一、钢筋混凝土防护的重要性 
    钢筋混凝土是世界上用量最大，使用范围最广的建筑结构材料之一，它适用范围广、价格便宜、易浇注成形，经久耐用，是现代建筑的主要结构材料。我国是经济高速发展的发展中大国，建筑和基础设施快速发展，不论水泥产量还是混凝土产量均居世界首位。 
混凝土抗拉强度低、极限拉应变小、脆性大、易于开裂和失强，做好混凝土的防护是保持混凝土结构功能和耐久性的主要措施，对我国经济的健康和持续发展有重要意义。 


二、混凝土结构的劣化和防护对策 
    混凝土结构劣化现象表现为开裂和失强。抗开裂和对开裂的防护是混凝土防护的主要问题。 
1. 混凝土结构裂缝的成因 
（1）混凝土在水化反应和凝固过程中收缩产生的裂纹，它在混凝土结构的早期（60 天之内）产生，属于微裂纹（≤0.1～0.2mm），但占总裂纹的60％以上，多数是在对钢筋握力未充分建立时发生的，发生在投入使用之前。 
     （2）混凝土结构在各种荷载作用下，特别是不均匀负载、动载、振动、冲击、超载下产生的裂缝。 
（3）混凝土固化后因温差（日温差、年温差）应力所导致的裂缝。 
（4）混凝土构件的疲劳徐变、地基下沉、地层变化等引起的结构应力所导致的裂缝。 
第(2)(3)(4)类裂缝发生在投入使用之后，是（1）类裂缝的扩展和加剧。 
2. 混凝土结构的劣化原因 
（1）中性化劣化 
    混凝土是非均质，具有多孔和显微裂缝的结构，其空隙中充满氢氧化钙溶液，呈强碱性(PH 值为12～13)，在强碱环境下，钢筋表面形成一层致密的氧化铁钝化膜，保护钢筋免受空气和水的腐蚀，当有水渗入，大气中的H2O、CO2、SO2、NOX、O2、车辆尾气与水泥固化物中的铝酸三钙、氢氧化钙反应生成可溶性盐类，造成混凝土机体失强；同时还与混凝土中氢氧化钙作用，变成中性的碳酸钙，使碱性减低（PH 值＜11），钝化膜变成活化状态，引起钢筋腐蚀，铁锈的体积比铁大2.5倍，由于铁锈的膨胀，使混凝土受到巨大的压力(可达30MPa)，使混凝土沿着钢筋方向开裂。裂缝的产生使水及腐蚀介质易于侵入，裂缝进一步扩大，使混凝土加剧劣化。 


（2）盐害劣化 
    外部环境中盐分沉积在混凝土表面，向其内部渗透扩散，并在混凝土内结晶。结晶盐体膨胀，造成混凝土开裂，使混凝土内的钢筋腐蚀，钢筋腐蚀引起体积的膨胀，从而导致混凝土加速开裂。盐害易发生在沿海以及用盐作为溶雪剂的大城市混凝土结构上。盐液中的氯离子半径小，穿透力强，破坏钢筋的钝化膜，加速腐蚀。 
（3）碱性骨料反应劣化 
    混凝土内部的碱性骨料与反应性硅由于水的渗透介入而反应生成水玻璃（硅酸钠）等生成物，它们再度与水接触，从而使混凝土膨胀，产生裂纹，进而导致恶性循环。内部水分不易干燥，外部雨水易于侵入的混凝土结构易产生此种劣化。 
（4）冻害劣化 
    渗入混凝土内部的水，在0℃以下时就会结冰，由于冰的体积比水大9％左右产生达200Mpa 的高胀力，使混凝土结构产生冻害破坏。在寒冷和严寒地区易产生冻害。 
中性化、盐害、碱性骨料反应和冻害劣化使前述四类裂缝进一步扩展和加剧。实际上，混凝土的开裂劣化是上述多种因素综合作用的结果，比单一因素复杂得多，也严重得多。 
3. 对混凝土劣化的防护对策 
    混凝土是非均质，具有孔洞和裂缝的结构，混凝土孔洞及裂缝是建筑及基础设施普遍的通病，水和有害物就是经过孔洞和裂缝渗入的。有效阻断水和有害物质的渗透、侵入，是混凝土结构的重要防护手段。混凝土自防水、混凝土表面铺敷防水卷材，及涂敷防水涂料是混凝土结构的重要防护对策。防水材料的性能是有效防护的关键。 
三、对混凝土建筑及基础设施防护涂料的性能要求 
    防护的设置主要有主防护层和封闭层两个层次。 
1. 对主防护层涂料性能的要求 
(1)优良的防水渗透性、极低的吸水率，有效屏蔽水的渗透。最好是组织致密、性能强韧、整体无缝、粘结力强的“皮肤式”防水。 
(2)良好的防腐性：防止酸、碱、盐等介质的侵蚀。 
(3)与混凝土基材的附着力强，保证与基材结为一体，并防止漏水和窜水。 
(4)良好的耐久性：耐紫外线老化性及冻融性。 
(5)较好的强韧性、耐冲击性及耐磨性，良好的抗穿刺性、抗碾压性、抗硌破性，以应对建筑及基础设施的高速、重载、强振动、高冲击的使用环境。 
(6)优异的抗混凝土基材开裂性、对基材开裂的防护性及对混凝土基材的补强性：要求涂层有优异的综合机械性能(高的拉伸强度、撕裂强度、高的断裂延伸率及粘接强度)及较高的涂层厚度，此是混凝土基材防护涂料的最重要的性能指标。 


(7)良好的耐高低温性：高耐热度及低温柔度，适应不同的环境温度和使用要求。 
(8)外观装饰性好，使建筑和基础设施成为优美景观。 
 (9)工艺性好，施工速度快、周期短、效率高，潮湿基面的施工性，节点及细部的施工性对于旧建筑及基础设施的维修和补强性。 
(10)环保性好，绿色环保涂料，保护环境及人员健康。 
(11)使用寿命长，与建筑及基础设施的寿命相匹配。 
(12)高的性能价格比，高可靠性和可维修性，寿命周期费用最低，低年均防护成本。 
2.对封闭层涂料（即底漆）的要求 
    封闭层的作用是封闭混凝土结构的孔洞及裂缝，并将主防护层和混凝土牢牢的粘在一起。对底漆性能的要求是： 
（1）粘度低，固化速度较慢，对混凝土孔洞及裂缝渗透性强，可深入其中，并在孔洞裂缝中结晶或固化，封闭孔洞、裂缝。 
（2）耐水性及对水的亲和性好，可在潮湿基面施工。 
（3）与混凝土及主防护层的亲和性好，将混凝土和主防护层牢牢的粘结在一起。 
四、新型建筑及基础设施防护材料—喷涂聚脲弹性体涂料 
    聚脲弹性体喷涂是国外近20年发展起来的一种高反应性、无污染的喷涂技术，它一出世就以其优异的理化性能，优良的工艺性和环保性，充分显示出比传统防护技术无以伦比的优越性，得到迅猛发展，广泛应用于建筑、能源、交通、水利、化工、机电、环保等领域，显示了强大的生命力。 
1. 聚脲的性能特点 


（1）环保性 
100％固含量、无溶剂、无有机物挥发、无毒，系无污染的绿色喷涂技术。 
（2）理化性能 
优良的抗水渗透性，整体无缝、组织致密、坚韧、粘结力强，真正的“皮肤式”防水。可用于迎水面防水、亦可用于背水面防水。 
聚脲弹性体涂层可在-45℃～120℃下长期使用，耐热性达160℃（能承受160℃短时间热冲击），低温柔度-45℃。 
耐候性、耐老化性好 
芳香族聚脲在紫外线侵蚀下虽有泛黄现象，但无粉化和开裂，可以长期使用。耐冻融、耐冷热冲击及风雨霜雪的交变冲击。 
有优异的物理性能 
如抗拉强度、撕裂强度、冲击强度、粘结力、延伸率、耐磨性、耐刺穿、抗碾压、耐硌破、防湿滑等。优异的抗混凝土开裂性、对混凝土开裂的防护性及对失强混凝土结构的补强性。 
优异的防腐功能 
可耐大部分腐蚀介质酸、碱、盐、海水、氯离子等的长期浸泡，是优异的重防腐材料。 
（3）工艺性 
反应活性高、固化速度快、垂直面、顶面及任意曲面可连续喷涂不流挂。 
聚脲弹性体不需催化剂，5～20 秒钟凝胶，10 分钟达到步行强度，可连续喷涂，一次施工厚度无限制，施工周期短、效率高。节点细部施工较方便，不需要专用纤维增强层。 
对金属、非金属底材均有极强附着力。如钢、铝、钢筋混凝土、木材、玻璃钢、聚氨酯泡沫等。对混凝土的粘结强度≥5Mpa（超过混凝土间粘结强度）。 
对温度、湿度敏感性较小，施工时受环境温度、湿度影响较小。配专用底漆可在潮湿基面施工。 
使用成套设备进行喷涂，生产效率高。 
用Graco-Gusmer 公司的H-35 PRO 设备，每班最高可喷涂厚1mm 的涂层2000 平方米。涂层表面光滑，连续无接缝。调节工艺参数，亦可得到“麻面”状表面，亦可表面撒砂，增加和沥青混凝土基面的粘结力。 
可根据要求加入各种颜料、填料制成不同颜色和功能的涂层，具有优异的表面装饰性。 


2. 德国巴斯夫（BASF ）聚脲弹性体主要性能指标（见表4-3） 

（表 4-3）                  德国巴斯夫（BASF）聚脲弹性体主要性能指标 

五、常用混凝土建筑及基础设施防护材料性能对比 
1. 常用混凝土建筑及基础设施防护材料性能对比表（见表5-1） 

2. 常用混凝土建筑及基础设施防护材料比较的说明 
（1）抗水渗透性：高聚物改性沥青卷材、三元乙丙防水卷材、自粘性防水卷材、高密度聚乙烯片材和EVA 片材因接缝较多，粘结力低，易漏水和窜水，防水可靠性低，基本上属于“雨衣式”防水，只适合迎水面防水。 
    喷涂聚氨酯弹性体和喷聚脲弹性体涂层致密，整体无缝，粘结力强，防水可靠性高；特别是聚脲弹性体涂层拉伸强度高、断裂延伸率大、粘结力强，是真正的“皮肤式”防水，可用于迎水面防水、亦可用于背水面防水。 
（2）耐高低温：聚氨酯、聚脲弹性体和高密度聚乙烯片材、聚合物改性沥青卷材等相比有优异的耐高低温性。它既能耐160℃的高温（可耐沥青混凝土铺装时的高温），又能在-40℃时保持低温柔性（适应黑龙江及青藏高原严寒条件下的铁路桥面）。 
（3）抗混凝土开裂性：喷涂聚脲弹性体有很高的拉伸强度（≥17Mpa），很高的断裂延伸率（≥500％），很强的粘结强度（与混凝土基材的粘结力≥5Mpa），很高的耐磨耐冲击性，故有极好的抗混凝土的开裂性、对混凝土开裂的防护性，以及对开裂、剥落混凝土结构的维修和补强性。 
防水涂层的抗开裂性（即阻止混凝土开裂的能力）取决于材料的抗拉强度、涂层厚度和粘结强度的大小。高密度聚乙烯、高聚物改性沥青卷材等的粘结强度很低，故抗开裂性差；聚合物改性沥青防水涂料、聚氨酯防水涂料的抗拉强度不高，粘结强度较低，故抗开裂性也不好；唯独聚脲抗拉强度大、粘结力高，有极好的抗开裂性，而且聚脲固化速度快、施工周期短、效率高，故还适用于旧建筑及基础设施的修复和补强。 


防水涂层对混凝土基材开裂的防护性（即对混凝土裂缝的遮盖性，亦称追随性）取决于材料的抗拉强度、涂层厚度和断裂延伸率的大小。高密度聚乙烯片材、高聚物改性沥青卷材、聚氨酯和聚脲都有很好的对混凝土开裂的防护性，聚脲抗拉强度最高、断裂延伸率最大，故性能最好。 
聚脲对混凝土的粘结强度达5Mpa，远大于混凝土的剥离强度（约2.5Mpa 左右），故在混凝土基材开裂、涂层受拉伸时只在裂缝附近混凝土局部剥离，从而避免了“原位拉伸”；而其它部位仍牢牢粘结，是真正的“皮肤式”防水，这是聚脲材料的独特优势。 
这里介绍一个新的术语，叫做涂层的抗拉能力系数，它是防护材料的抗拉强度和涂层厚度的乘积（即抗拉强度×涂层厚度）。抗拉能力系数越大，涂层的抗拉能力（即抗开裂性和对开裂的防护性）越好，是衡量防护材料防护性能的重要指标。 
材料的断裂延伸率是衡量材料对开裂防护性的又一重要指标，断裂延伸率越高，则对开裂的防护性越好。抗拉能力系数大、断裂延伸率高是聚脲材料的独特优势。 
（4）工艺性：三元乙丙橡胶和高聚物改性沥青卷材等工艺复杂、效率低，受人为因素影响较大；聚氨酯涂料固化速度慢、施工周期长；聚脲弹性体1 分钟表干，10分钟实干，固化速度快，可连续厚涂，施工速度快、效率高；可在复杂型面成型，涂层连续无接缝。聚脲节点细部施工较方便，不需纤维层增强，变形缝和施工缝密封可靠。聚脲配专用底漆可在潮湿基面施工，故聚脲工艺性最好。 
（5）成本：在比较成本时，要比较相同防护性能条件下的成本，要比较防护性能的优势、使用年限的长短、寿命周期费用的高低、以及节能性、环保性和社会效益，不能仅仅比较材料价格的高低。 
就一次性成本而言，自粘性防水卷材和高聚物改性沥青卷材略低，EVA 防水片材和聚氨酯居中，三元乙丙和聚脲略高。 
就使用年限而言，聚脲使用年限较长，其他各种材料较低。若计算年均成本，则聚脲较低，其他材料较高。 
建筑及基础设施在运营期因防水故障而维修、修复或翻新，不但维修费用巨大，而且会造成巨大的间接损失。 
故选取一次性成本略高，但性能优越、可靠性及维修性好，使用年限长，寿命周期费用低，年均防护成本低的聚脲弹性体涂料，比选用一次性成本略低，但使用年限短、寿命周期费用高，年均防护成本高的其他防水材料更经济。仅以一次成本论输赢的判别准则是值得商榷的。 
（6）结论：聚脲有优异的综合理化性能，卓越的工艺性和环保性，它能有效的解决目前建筑及基础设施防护中面临的许多难题： 
实现真正的“皮肤式”防水，杜绝涂层的漏水和窜水。 
杜绝涂层的“原位拉伸”，极大的提高了对基材开裂的防护性。 
优异的耐磨、耐冲击、耐穿刺功能。 
可适用于混凝土基材迎水面防水，又可用于背水面防水。 
可在干混凝土基材施工，亦可在潮湿基面施工。 
独特的混凝土基材的抗开裂、开裂的有效防护和失强基材补强的三合一功能。 


既有良好的耐高温性，又有优异的低温柔性。 
优良的防水、防腐和外观装饰三合一功能。 
优异的节点、细部（一头、二缝、三口、四根）施工性和防水高可靠性。 
卓越的工艺性：机械化程度高、施工速度快、周期短、效率高，适用于复杂型面施工，施工质量受人为影响和环境影响小。 
确保二十一世纪人们普遍关注的防水材料的绿色环保性。 
聚脲是新一代防护涂料，它将对混凝土基材防护带来革命性变革，是传统防水材料的更新换代的产品。 
六、聚脲弹性涂料在建筑及基础设施防护工程中的应用实例 
1.高档建筑防水及防水保温一体化 
（1）1995 年美国屋顶绿化施工者协会创导聚氨酯/聚脲防水复合结构，从而实现了保温、防水一体化。美国的TWA 公司在工厂屋顶上施工了69677m2 的保温防水复合结构。美国阿拉斯加仓库屋面喷50mmPU泡沫，1mm聚脲，共2800m2。 
（2）近年来美国在高档大型公共建筑外墙结构中采用了EPS 保温、聚脲防水和表面装饰一体化复合体系，使外墙立面造型千变万化，绚丽多彩，使建筑成为名副其实的凝固艺术。 
（3）上海德嘉广场、上海恒隆广场的屋顶立体绿化工程，近万平米。 
     2. 桥梁防护 
（1）美国加利福尼亚州旧金山市的圣马特（San Mateo）混凝土大桥，横跨旧金山海湾，原建于1929年，1999年进行拓宽大修工程，桥长8600米，选用聚脲做防护层，对柱子、梁和桥面板进行防护。该大桥总长8600米，防护总面积29.7万平米，2003年5月完工。 
（2）美国华盛顿州PASCO水泥高架桥，建于20世纪30年代，经过几十年的使用，桥梁混凝土结构开裂、剥落、腐蚀严重，已属危桥。经过多方面考证，最后决定用聚脲涂层进行防护和补强，采用不停用的情况下分段修复，既大大减低了建桥费用，也减少了停用的损失。 
美国肯塔基州在1995年～1997年间和采用聚脲对17座桥梁进行了修复。 


美国宾法尼亚州在1998年～2001年间用聚脲共修复17座桥梁。美国俄亥俄州、马里兰州和弗吉尼亚也用聚脲对水泥高架桥进行了修复。 
（4）台湾轻轨铁路无渣路基用聚脲进行防护。 
（5）津京城际高速铁路无渣路基采用2mm聚脲做防护层，现已完工，正在试运行。所用聚脲技术指标如下：拉伸强度≥10Mpa，撕裂强度≥45KN/m，断裂延伸率≥250％，与混凝土基面粘结强度≥3.5Mpa。奥运配套工程，防水面积约100万平米。 
3. 隧道及地铁防护工程 
（1）美国波士顿市区的地铁隧道防水工程：三节双孔钢筋混凝土沉厢式隧道，全长210米，单节隧道长70.1 米，宽11.23 米，