耐久又环保！纳米涂装材料助力混凝土结构防护

文/本刊记者 楚峰

图／中交第一公路勘察设计研究院有限公司

在甘肃省天水市秦州区，闫河村桥横跨藉河生态景观公园，通过对该桥梁进行防护涂装，不仅能够提高桥梁抗腐蚀性能，延长桥梁使用寿命，还能进一步改善桥梁美观性，使之与藉河及其周边的青山绿树交相辉映，为天水市打造一道亮丽的风景线。

在陕西省西安市，太乙路立交作为南二环的重要交通枢纽，人流量大，其人行通道原有涂装漆已被刮擦剥落、涂抹乱画，严重影响市容，重新涂装后，通道焕然一新。

在青海省西宁市，南绕城高速公路是国家高速公路网京藏高速和青海高速公路网的重要组成部分，自东向西贯穿西宁市。该条高速公路护栏经过涂装后，不仅外观得到了大大改善，防护效果也得到了提升。

类似的混凝土结构防护涂装工程案例还有很多，他们有一个共同点，就是涂装材料都是高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料。这些材料来自于中交第一公路勘察设计研究院有限公司（以下简称“中交一公院”）研发的“高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料及工程应用”。

闫河村桥（涂装前）

闫河村桥（涂装后）

“我们采用纳米创新技术进行配方研发，形成了高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料，能有效阻止外界侵蚀介质进入混凝土内部，对混凝土结构起到长效防护作用。”中交一公院相关负责人在接受《交通建设与管理》记者采访时介绍，“我们研发出来的材料不仅具有耐水、耐酸、耐碱、抗氯离子性能优异、黏结附着力强、抗老化性能好、耐污易冲洗等技术特点，还实现了水性环保，符合绿色可持续发展理念。”

据介绍，“高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料及工程应用”研究成果获得国家发明专利4项；编制行业标准1部和地方标准1部；2017年5月，经中国公路学会项目成果评价，研究成果总体上达到国际先进水平，其中疏水自清洁性技术达到国际领先水平，成功入选2020年度交通运输重大科技创新成果库入库成果（交通运输科技成果推广项目）。

西宁南绕城高速公路护栏（涂装前）

西宁南绕城高速公路护栏（涂装后）

解决混凝土结构耐久防护问题

众所周知，混凝土是基础建设中的常用建材，其耐久性直接影响到整个基建行业的使用安全性。随着交通运输行业的迅猛发展，诸多公路、铁路、市政用混凝土结构已进入建养关键时期，在使用过程中出现不同程度的耐久病害问题，严重危害结构安全。为有效避免混凝土结构耐久病害的发生，提高结构全寿命周期使用安全性及耐久性，对结构物进行科学合理的防护是一种经济有效的技术措施，因此，对混凝土耐久防护技术的研究迫在眉睫。

此外，“绿水青山就是金山银山”，优良的生态环境是经济社会发展的生命线，我国对环保的重视程度越来越高，发布了一系列生态保障重大方针政策。为高度响应及契合国家生态环境保护政策要求，结合基础建设打造“绿色、环保、景观、生态”总体要求的预期目标，亟需开展环保型防护材料研究工作。

基于此，中交一公院开展了“高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料及工程应用”研究，深入研究混凝土保护剂材料，并通过实际应用对配方进行不断改进，使其能够保护混凝土结构，全面提升混凝土结构的耐久性及环保性，且不需要频繁地涂装便能让混凝土结构保持其装饰效果。

“该套技术有三大关键点和创新点。”中交一公院相关负责人向记者详细介绍，分别为：

一是通过纳米渗透技术，实现底涂渗透层材料的高强渗透功能。通过纳米技术使底涂渗透层具有较高的扩散系数，使之能够渗入混凝土内部较深的部位，使底涂渗透层与混凝土的生成物能够填充到一定深度的混凝土内部孔隙，从而提高混凝土基面较深部位的密实度，确保涂层的附着面较为牢固。

二是对混凝土进行表面预修复，改善混凝土基面与防护面层之间的黏结性能。底涂渗透层材料中含有细小活性成分，与混凝土的生成物能够填充孔隙等内部缺陷，同时通过纳米材料的表面效应和界面效应，改善混凝土中水泥与骨料之间的界面结构，以此对混凝土表面进行预修复，使混凝土基面更为坚固，从而有效提高防护面层与混凝土基面之间的黏结力。

三是通过构建合适的微观粗糙结构及引入低表面能物质，实现防护面层的疏水自清洁性。通过构建微观粗糙结构增大水与界面接触角，引入低表面能物质降低水的滑动角，使水在涂膜表面自动凝聚成水滴，并容易在表面滚动，水滴在滚动过程中能够带走附着在表面的灰尘等污染物，使涂膜具有自洁性。

交通运输重大科技创新成果库入库成果证书

产品和技术优势凸显

近年来，随着行业需求的扩大，市面上越来越多的混凝土结构防护涂层材料出现。“我们的项目在推广应用中，也面临着市场恶性竞争，很多打着水性环保口号的防护材料，其环保性和防护性能远远达不到国家相关规范要求，但是，他们的市场价格较低，会在很大程度上扰乱市场秩序。”中交一公院相关负责人向记者坦言。

怎么解决这种问题，并赢得客户的信赖呢？“在产品性能方面，我们会出具第三方权威检测报告，以证实产品在环保性和防护性能方面的技术性能。在面对市场低价竞争方面，我们会建议客户在实施试验段，对比产品的实际应用性能，以此打消客户的疑虑。”

对于自己的产品，中交一公院相关负责人相当自信，他向记者罗列着他们产品的优势：

一是环保性能：涂层材料为水性材料，绿色环保，不污染环境，VOC含量低于120g/L，远低于深圳经济特区技术规范《低挥发性有机物含量涂料技术规范》（SZJG 54——2017）对VOC含量的要求（≤300g/L）。

二是良好的附着力：与混凝土黏结牢固，保证涂层不脱落，为混凝土结构提供长久有效的防护作用。

三是良好的耐水性能：涂层可有效防止雨水对涂层的破坏。

四是良好的耐碱性能：混凝土表面碱性较高，涂层具备良好的耐碱性能。

五是良好的耐酸性能：汽车行驶排放的尾气酸性较强，涂层具有良好的耐酸性，可以防止酸性气体对涂层的腐蚀破坏。

六是耐久性好：涂层具有良好的耐候性，不易老化。

七是施工方便：涂料具有良好的施工性，方便施工。

八是景观装饰性：涂层在颜色及光泽等方面，可以与周边环境协调。

在诸多优势的加持下，中交一公院研发的高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料得到了客户的青睐，在诸多工程中得到了应用推广。

上图：万洋高速岭门互通（涂装前）

下图：万洋高速岭门互通（涂装后）

成果推广遍地开花

“这些年来，我们致力于混凝土结构耐久防护新技术及新材料研究、城市生态环保景观品质工程建设，承担了多项国家及省部级科研课题，编制了多项行业标准，在陕西、浙江、甘肃、海南、山东、河南、重庆、福建等地多个重点项目中开展了混凝土结构耐久性设计、专题研究及品质工程实施工作，引领了行业技术发展，成功解决了湿热强紫外线海洋大气、氯盐侵蚀、干冷风沙等不同恶劣环境下混凝土结构耐久防护问题。”中交一公院相关负责人介绍。

入选交通运输部“2020年度交通运输重大科技创新成果库（科技成果推广目录）”后，让“高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料及工程应用”研究成果拥有了更加优质的推广平台，在市场推广及竞争中，比之前更加容易取得客户的信赖，市场接受度较之前有所提高。

“高耐久环保型混凝土结构纳米防护材料及工程应用”是中交一公院勇于创新的成果。该成果的推广应用，能够为混凝土结构提供有效防护作用，并能够积极响应国家环保政策，在为公路桥梁提供有效防护的同时，为生态环保做出积极贡献；同时，该成果能够大幅提升我国混凝土结构耐久防护技术水平，可为《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》（JT/T 695——2007）等行业标准的后续制修订工作提供重要技术支撑和依据。

研究成果已成功在浙江、海南、山东、青海、陕西、甘肃、河南等省份50余个高速公路、市政等领域国家重点项目上应用，成功解决了不同恶劣环境下混凝土结构耐久防护问题，社会经济效益显著。

比如，“高耐久环保型混凝土结构纳米材料及工程应用”相关成果相继在海南琼乐高速、文琼高速、万洋高速、儋白高速及山海高速等项目中成功应用，助力海南品质工程建设。

其中，万洋高速于2019年12月28日建成通车，标志着海南“田”字型高速路网全面建成，是海南省“丰”字型高速公路网的“中轴笔”，万洋高速全线涂装桥梁74座，通过对这些桥梁进行防护涂装，对桥梁结构起到环保、高效、耐久的防护作用，降低全寿命周期养护成本，极大提升了该条高速的景观生态特色。

此外，山海高速起点位于五指山市冲山镇，终点位于三亚市海棠区，将三亚、保亭、五指山三市县串联，交通便利不仅让“大三亚”拉近距离，也可以实现旅游资源互补，更好地促进“大三亚”区域旅游经济的热度。对该项目桥梁进行防护涂装，高度响应及契合海南省国际旅游岛和自由贸易区建设及打造海南特色的旅游路、景观路、生态路目标要求，赢得了客户一致赞誉。

“接下来，我们计划在全国区域扩大宣传推广力度，在深耕细作现有市场区域的基础上，拓展新的经营范围，积极响应深入实施创新驱动发展的战略，促进交通运输科技成果转化，为推动行业科技进步及支撑加快建设交通强国做出积极贡献。”中交一公院相关负责人最后总结道。

上图：山海高速（涂装前）

下图：山海高速（涂装后）