综述：提高沿海环境中混凝土耐久性的方法：表面防护技术综述

《Journal of Building Engineering》：Improvement of Concrete Durability in Coastal Environments: A Review on Surface Protection Technologies

本文系统综述了沿海混凝土结构表面保护技术，包括有机涂层、无机涂层及复合涂层，分析了其防护机理与工程适用性，指出表面保护较整体加固更经济，未来需关注多因素耦合环境及智能涂层开发。

　　

孙大岭|丁雅蓉|冯凯文|伊德里斯·乌斯曼·乌斯曼|龙光成|马坤林

中南大学土木工程学院，中国湖南长沙410075

摘要：

在沿海环境中，混凝土会受到氯化物侵蚀、硫酸盐侵蚀、冻融劣化等多种因素的共同影响，从而导致其耐久性显著降低，建设和维护成本增加。表面保护技术可以防止混凝土受到环境侵蚀，是提高沿海混凝土使用寿命的重要方法，同时也有助于开发可持续和低成本的混凝土材料。因此，本文系统回顾了用于增强沿海环境混凝土耐久性的表面保护技术的研究进展。首先简要总结了不同类型的侵蚀及其地域差异，并分析了各种涂层的保护机制和工程适用性。表面保护技术主要分为三类：有机保护技术（如有机防护涂层）、无机保护技术（包括传统无机防护涂层、基于地质聚合物的防护涂层、微生物诱导保护技术和碳化防护涂层）以及有机与无机复合涂层（包括纳米材料改性的涂层、超疏水涂层和自修复涂层）。与整体加固相比，表面保护更具经济性。此外，目前更先进的技术如防护层加固、多功能防护层保护和纤维网加固保护进一步提升了防护性能。总体而言，表面保护技术通过填充密实、阻断侵蚀途径和能量转换等方式发挥作用。本文通过概述混凝土表面保护技术的发展现状，为提高沿海混凝土的耐久性和实现可持续发展提供了有价值的信息。未来的研究应关注多因素耦合环境、智能涂层的发展以及标准化研究流程。

引言

混凝土以其优异的塑性、相对较低的生产成本以及良好的机械性能和工作性能而成为全球最广泛使用的建筑材料^[1]。混凝土被广泛应用于基础设施及相关领域。然而，随着自然资源的不断消耗和对低碳循环发展及可持续实践的日益重视，采用更耐久和可持续的材料变得愈发迫切。因此，提高混凝土的耐久性对于建筑行业的可持续发展至关重要，也有利于全球环境保护^[2]。沿海混凝土结构在服役过程中会受到多种有害环境因素的影响，包括Cl^-、SO₄^2-、CO₂等侵蚀性介质，以及海水冲刷和冻融劣化[3],[4]。这些因素的协同作用会导致混凝土结构耐久性降低，使用寿命缩短，从而增加维护和重建成本。此外，全球近60%的人口居住在距离海岸线100公里以内的地区。随着社会经济的发展，对跨海桥梁、水下隧道、港口和码头等海洋和沿海基础设施的需求正在迅速增长^[5]。这些基础设施中使用的混凝土面临复杂多变的环境条件。因此，提高混凝土结构的耐久性有助于延长其使用寿命并节约资源，同时也有助于缓解与温室气体排放相关的环境问题^[6]。

目前，可以通过增加防护层厚度、使用不锈钢钢筋或涂层钢筋^[7]以及防腐剂^[8],[9]来提高混凝土的耐久性。此外，通过混凝土表面保护技术还可以改善混凝土的渗透性、抗氯化物侵蚀能力、抗碳化能力等长期服役所需的性能。

随着混凝土涂层保护技术的发展，一些学者研究了新的方法，如MICP技术^[10]、GPC技术^[11]、碳化涂层技术^[12]、超疏水涂层技术^[13]和自修复涂层技术^[14]。除了使用涂层进行表面保护外，还有学者研究了混凝土的表面强化技术。表面强化技术不仅提高了防护效果，相比整体加固方法还节省了成本。然而，目前关于保护技术的研究缺乏系统性的总结，特别是适用于沿海环境的混凝土表面保护技术方面。大多数综述仅关注单一保护方法或特定环境（例如仅总结某种类型的涂层或专门研究表面涂层保护技术）。本文主要关注沿海环境，概述了旨在提高混凝土耐久性的表面保护技术，包括表面涂层保护和表面加固。

本文首先系统分类了沿海混凝土结构在服役过程中的主要劣化机制，然后将表面保护技术分为表面涂层保护和表面加固两个方面，并总结了它们的保护机制和特点。最后提出了提高沿海混凝土耐久性的保护技术发展前景，为相关研究提供了基础。

沿海混凝土的主要侵蚀类型

海水是一种复杂的溶液，其中Cl^-和SO₄^2-等侵蚀性离子是导致混凝土腐蚀的主要因素，严重损害了沿海混凝土结构的耐久性。此外，外部气候条件也会对混凝土的使用寿命产生重要影响，例如冻融劣化和冲刷侵蚀引起的表面剥落^{[3],[4]。这些因素的协同作用会导致混凝土结构耐久性降低，使用寿命缩短。}

有机保护技术

混凝土在使用过程中性能会逐渐退化，从而缩短其使用寿命。工程师们常使用不同的涂层来减缓混凝土的破坏过程。这种方法简单且适用性强，已被证明是提高混凝土耐久性的有效方法。有机涂层在混凝土表面涂层领域得到了广泛应用，具有以下优点[28],[29],[30]：

• (1)良好的附着力和渗透性；
• (2)良好的柔韧性

防护层的加固

除了在混凝土表面涂抹具有增强防护效果的涂层外，还可以使用透气模板织物等手段来改善混凝土的表面性能并增强防护层的强度。学者们发明了一种复合模板织物，它由表层、含有增强材料的中间层和基底层组成^[100]。表层具有致密的透气结构，能够有效...

结论

表面保护技术通过提高混凝土的耐久性，显著延长了其在沿海环境中的使用寿命。对于不同的保护方法，选择合适的技术需要基于必要的评估标准。表3列出了不同技术的具体防护效率、使用寿命和环境影响数据。混凝土表面保护技术的示意图如图23所示。

作者贡献声明

伊德里斯·乌斯曼·乌斯曼：撰写、审稿与编辑。 冯凯文：资料收集。 马坤林：撰写、审稿与指导。 龙光成：方法论设计、概念构建。 丁雅蓉：资料收集。 孙大岭：撰写初稿、数据分析与整理。

数据说明

本文研究未使用任何数据。

资金情况

本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。