钢筋混凝土是海岸工程中使用量最大、应用范围最广的建筑结构。海岸工程中钢筋混凝土结构长期暴露于海洋环境中，氯离子在多重传输机制的共同作用下，在混凝土保护层中由外向内不断传输至钢筋表面。随着钢筋表面氯离子浓度积累，钢筋周围混凝土内孔原溶液中的 pH值逐渐降低、钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。钢筋锈蚀使钢筋有效面积减少锈蚀层使钢筋与混凝土间粘结力下降、锈蚀膨胀使混凝土保护层开裂等劣化现象，造成钢筋混凝土结构物承载力下降。氯离子传输特性是海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性研究的核心问题。
关于海洋环境下混凝土氯高子传输特性。国内外已开展了大量理论、试验和数值模拟研究工作。本文从混凝土氯离子传输模型，混凝土材料组成（包括矿物料掺合混源粗骨料和钢筋对氯离子传输特性的影响）、外部环境影响（包括水位变动区混凝土氯离子传输特性硫酸根和镁离子、冻融循环、荷载对氯离子传输特性的影响）和混凝土防腐涂层及其抗氯离子侵蚀性能等方面对海洋环境下混凝土氯离子传输特性研究进展进行了系统综述，并针对各方面研究进展进行了总结与展望。
1、混凝土氯离子传输模型研究
混凝土中氯离子传输过程的本质是带电离子在混凝土孔隙溶液中传递的过程。主要传输机制包括：氯离子浓度梯度驱动的扩散作用、孔隙溶液压力梯度驱动的渗透作用和湿度梯度驱动的毛细吸附作用（对流作用）以及电势梯度驱动的电迁移作用等。其中，扩散作用在混凝土氯离子多重传输机制中占主导地位。
2、混凝土防腐涂层及其抗氯离子侵蚀性能研究
混凝土防腐涂层是一种涂覆在混凝土表面的防护材料。用于阻隔外部侵蚀性介质进入，以提高混凝土抗腐蚀性和耐久性。防腐涂层保护机制主要包括：在混凝土表面形成连续物理薄膜阻止侵蚀性介质渗透、与混凝土成分反应产生难溶性物质填充孔隙以及形成疏水层减少水分与离子侵入(图6）。考虑到不同类型涂层往往具备多重防护机制，本文从涂层成分出发将其分为无机涂层、有机涂层以及无机-有机复合涂层三类进行综述，以系统阐述其材料特性与防护效果。
2.1 无机涂层及其抗氯离子侵蚀性能研究
用于混凝土防腐的无机涂层主要包括硅酸盐涂层、地聚合物涂层、水泥基渗透结晶型涂层和氧化石墨烯涂层等。
硅酸盐涂层以硅酸钠、硅酸钾等硅酸盐为基材。通过与混凝土水化产物反应生成难溶性硅酸盐，或自身反应形成酵胀性凝胶等填充混凝土表层孔隙提高致密性。从而阻碍氯离子等侵蚀性介质进入。该类涂层具有硬度高、耐腐蚀、耐高温等优势，但存在脆性较大的问题。多名学者证实了其在提升混凝土抗氯离子侵蚀性能方面的有效性。
地聚合物涂层是一种以富铝硅材料为前驱体，在碱性激发剂作用下，通过地聚合反应形成三维网状结构的无机涂层。其致密的结构和与混凝土基体良好的界面相容性，有助于在混凝土表面形成有效物理屏。该类涂层具有硬度高、耐腐蚀、耐高温等优点，但存在附着力相对不足的问题。
水泥基渗透结晶型涂层是以水泥、石英砂为基材，加入活性化学物质、外加剂制备而成。涂层中的活性化学物质可与氢氧化钙及未水化的水泥颗粒发生反应，生成不溶性针状物质堵塞混凝土孔隙，具有较好的抗渗透性和自愈合能力，但对抑制氯离子侵入效果有限。此外，该类涂层的自修复作用需要以水为载体，干燥环境下其抗渗性较差。
氧化石墨烯是一种富含含氧官能团的二维碳材料，通常作为复合涂层中的改性材料使用。近年来，有学者开始探索直接采用氧化石墨烯作为混凝土防腐涂层的潜力。 RODRIGUEZ等发现氧化石墨烯能够促进水泥水化反应。使混凝土结构更致密，从而显著降低毛细吸水率，当氧化石墨烯含量从26.2 g/cm 增加至131.1 ug/cm，混凝土抗氯离子渗透性提高幅度从3%增至51%。
2.2 有机涂层及其抗氯离子侵蚀性能研究
用于混凝土防腐的有机涂层主要包括环氧树脂涂层、聚氨酯涂层、丙烯酸酯涂层、氟碳涂层、聚脲涂层和硅烷涂层等。
环氧树脂涂层通过环氧树脂和固化剂交联而在混凝土表面形成致密保护膜，可以有效阻碍侵蚀性介质进入，其有良好的附着力、耐腐蚀性和力学性能，但抗紫外线能力较弱。多项研究表明环氧树监层可较好地提高混凝土抗氯离子侵蚀性。涂覆环氧树脂涂层后混凝土氯离子扩散系数甚至接近为零。
聚氨脂涂层是一种由异氰酸酯与含羟基化合物组分聚合交联反应生成的有机涂层，具有柔切性好、附着力佳、耐低温等优势，但存在涂层固化反应慢、耐候性不足等问题。该类涂层能有效降低氯离子在混凝土中的渗透。陈敬男发现浸泡15d时，涂覆聚胺酯涂层混凝土中氯离子浓度相较无涂层混凝土下降95%以上。
丙烯酸涂层通常由丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类通过溶液聚合或乳液聚合制备得到，固化后可在混凝土表面形成致均匀薄膜，具有良好的抗渗透性、耐污性、耐候性等优点。然而，丙烯酸酯存在耐落剂较差、附着力较低、热黏冷腌等不足，因此常通过有机树脂、有机氟或外加纳米助剂等对其进行改性，以进一步步提升其抗氯离子渗透效果。
氟碳涂层以有机氟聚合物或其改性物为主要成膜物质。兼具优良的力学性能、耐腐蚀性、耐候性和抗沾污性，但成本较高。李伟华指出溶剂型与水性氟碳涂层均能有效抑制氟离子渗透，其中溶剂型体系耐久性更优。聚脲涂层则由异酸酯与氨基化合物快速反应固化，具有耐磨、耐腐蚀、环保等优势，同样成本较高。研究显示聚脲涂层能显著提升混凝土在静载和荷载作用下的抗氯离子侵蚀能力并具备优异的抗冻性、附着力和耐久性。
有别于上述有机涂层硅烷涂层是一种以有机硅（氧）烷为主要成分的浸渍型涂层，可在混凝土表面形成高阻隔性的疏水膜，并通过渗透和二次水化反应增强内部疏水性，从而有效阻止水分和离子的侵入，但也有部分研究指出硅烷涂层在较大水压力时易失效、且抗碳化性较差。
有机涂层在生产和施工过程中易释放挥发性化合物并可能产生有毒副产物，存在较大环境与健康风险。近年来，越来越多的研究致力于开发环境友好型涂层。受贻贝仿生原理启发，一些学者提出了聚多巴胺涂层，该类涂层虽防护效果较优，但成本较高。为此，XIAO等开发了基于多酚材料的三价铁离子-单宁酸贻贝仿生涂层用于混凝土防护，研究表明该涂层展现出与常规有机涂层相当的抗氯离子侵蚀效果。针对单宁酸亲水基团的负面影响，来晓鹏等进一步开发了单宁酸-纳米二氧化硅疏水涂层，通过调整配比，该涂层可使混凝土抗氯离子渗透性提高79%以上。
2.3 无机-有机复合涂层及其抗氯离子侵蚀性能研究
无机-有机复合涂层是结合无机材料和有机聚合物优点的一类复合型防护涂层。无机纳米材料改性有机涂层是一种典型的无机-有机复合涂层，这类涂层不仅融合了有机涂层优良的附着力和柔韧性，还利用纳米材料在填充孔隙等方面的优势，展现出优于单一成分涂层的抗氯离子侵蚀性能。方圣雁指出，采用0.15%氧化石墨烯改性丙烯酸树脂涂层，相比未改性涂层混凝土氯离子渗透性降低73.9%。采用有机聚合物改性水泥基/地聚合物涂层也是一些学者关注的改性方法，聚合物的引入可以弥补传统无机层脆性大、易开裂、附着力较差等问题。同时提升其致密性与抗氯离子侵蚀性能。这些复合方式均有效地提升了涂层体系的致密性，进一步增强了混凝土抗氯离子侵蚀能力。
3、结论与展望
关于海洋环境下混凝土氯离子传输特性已开展大量研究工作，取得丰富研究成果，有些成果已在工程实践中应用，但仍存在需进一步研究的课题。
1）混凝土中氯离子的传输本质上是氯离子在孔隙溶液中受到多种驱动力作用下的迁移过程，其中扩散作用为主要驱动机制。未来研究可在当前以扩散作用为主导的传输机制的基础上，进一步考虑对流作用与电迁移作用等驱动力，构建更全面的多驱动机制耦合氯离子传输模型，以提高氯离子传输模型的预测精度与在不同海洋环境下的适用性。
2) 现有研究表明，在混凝土中单掺或复掺适当比例矿物掺合料，可以通过改善孔隙结构、提升致密性、加强氯离子结合能力等方面不同程度地提高混凝土抗氯离子渗透性，未来研究应更加注重不同海洋环境和时间因素耦合作用下矿物料掺和混凝土耐氯离子渗透性迁移性。
3) 海水环境中的硫酸根和镁离子会通过改变混凝土孔结构、影响水化产物稳定性及氯离子结合能力等方面影响混凝土中氯离子传输行为。当前,关于硫酸根和镁离子对氯离子传输特性影响的研究结论并不一致，这可能与所用侵蚀溶波的离子浓度、自然扩散试验方式测试龄期等条件不一一致有关。未来研究应聚焦于海水离子浓度条件下的长期自然扩散过程，并结合微观分析手段，深人揭示硫酸根和镁离子对混凝土内氯离子传输特性的影响。
4) 冻融循环通过引发微裂缝形成、增加孔原率等方式破坏混凝土微观结构，加速氯离子传输。现有研究主要通过施加先期冻融循环，或冻融循环与氯离子侵蚀同步施加的方式，评估了冻融循环次数、最低冻结温度、干湿比、含气量及矿物掺合料等因素对氯离子传输特性的影响。未来应设计更符合海洋环境特征的冻融循环试验，进一步探究气冻盐融、气冻水融条件下混凝土中氯离子传输特性。
5) 压缩荷载对氯离子传输特性的影响存在一个临界应力水平。拉伸荷载普遍加速氯离子传输。弯曲荷载作用下氯离子传输速率取决于局部应力应变状态受拉区氯离子传输速率高于受压区。和相同水平的静荷载相比，疲劳荷载对氯离子传输的加速效果更显著。目前，关于荷载对氯离子传输特性影响的研究多集中于宏观层面，未来仍需针对荷载引起的混凝土孔陈结构变化与氯离子传输性能之间的定量关系，以及荷载对界面过渡区内氯离子传输特性的影响进行进一步研究。
6）混凝土无机、有机、无机-有机复合涂层均可通过单一或多种防护机制阻隔氯离子入侵，以提升混凝土抗腐蚀性和耐久性。未来关于混凝土防腐涂层方面的研究应聚焦于两方面：一是开发挥发性化合物含量低、有毒副产物少的环境友好型、自修复型等涂层材料；二是加强涂层长期抗腐蚀性能和工程适用性评估，结合长期自然扩散和现场试验，从涂层成本、耐久性环境影响等角度全面评价其可持续应用性。
7) 近年来，关于海洋环境下混凝土氯离子传输特性的研究还涉及多个仍需深入探索的领域，再生混凝土氯离子传输特性及其相关问题研究；基于微观结构的氯离子传输数值模拟方法、多尺度建模及其与宏观试验结果的关联性；抗氟离子侵蚀智能材料（如自修复型材料、功能性材料等）的开发；碳化作用、钙浸出过程对氯离子传输特性的影响机器学习方法预测氯离子传输特性；氯离子传输过程的智能感知与快速无损检测技术开发等。这些问题的研究有望进一步深化对海洋环境下混凝土氣离子传输特性的理解并为解决海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性相关问题提供新思路，仍有待大量系统性工作支撑与推进。
免责声明：本文章及图片节选自《水道港口》第46卷第5期（2025 年10月）王元战、宋玉威、孙熙平“海洋环境下混凝土氯离子传输特性研究进展”，在于学习与交流知识并无任何利益获取，版权归原作者或机构所有，如有不妥请联系删除处理。
