混凝土因強度高、施工方便、性價比高等優點，廣泛應用于建筑、橋梁、道路、水利等工程領域，存量巨大。然而隨著年限的增長，大量混凝土工程存在結構損傷、腐蝕老化的隱患，尤其是海洋環境的混凝土設施，其腐蝕速率可達陸上的4~5倍。做好混凝土的表面涂層防護，是防范設施老化風險、提升服役壽命的高效手段，對落實安全生產、促進科技研發、保障國民經濟均有著重要意義。

一、混凝土的腐蝕機理

1. 鋼筋銹蝕

鋼筋表面在初期經歷電化學腐蝕，暴露在內部孔隙溶液的強堿性環境中時，其表面形成致密氧化膜，此時發生鈍化反應，可阻止鋼筋腐蝕。當存在環境介質CO?或Cl?時，就會發生再活化，造成碳化反應和氯鹽污染現象。

空氣中的水分以及CO?、SO?等大氣酸性氣體均易進入混凝土的多孔結構內，與高堿性混凝土發生中和反應，破壞鋼筋穩定鈍化態，造成混凝土體積膨脹，導致鋼筋腐蝕，這便是碳化反應。氯鹽污染對混凝土的腐蝕則相對復雜，包括離子互擴散、電位作用下離子遷移、濃度差離子對流等多種傳輸方式；有研究認為，當混凝土環境介質中Cl?到達臨界濃度，會滲透鈍化膜與Fe³?反應，反應產物向外滲出，遇到含氧介質時再次在鈍化膜外分解為Cl?，導致局部酸化，鋼筋在上述過程中會被腐蝕。

2. 硫酸鹽侵蝕

硫酸鹽侵蝕其實質是環境水中的硫酸鹽離子與混凝土內物質發生化學或物理反應。當膨脹內應力大于混凝土抗拉強度時，就會導致混凝土開裂。另外當環境水中Mg²?與SO?²?共存，可生成Mg(OH)?沉淀，并在SO?²?的促進下不斷向混凝土內部擴散，析出堿金屬硫酸鹽并生成結晶水。

3. 凍融破壞

我國嚴寒地區混凝土的主要破壞形式即凍融破壞。當混凝土在含水環境冰點溫度附近反復，會造成混凝土內部因膨脹產生拉應力，以及因蒸氣壓差與鹽分濃差造成滲透壓力。兩者在反復凍融過程中對混凝土微觀結構由表及內逐步造成損傷，最終瓦解混凝土性能。目前有學者提出了靜水壓及滲透壓理論、微孔冰晶理論、低溫吸附理論、保水度-結冰壓耦合理論和粘接－剝落理論，為寒區混凝土結構設計提供參考依據。

二、混凝土防腐涂料的分類

1. 表面成膜型涂層

在混凝土表面形成一層緊密的防護膜，形成物理隔離，有效防止混凝土遭受由水引入如Cl?、SO?²?等造成的腐蝕侵害，是目前應用最為廣泛的防腐涂層類型。按其成分可細分為無機和有機兩大類別。無機涂層主要以水泥基涂層為代表，而有機涂層則涵蓋了環氧樹脂、丙烯酸酯、聚氨酯、氟樹脂以及聚脲彈性涂層等多種類型。

一般而言，無機涂層硬度較高，耐磨耐老化性能出眾，但在抗沖擊、抗凍融循環方面稍顯不足。以水泥基滲透結晶型涂層為例，它能夠巧妙地利用混凝土本身存在的孔隙進行內部滲透，形成結晶，從而提高密實度，達到防腐效果。也有通過水型聚合物對水泥基涂層進行改性，增強界面的粘接性，維持出色的耐久性、耐熱性和透氣性，同時還提升水泥基的韌性和耐腐蝕性。地聚物涂層是近年來一種新型高性能無機材料涂層，主要成分為硅鋁酸鹽，分子主要以離子鍵與共價鍵連接，具有高強度、耐高溫、耐腐蝕、價格低廉、快硬早強、綠色環保、可有效固化重金屬離子等特點，擁有廣泛的應用場景，如短周期快速建筑修補材料、防火耐溫材料等。

不同類型的有機涂層則各有千秋。丙烯酸涂料普遍展現出良好的耐候性和耐腐蝕性，其中熱塑性丙烯酸涂料具有出色的耐水性和抗紫外線老化能力，熱固性丙烯酸涂料柔韌性和附著性更優。環氧樹脂涂層因穩定性高、耐蝕性好、強度高、附著力強而被廣泛應用，但也存在涂層韌性差、耐候性不好、溫濕度敏感、耐紫外線弱的特點。聚氨酯涂層分子結構間距緊密，氣體和水分難以滲透，確保了涂層的堅固與耐用，其耐候性好，耐腐蝕性能優，相比丙烯酸涂層還有良好的耐溫性、水解穩定性，但易粉化、固化反應慢，且附著力較差。氟樹脂涂層耐候性良好，表面柔韌且堅硬，表面光潔易打理，阻燃、防霉，還有較高裝飾性，溶解性較差，常作為面漆。氯化橡膠涂層抗開裂、耐腐蝕性好、阻燃性好、防霉，但存在易沾粉塵、易褪色、與基材間附著力差、對大氣存在污染的特點。聚脲涂料施工便捷，力學性能佳、低溫韌性好、抗熱沖擊、抗沖刷磨蝕、耐水解穩定性和防腐性強，已在我國混凝土防護領域取得了相當好的成績。

總的來說，有機涂層的抗滲性、耐腐蝕、抗碳化能力皆優于無機涂層。但表面成膜型涂層由于與混凝土是分隔開的兩相，當兩者間的界面被破壞，涂層剝離基體，就不再具有保護能力。因此，就有機涂層而言，除了要提升自身的綜合服役性能之外，與混凝土的界面粘接性及其耐久性也是需要重點關注的問題。目前相關試驗和理論仍不成熟，未有統一定論。

2. 滲透型涂層

滲透型涂層以獨特的滲透能力，能夠深入混凝土表面的微小孔隙之中。通過化學反應，在混凝土表面形成憎水保護層，有效抵御水分侵蝕，增強混凝土的耐久性和使用壽命。滲透型涂層主要是以分子結構較小、黏度較小的硅烷及硅氧烷類材料為主，硅烷鍵水解出的硅羥基能與混凝土表面的硅羥基反應形成疏水性表面，阻礙水分及氯離子等有害離子的滲入，擁有良好的耐水性。由于生成的疏水層僅覆蓋孔隙表面，而非封堵孔隙，因此該涂層不影響CO?的滲入，所以抗碳化能力差。在一定水壓下水分依舊能滲透進入，導致抗Cl?滲透性差。有研究發現厚度與硅烷涂層的防腐性呈較強關聯，通過復合多種硅烷提高涂層厚度以及致密度，能得到良好防腐性能的滲透型涂層。目前滲透型涂層已應用于國內外多種建筑結構中，如房屋、碼頭、橋梁、下水道等。已建成工程中，香港青馬大橋、深圳大鏟灣碼頭、東海大橋、杭州灣大橋等均采用滲透型防護涂料。

3. 復合封閉型涂層

復合封閉型涂層結合了表面成膜型與滲透型涂層的優勢，相比于表面成膜型涂層，復合封閉型涂層與混凝土形成整體，避免發生涂層剝落情況，對比滲透型涂層也擁有更好的抗碳化能力、抗腐蝕能力以及抵御高壓狀態下水的滲透能力，防護效果較好。但存在成本高、有污染、附著力、透氣性差等特點。目前封閉型涂層主要包括：硅酸鹽溶液、聚合物封閉底漆以及滲透結晶型涂料。其中低黏度硅酸鹽溶液滲透進入混凝土孔隙，反應生成的不溶性硅酸鹽對孔隙進行封閉；聚合物封閉底漆則利用有機物對孔隙封閉，此過程常伴隨有害物質的揮發，因此不利于推廣；滲透結晶型多為無機防腐材料，通過水的的滲透擴散對孔隙進行堵塞，并且得益于材料二次結晶作用，還能對微裂縫進行自修復，提高混凝土抗滲性、抗凍性、抗碳化性。

三、混凝土防腐涂料的展望

目前，無論是表面成膜型無機或有機涂層，又或是滲透型和復合封閉型涂層，各類混凝土防腐涂層已在我國的建筑、道路、橋梁、大壩、海工等多種工程領域得到廣泛應用，其防腐效果、技術規范、施工便利性、應用適配性等都在持續進步。展望未來，為了更好地適應各種服役環境，需要對涂層的環境適應性和耐候性進行深入研究，并在此基礎上開發更高性能的復合涂層，如微裂紋自修復、多種防護功能集成化等，將是未來的重點研究方向，由此助力我國的基建、能源、公共服務等事業更加安全高效地發展。