混凝土因强度高、施工方便、性价比高等优点，广泛应用于建筑、桥梁、道路、水利等工程领域，存量巨大。然而随着年限的增长，大量混凝土工程存在结构损伤、腐蚀老化的隐患，尤其是海洋环境的混凝土设施，其腐蚀速率可达陆上的4~5倍。做好混凝土的表面涂层防护，是防范设施老化风险、提升服役寿命的高效手段，对落实安全生产、促进科技研发、保障国民经济均有着重要意义。

一、混凝土的腐蚀机理

1. 钢筋锈蚀

钢筋表面在初期经历电化学腐蚀，暴露在内部孔隙溶液的强碱性环境中时，其表面形成致密氧化膜，此时发生钝化反应，可阻止钢筋腐蚀。当存在环境介质CO₂或Cl⁻时，就会发生再活化，造成碳化反应和氯盐污染现象。

空气中的水分以及CO₂、SO₂等大气酸性气体均易进入混凝土的多孔结构内，与高碱性混凝土发生中和反应，破坏钢筋稳定钝化态，造成混凝土体积膨胀，导致钢筋腐蚀，这便是碳化反应。氯盐污染对混凝土的腐蚀则相对复杂，包括离子互扩散、电位作用下离子迁移、浓度差离子对流等多种传输方式；有研究认为，当混凝土环境介质中Cl⁻到达临界浓度，会渗透钝化膜与Fe³⁺反应，反应产物向外渗出，遇到含氧介质时再次在钝化膜外分解为Cl⁻，导致局部酸化，钢筋在上述过程中会被腐蚀。

2. 硫酸盐侵蚀

硫酸盐侵蚀其实质是环境水中的硫酸盐离子与混凝土内物质发生化学或物理反应。当膨胀内应力大于混凝土抗拉强度时，就会导致混凝土开裂。另外当环境水中Mg²⁺与SO₄²⁻共存，可生成Mg(OH)₂沉淀，并在SO₄²⁻的促进下不断向混凝土内部扩散，析出碱金属硫酸盐并生成结晶水。

3. 冻融破坏

我国严寒地区混凝土的主要破坏形式即冻融破坏。当混凝土在含水环境冰点温度附近反复，会造成混凝土内部因膨胀产生拉应力，以及因蒸气压差与盐分浓差造成渗透压力。两者在反复冻融过程中对混凝土微观结构由表及内逐步造成损伤，最终瓦解混凝土性能。目前有学者提出了静水压及渗透压理论、微孔冰晶理论、低温吸附理论、保水度-结冰压耦合理论和粘接－剥落理论，为寒区混凝土结构设计提供参考依据。

二、混凝土防腐涂料的分类

1. 表面成膜型涂层

在混凝土表面形成一层紧密的防护膜，形成物理隔离，有效防止混凝土遭受由水引入如Cl⁻、SO₄²⁻等造成的腐蚀侵害，是目前应用最为广泛的防腐涂层类型。按其成分可细分为无机和有机两大类别。无机涂层主要以水泥基涂层为代表，而有机涂层则涵盖了环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯、氟树脂以及聚脲弹性涂层等多种类型。

一般而言，无机涂层硬度较高，耐磨耐老化性能出众，但在抗冲击、抗冻融循环方面稍显不足。以水泥基渗透结晶型涂层为例，它能够巧妙地利用混凝土本身存在的孔隙进行内部渗透，形成结晶，从而提高密实度，达到防腐效果。也有通过水型聚合物对水泥基涂层进行改性，增强界面的粘接性，维持出色的耐久性、耐热性和透气性，同时还提升水泥基的韧性和耐腐蚀性。地聚物涂层是近年来一种新型高性能无机材料涂层，主要成分为硅铝酸盐，分子主要以离子键与共价键连接，具有高强度、耐高温、耐腐蚀、价格低廉、快硬早强、绿色环保、可有效固化重金属离子等特点，拥有广泛的应用场景，如短周期快速建筑修补材料、防火耐温材料等。

不同类型的有机涂层则各有千秋。丙烯酸涂料普遍展现出良好的耐候性和耐腐蚀性，其中热塑性丙烯酸涂料具有出色的耐水性和抗紫外线老化能力，热固性丙烯酸涂料柔韧性和附着性更优。环氧树脂涂层因稳定性高、耐蚀性好、强度高、附着力强而被广泛应用，但也存在涂层韧性差、耐候性不好、温湿度敏感、耐紫外线弱的特点。聚氨酯涂层分子结构间距紧密，气体和水分难以渗透，确保了涂层的坚固与耐用，其耐候性好，耐腐蚀性能优，相比丙烯酸涂层还有良好的耐温性、水解稳定性，但易粉化、固化反应慢，且附着力较差。氟树脂涂层耐候性良好，表面柔韧且坚硬，表面光洁易打理，阻燃、防霉，还有较高装饰性，溶解性较差，常作为面漆。氯化橡胶涂层抗开裂、耐腐蚀性好、阻燃性好、防霉，但存在易沾粉尘、易褪色、与基材间附着力差、对大气存在污染的特点。聚脲涂料施工便捷，力学性能佳、低温韧性好、抗热冲击、抗冲刷磨蚀、耐水解稳定性和防腐性强，已在我国混凝土防护领域取得了相当好的成绩。

总的来说，有机涂层的抗渗性、耐腐蚀、抗碳化能力皆优于无机涂层。但表面成膜型涂层由于与混凝土是分隔开的两相，当两者间的界面被破坏，涂层剥离基体，就不再具有保护能力。因此，就有机涂层而言，除了要提升自身的综合服役性能之外，与混凝土的界面粘接性及其耐久性也是需要重点关注的问题。目前相关试验和理论仍不成熟，未有统一定论。

2. 渗透型涂层

渗透型涂层以独特的渗透能力，能够深入混凝土表面的微小孔隙之中。通过化学反应，在混凝土表面形成憎水保护层，有效抵御水分侵蚀，增强混凝土的耐久性和使用寿命。渗透型涂层主要是以分子结构较小、黏度较小的硅烷及硅氧烷类材料为主，硅烷键水解出的硅羟基能与混凝土表面的硅羟基反应形成疏水性表面，阻碍水分及氯离子等有害离子的渗入，拥有良好的耐水性。由于生成的疏水层仅覆盖孔隙表面，而非封堵孔隙，因此该涂层不影响CO₂的渗入，所以抗碳化能力差。在一定水压下水分依旧能渗透进入，导致抗Cl⁻渗透性差。有研究发现厚度与硅烷涂层的防腐性呈较强关联，通过复合多种硅烷提高涂层厚度以及致密度，能得到良好防腐性能的渗透型涂层。目前渗透型涂层已应用于国内外多种建筑结构中，如房屋、码头、桥梁、下水道等。已建成工程中，香港青马大桥、深圳大铲湾码头、东海大桥、杭州湾大桥等均采用渗透型防护涂料。

3. 复合封闭型涂层

复合封闭型涂层结合了表面成膜型与渗透型涂层的优势，相比于表面成膜型涂层，复合封闭型涂层与混凝土形成整体，避免发生涂层剥落情况，对比渗透型涂层也拥有更好的抗碳化能力、抗腐蚀能力以及抵御高压状态下水的渗透能力，防护效果较好。但存在成本高、有污染、附着力、透气性差等特点。目前封闭型涂层主要包括：硅酸盐溶液、聚合物封闭底漆以及渗透结晶型涂料。其中低黏度硅酸盐溶液渗透进入混凝土孔隙，反应生成的不溶性硅酸盐对孔隙进行封闭；聚合物封闭底漆则利用有机物对孔隙封闭，此过程常伴随有害物质的挥发，因此不利于推广；渗透结晶型多为无机防腐材料，通过水的的渗透扩散对孔隙进行堵塞，并且得益于材料二次结晶作用，还能对微裂缝进行自修复，提高混凝土抗渗性、抗冻性、抗碳化性。

三、混凝土防腐涂料的展望

目前，无论是表面成膜型无机或有机涂层，又或是渗透型和复合封闭型涂层，各类混凝土防腐涂层已在我国的建筑、道路、桥梁、大坝、海工等多种工程领域得到广泛应用，其防腐效果、技术规范、施工便利性、应用适配性等都在持续进步。展望未来，为了更好地适应各种服役环境，需要对涂层的环境适应性和耐候性进行深入研究，并在此基础上开发更高性能的复合涂层，如微裂纹自修复、多种防护功能集成化等，将是未来的重点研究方向，由此助力我国的基建、能源、公共服务等事业更加安全高效地发展。