验结果

2.3.3 涂层体系对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验设计

本组试验采取3组样品，每组5个试件。各层涂料均来自同一厂家的同一个批次，同时采用同一个厂家生产的涂层细度纸。每一组涂料制作的试件直径都在（60±2）mm范围内，涂层厚度（均在250～300μm内）和均匀性（涂层密实，肉眼观察无孔隙）均为一致下，分别按照规范要求的试验条件，30d的试验周期进行试验。每组的试件1涂了一层环氧树脂封闭漆，试件2涂了一层环氧树脂封闭漆+一层环氧树脂漆，试件3涂了一层环氧树脂封闭漆+一层环氧树脂漆+一层聚氨酯面漆，试件4涂了一层环氧树脂封闭漆+一层环氧树脂漆+两层聚氨酯面漆，试件5涂了一层环氧树脂封闭漆+一层环氧树脂漆+三层聚氨酯面漆。

试验结束后得出的试验结果见表3。

表3 涂层体系对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验结果

3.讨论与分析

3.1 涂层厚度对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的影响

从表1和图1数据可以看出：涂层氯离子渗透量随着涂层厚度增加而减少，在50-250内，氯离子抗渗性能急剧提高，在300后，氯离子抗渗性能随着涂层厚度增加没有明显增强。在250～300范围内，涂层的氯离子渗透量趋势出现拐点，同时已符合JTS 153-2015《水运工程结构耐久性设计标准》对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的指标要求：≤5.0＊10-3mg/(cm2＊d），之后增加涂层厚度，涂层的氯离子渗透量虽然也符合规范要求，但并未有明显下降。随着涂层厚度的增加，有助于充分固化[1]，从而增强抗氯离子渗透性能，但厚度达到一定程度（250～300）后再继续增加涂层厚度，内层的防腐涂层不能充分发挥作用，涂层的工作效率下降，经济效益降低。

图1 涂层厚度对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验结果

3.2 涂层均匀性对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的影响

从表2数据可以看出，试验结束后，氯离子渗透量最多的是采用第1组，其次是第2组，最少的是第3组。随着涂层均匀性越来越好，涂层在抗氯离子渗透试验中表现出的抗氯离子渗透性能就越强，这是由于涂层的表面涂抹不均，有较多空隙时，会产生孔蚀现象，孔的下端盐水会集聚，穿过涂层流向蒸馏水方，造成渗透加强。

3.3 涂层体系对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的影响

从表3和图2数据可以看出，试验结束后，每组的试件1的氯离子渗透量最多，其次是试件2，涂层的渗透量出现的拐点在试件3，试件4和试件5的涂层渗透量虽然也满足规范的指标要求，但并未出现明显的下降，同时也符合JTS 153-2015《水运工程结构耐久性设计标准》对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能的指标要求。随着涂层体系的增加，抗氯离子渗透性能也逐渐增强。最外侧的涂层阻挡了氯离子的渗透，内侧的涂层已经不能充分发挥作用，经过对实验数据的对比和分析，涂层的层数超过3层时，涂层的抗氯离子渗透性能未明显增加。随着涂层体系的增加也增加了施工的时间和施工的成本，降低了经济效益。经过对比分析，当涂层体系为（一层环氧树脂封闭漆+一层环氧树脂漆+一层聚氨酯面漆）时，就确保了混凝土涂层的防腐有效性和施工的经济性，也保证了混凝土结构的耐久性。

图2 涂层体系对混凝土表面涂层抗氯离子渗透性能影响的试验结果

4.结论

通过以上研究的试验数据得知，良好的涂层质量能够增强混凝土的抗氯离子渗透性能，也就是合适的混凝土表面涂层厚度（250～300）、良好的结构体系（3层，底漆为环氧树脂封闭漆，中间漆为环氧树脂漆，面漆为聚氨酯漆）、良好的喷涂工艺以及良好的混凝土表处理方式，可以提高混凝土的抗氯离子渗透性能，从而达到经济性、耐久性、可靠性。