美国混凝土协会（AIC）确认了四种钢筋混凝土有效保护的附加措施：环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂、阴极保护和钢筋混凝土表面防护涂料。实践证明，混凝土表面防护是其中最简单有效的措施。这种措施不仅可以运用到新建结构，还可以运用到已有建筑的修复中。因此深排（蓄）水隧道的防腐涂层及防腐面层的开发成为研究的重点。

混凝土表面防腐涂层防护即将涂料涂覆于混凝土表面，以降低污水腐蚀离子的渗透速率，达到隔绝或减轻环境因素对混凝土的作用。深排（蓄）水隧道中某些混凝土表面防腐涂层和防腐面层防护的原理是减少微生物附着和微生物的繁殖，从而减少微生物腐蚀。在选用时，需要考虑以下因素：

（1）深排（蓄）水隧道为雨污水输水干管，检修不便，需要采用防腐年限长、防腐性能好的防腐方式。

（2）深排（蓄）水隧道为埋地管道，隧道内部环境较封闭且空气湿度大，防腐材料应具有低VOC（可挥发有机物含量）且能在潮湿环境下施工的特性。

（3）深排（蓄）水隧道雨污水中存在颗粒物，对内壁有经常性的冲刷，防腐材料应有可靠的黏结强度及耐磨性能。

（4）选择表面水阻与糙率系数小的防腐涂料，减少污泥堆积及微生物的滋生，更重要的是可以减少水头损失。

（5）防腐做法应方便施工，性价比好，保证工程的施工周期及投资。

根据防腐材料，深排（蓄）水隧道工程防腐设计可以分为三大类：有机涂料类、防腐砂浆类及防腐内衬类。

5.3.3.1　有机涂料类

（1）环氧涂料

以环氧树脂为主要成膜物质的涂料称为环氧涂料。环氧树脂泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团，以脂肪、脂环族或芳香族等为骨架，并能通过环氧基团反应形成的热固性高分子低聚物。除个别外，它们的相对分子质量都不高。

环氧类防腐涂料以环氧树脂为主体，与颜料、催干剂、助剂等调制而成。环氧树脂涂料具有高附着力、高强度、固化方便、耐化学品和优异的防腐性能。正因为这些优点，环氧类涂料常被用作混凝土表面的封闭底漆和中漆。但环氧树脂涂料的缺点是户外耐候性差，涂层硬面脆，易粉化失光；固化时对温度和湿度的依赖性大（10℃以下固化缓慢，5℃以下停止。23℃时完全固化要7d。在相对湿度80%～85%时就很敏感）。为了改进环氧涂料的性能，最近20年国内外已研究出各种不同的提高热固性环氧树脂韧性的方法。已面市的改性环氧产品提高了表面润湿性及渗透性，增强了柔韧性、耐磨性和耐候性，改善了对固化温度和湿度的依赖性（可在-10℃固化，在相对湿度95%的环境下施工），并可用于已有环氧涂料、氯化橡胶涂料和醇酸树脂涂料的涂覆。

但是因环氧树脂分子中含有醚键，树脂分子在紫外线照射下易降解断链，所以涂膜的户外耐候性差，易失光和粉化。并且环氧树脂固化时对温度和湿度的依赖性大；固化后内应力大，涂膜质脆、易开裂，耐热性和耐冲击性都不理想。

（2）聚氨酯涂料

以聚氨酯树脂为主要成膜物质组成的涂料，称为聚氨酯涂料，通常可以分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料。双组分聚氨酯涂料一般是由含异氰酸酯的预聚物和含羟基的树脂两部分组成。按含羟基的不同可分为丙烯酸聚氨酯、醇酸聚氨酯、环氧聚氨酯等。单组分聚氨酯涂料是利用混合聚醚进行脱水，加入二异氰酸酯与各种助剂进行环氧改性制成。

聚氨酯涂料与环氧涂料有着相似的性能，而且弹性更好，能弥补混凝土表面细小的裂缝。由于耐化学品性能突出，广泛用于混凝土贮槽内壁衬层。对于大气环境中的混凝土建筑物来说，脂肪族聚氨酯涂料是耐候性优异、装饰性强的首选面漆。

聚氨酯涂料在应用中具有以下优点：涂层的透水性和透气性小，防腐蚀性能优良；通过调节配合比，涂膜既可以做成刚性涂料，也可以做成柔性涂料；可与多种树脂混合或改性制备成各种特色的防腐蚀涂料；可以在低温、潮湿的环境下固化；良好的机械性能、水解稳定性、耐生物污损性和耐温性。由于耐候性优异、装饰性强，聚氨酯涂料是目前常用的一类面漆涂料。M.H.F.Medeiros和P.Helene通过对几种常用涂料的性能试验后表明，聚氨酯的抗氯离子渗透性明显好于斥水性涂料和丙烯酸涂料，而且降低氯离子扩散系数达86%。但是这种涂料的缺点是涂膜易变黄、粉化褪色；固化反应慢；附着力相对较小。

上海市污水治理白龙港片区南线输送干线完善工程（东段输送干管）（南线，2014）、上海城市环境项目APL二期城市污水管理子项目西干线改造工程（新西干线，2009）、上海市污水治理二期工程-中线（中线，1999）等上海主要污水输送工程都采用了聚氨酯类防腐涂料。南水北调工程等输水工程中也使用了聚氨酯类防腐涂料。

（3）聚脲弹性体涂料

喷涂聚脲是由异氰酸酯组分（简称“A 组分”）与氨基化合物组分（简称“R组分”）反应生成的一种弹性体物质。

聚脲弹性体涂料是继高固体分涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料等技术之后，为适应环境保护需求而研发的一种无溶剂、无污染的新的涂料涂装技术。这种高厚膜弹性涂料，不仅一次喷涂厚涂层，且能快速固化（5～20s），物理力学性能及耐化学品性能优异。脂肪族聚脲耐紫外线辐射，不易变黄；芳香族聚脲有泛黄现象，但无粉化和开裂。由于第3代聚脲弹性体的优异性能及成膜不受水分、潮气影响，聚脲材料对环境温度、湿度有很强的容忍度，适用于污水环境下钢筋混凝土防腐蚀的应用。

喷涂聚脲弹性体（SPUA）与传统聚氨酯弹性体涂料喷涂技术相比的优点是：高强度；高弹性；干燥快；对湿气不敏感；施工环境适应性强，立面厚膜不流挂；优异的力学性能和耐腐蚀性能。同时涂膜能够快速固化；可在任意曲面、斜面、垂直面及顶面连续喷涂成型；5s凝胶，1min后便可达到步行强度；一次成型的厚度不受限制，克服了多次施工的弊端；原形再现性好，无接缝，具有美观实用等优点。SPUA 既可以直接使用，也可以作为面漆使用。

成都自来水七厂水管管道防腐使用了500000m2的聚脲防腐涂料。四川绵阳DN2200输水管线防腐中使用了聚脲防腐涂料。南水北调工程等输水工程中也使用了聚脲类防腐涂料。(www.daowen.com)

（4）丙烯酸乳胶漆

丙烯酸乳胶漆耐碱性强，具有水解稳定性，特别是适用于混凝土表面。丙烯酸乳胶漆的呼吸功能强，允许水蒸气透过，但同时对水有阻隔作用。优良的弹性和弹性回复，使丙烯酸乳胶漆可以容忍混凝土表面的尺寸变化而不破损。

（5）氟树脂涂料

氟树脂涂料是以氟烯烃聚合物或氟烯烃与其他单体为主要成膜物质的涂料。又称氟碳涂料、有机氟树脂涂料、氟碳漆。氟树脂涂料具有超强的耐候性、突出的耐腐蚀性、优异的耐化学药品性、良好的耐沾污性和裂缝追随性。其优异的性能是由于氟树脂分子中的氟原子半径较小，电负性高，它与碳原子间形成的C—F键极短，键能高达485.6kJ／mol，因此分子结构稳定。由于碳氟原子之间是由比紫外线能量还高的键相连，所以受紫外线照射后不易断裂。在其分子链中，每一个C—C键都被螺旋式三维排列的氟原子紧紧包围着，这种特殊结构能保护其免受紫外线、热或其他介质的侵害。

这类涂料涂膜表面坚硬而柔韧，具有高装饰性，手感光滑，易于用水冲洗保洁，涂膜还具有防霉、阻燃的特点。现在常用的氟乙烯-乙烯基醚共聚物涂料（FEVE）是以三氟聚乙烯和四氟乙烯为含氟单体，通过与烷基乙烯基醚和烷基乙烯基酯共聚，同时引入含有羧基和羟基等功能性基团化合物的方法合成。它不但具有传统氟碳涂料优异的耐候、耐黏、防腐等特性，而且还具备高装饰性和易施工性，已经广泛应用于建筑、机械、电子等行业。同时由于含氟聚合物能够满足防污的要求，可防止海洋生物的附着。

（6）有机硅树脂涂料

含有Si—C键的化合物统称为有机硅化合物。习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（Si—O）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多、应用最广的一类，约占用量的90%以上。

有机硅树脂涂料根据防止水汽入侵的方式不同，可分为斥水型和防水型两类。防水型是通过在基材表面或附近形成一层防水膜而阻止外面水分进入，但同时也阻塞了基材的气孔而不利于基材的透气性。斥水型是使疏水物质附着在基材气孔上而不是阻塞气孔，所以它在阻止外部液体水进入的同时也允许内部水蒸气散出，保证了基材的透气性。

有机硅树脂涂料的优点是：耐温度变化；优良的消泡性、与其他物质的隔离性、润滑性以及良好的成膜性；透气性和保色性优异。含有机硅树脂的溶液，具有很强的渗透性和憎水性，因此有机硅类涂料常用作防水处理材料。

但是有机硅防护涂料也存在一些问题：①涂料的挥发性。②应用部位的限制，一般渗透型有机硅表面防护涂料用于大气环境，而不能用于水下结构。③成本较高，渗透型有机硅防护涂料很多是100%固含量，因价格昂贵，对于施工中的合理损耗就是很大的损失。④现场质量控制与检测，目前均不能运用无损检测技术对其防水效果、抗氯离子渗透性等进行现场测量。针对这些缺点，许多专家进行了大量的改进试验。印度的S.Ananda Kumar等研究了通过内部交接网络工作机制改性的环氧有机硅树脂后指出，新产品结合了环氧树脂和有机硅树脂的优良性能，显示了非常低的腐蚀电流和很高的阻燃性能，是一种很有发展前景的树脂材料。

（7）玻璃鳞片涂料

玻璃鳞片实际上是一种极薄的玻璃碎片。以玻璃鳞片作为骨架的涂料，能够大幅度延长腐蚀介质的传输路径，从而使涂料具有良好的抗渗透性、耐化学品性及抗老化等性能。同时由于玻璃鳞片的存在，又可有效地抑制涂层龟裂、剥落等，使涂层具有优异的附着力和抗冲击性。这类涂料在海洋混凝土工程中常被用作中涂漆，特别适合用于腐蚀严重的海洋和海浪飞溅区的钢构筑物上。S.Sathiyanarayanan等研制了一种聚苯胺改性环氧玻璃鳞片，由于聚苯胺可以形成一层保护膜从而可以预防涂层表面出现针孔的缺陷。通过电化学交流阻抗（EIS）试验表明，这种涂料的耐腐蚀性能相比其他玻璃鳞片涂料有了很大提高。但是此种涂料也存在一些缺点：在低温条件下，涂层固化速度慢，不能满足施工要求；固化时有二氧化碳放出；用于户外，抗紫外线老化性能较差。

5.3.3.2　防腐砂浆类

聚合物通常具有优异的柔韧性、抗冲击性，以及良好的抗渗性和单位体积重量小等优势，可以弥补普通水泥基材料的缺陷。聚合物改性水泥砂浆所用的聚合物种类很多，用乳液掺加到水泥砂浆中是其中应用最广泛的一种。砂浆经过聚合物改性后，与水泥浆体之间的界面结合就会得到很好的改替，二者之间的黏结力大幅度提高。众所周知，骨料与水泥浆体之间的界面是砂浆中薄弱环节，被称为过渡区。砂浆内部一旦受到应力作用，就极容易在过渡区处产生裂纹。如果在砂浆中掺入聚合物，则砂浆的凝结硬化过程中，聚合物就会在砂子颗粒与水泥浆体之间的过渡区干燥成膜，使二者之间的结合变密实，黏结变牢固。砂子颗粒与水泥浆体之间的结合得到加强的直接表现为：砂浆的抗折、抗拉强度大幅度提高、延伸性能改善，从而减少干所裂缝的形成，砂浆的抗裂性得到提高。

聚合物大都以乳液形式掺入水泥砂浆中，大大提高了砂浆层密实性和黏结力，其耐久性可与基体混凝土保持一致。我国已有丙乳砂浆、氯丁胶乳砂浆等品种，近年来又出现了一些新的品种。聚合物改性水泥砂浆层主要用于各种盐类存在的（氯盐、硫酸盐）强腐蚀环境，而且大量用于已有建筑物的修复工程。

用于聚合物改性水泥砂浆中的常用聚合物乳液主要有丁苯类乳液（SBR）、丙烯酸类乳液（PAE）、环氧类乳液（EE）、氯丁类乳液（CR）、苯丙乳液（SAE）、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液（VAE）、支化羟酸乙烯酯乳液（VA-VEOVA）、聚醋酸乙烯酯乳液（PVAC）等。价格高低顺序一般为EE＞PAE＞SAE＞CR＞SBR＞VA-VEOEA＞VAE＞PVAC。其中，氯丁乳液水泥砂浆、聚丙烯酸酯乳液水泥砂浆、环氧乳液水泥砂浆耐腐蚀性能较好。防腐砂浆在北美、马来西亚、新加坡、南非、埃及、摩洛哥、瑞典等国家或地区污水系统中都有使用。

5.3.3.3　防腐内衬类

内衬类防腐设计可以采用内衬PE、内衬HDPE、内衬PVC、内衬玻璃钢等材料。内衬防腐片材的主要作用是防止污水产生的硫化氢气体，经氧化后生成硫酸，附着于钢筋混凝土管而造成侵蚀，有效地隔阻腐蚀液体浸透到钢筋混凝土管中的钢筋，免除因钢筋生锈膨胀导致混凝土管产生龟裂而崩塌之害。内衬类防腐与管材一体预制成型。内衬材料的低粗糙度，降低了深排（蓄）水隧道中淤泥的堆积，从而减少了微生物对内壁的腐蚀作用。内衬类防腐设计，整个管道抗压及刚度不变，整体承载力高。

内衬HDPE片材具有耐酸、耐碱、经久耐用的优良特性，而且本身是微软材质，富有弹性、韧性，即使管道因外力或者地层震动而产生裂缝，仍可有效防止渗漏。同时，还具有高伸缩性，受地下水压时不易损坏，且机械式嵌入混凝土管内壁，握力强，不易脱落。内衬HDPE为柔性结构层，拉伸性能及断裂伸长率性能优良，可适应结构受力变化，不会开裂脱落。如图5-58所示，新加坡深层污水隧道工程（DTSS）全项目采用内衬HDPE作为防腐层。隧道不同部分采用不同亮色调内衬HDPE，以利于DTSS运营期间的检查及断面核实。

内衬PVC片材以聚氯乙烯为原料，配合其他辅料经压出制造成型。防腐蚀片一面为平面，另一面具有T型或钻石型凸键，可嵌入混凝土结构内。管片间采用热熔方式无缝连接。PVC寿命长，且材料不易受酸、碱类污水或废气的侵蚀，抗腐蚀性能强。本身软质，避免由于结构层变形产生的剥离或龟裂现象。材料老化后，塑料内衬与混凝土基层易脱落。如部分脱落，要全部取出，需要特殊设备硬拉，会对混凝土产生创伤。目前内衬PVC防腐管道已在广东省东莞市的污水工程中大批量使用，如东莞市大岭山镇污水处理厂污水排放工程、东莞市中堂镇污水处理厂污水排放工程。

图5-58　HDPE防腐内衬

墨尔本北部下水道工程采用了内衬玻璃钢防腐。美国俄亥俄州哥伦布市BWARI工程采用了内衬环氧树脂薄膜防腐。加拿大西部排水干管采用了内衬PDCPD防腐。深隧在维护清淤时，需要将铲车开入隧道中铲除隧道底及周边堆积淤泥，内衬片材的强度需要保证车辆正常行驶要求及铲车刮铲工况。