鋼橋的防腐涂裝

[摘要]隨著橋梁跨度的增大，鋼橋的應(yīng)用越來越多。腐蝕問題是影響鋼橋長(zhǎng)期使用安全性的重要問題，系統(tǒng)介紹目前鋼結(jié)構(gòu)的主要防腐措施、涂裝前鋼表面常用除銹工藝和除銹等級(jí)、粗糙度要求，比較鐵路鋼橋和公路鋼橋推薦防腐涂裝體系的異同，供鋼橋防腐涂裝設(shè)計(jì)參考。

[關(guān)鍵詞]鋼橋 除銹 粗糙度 防腐涂裝

中圖分類號(hào)：TB1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0420080－02

為進(jìn)一步擴(kuò)大內(nèi)需、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快增長(zhǎng)，中國(guó)又掀起了新一輪的路網(wǎng)建設(shè)高潮。大量的工程建設(shè)中，由于鋼的強(qiáng)度高、自重輕，具有良好的塑性和韌性，跨越大江大河、深山峽谷的大跨度橋梁均采用鋼橋，如跨徑1385m的江陰長(zhǎng)江大橋，主跨550米的盧浦大橋等。但鋼橋具有容易生銹的缺點(diǎn)。調(diào)查表明，美國(guó)在1975年因金屬腐蝕受到的經(jīng)濟(jì)損失約為700億美元，當(dāng)年美國(guó)的國(guó)民生產(chǎn)總值為16770億美元，一年中金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失約占當(dāng)年GNP的4.2%。至今美國(guó)仍按GNP的4.2%估算每年因金屬腐蝕而受到的經(jīng)濟(jì)損失[1.2]。其他國(guó)家也陸續(xù)進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失大致為該國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的4%。為保證鋼橋在設(shè)計(jì)年限內(nèi)的長(zhǎng)期使用安全

性，做好鋼橋的防腐十分重要。

一、鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕措施

目前，鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕措施主要有以下五種：

1．耐候鋼。耐腐蝕性能優(yōu)于一般結(jié)構(gòu)用鋼的鋼材稱為耐候鋼，一般含有磷、銅、鎳、鉻、鈦等金屬，使金屬表面形成保護(hù)層，以提高耐腐蝕性。其低溫沖擊韌性也比一般的結(jié)構(gòu)用鋼好，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼》（GB4172-84）。

2．熱浸鋅。熱浸鋅是將除銹后的鋼構(gòu)件浸入600℃左右高溫融化的鋅液中，使鋼構(gòu)件表面附著鋅層，鋅層厚度對(duì)5mm以下薄板不得小于65μm，對(duì)厚板不小于86μm，從而起到防腐蝕的目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是耐久年限長(zhǎng)，生產(chǎn)工業(yè)化程度高，質(zhì)量穩(wěn)定。熱浸鋅的首道工序是酸洗除銹，然后是清洗。這兩道工序不徹底均會(huì)給防腐蝕留下隱患，應(yīng)避免設(shè)計(jì)出具有相貼合面的構(gòu)件，以免貼合面的縫隙中酸洗不徹底或酸液洗不凈。對(duì)于管形構(gòu)件應(yīng)該讓其兩端開敞，兩端封閉會(huì)造成管內(nèi)空氣膨脹而使封頭板爆裂，造成安全事故；一端封閉則鋅液流通不暢，易在管內(nèi)積存。

3．熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層。這是一種與熱浸鋅防腐蝕效果相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)效防腐蝕方法。具體做法是先對(duì)鋼構(gòu)件表面作噴砂除銹，使其表面露出金屬光澤并打毛。再用乙炔-氧焰將不斷送出的鋁（鋅）絲融化，并用壓縮空氣吹附到鋼構(gòu)件表面，以形成蜂窩狀的鋁（鋅）噴涂層（厚度約80μm～100μm）。最后用油漆等涂料封閉毛細(xì)孔，形成復(fù)合涂層。此法無法在管狀構(gòu)件的內(nèi)壁施工，因而管狀構(gòu)件兩端必須做氣密性封閉，以使內(nèi)壁不被腐蝕。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)構(gòu)件尺寸適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)件形狀尺寸幾乎不受限制。另一優(yōu)點(diǎn)是這種工藝的熱影響是局部的，受約束的，因而不會(huì)產(chǎn)生熱變形。與熱浸鋅相比，這種方法缺點(diǎn)的工業(yè)化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量易受操作者的情緒變化影響。

4．漆涂層法：涂層法防腐蝕性一般不如長(zhǎng)效防腐蝕方法。它一次成本低，但維護(hù)相對(duì)成本較高。涂層法施工的第一步是除銹。優(yōu)質(zhì)的涂層依賴于徹底的除銹，要求高的涂層一般多用噴砂噴丸除銹，露出金屬的光澤，除去所有的銹跡和油污。現(xiàn)場(chǎng)施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環(huán)境，不同的涂層對(duì)不同的腐蝕條件有不同的耐受性。涂層一般有底漆、中間漆和面漆之分。底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，與鋼材粘附力強(qiáng)，中間漆的作用是增加涂層的厚度以提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的屏蔽性能，中間漆對(duì)于底漆和面漆要有很好的附著力。面漆則基料多，成膜有光澤，能保護(hù)底漆不受大氣腐蝕，并能抗風(fēng)化。選用不同涂料時(shí)要注意它們的相容性。涂層的施工要有適當(dāng)?shù)臏囟龋?～38℃之間）和濕度（相對(duì)濕度不大于85%）。涂層的施工環(huán)境粉塵要少，構(gòu)件表面不能有結(jié)露。涂裝后4小時(shí)之內(nèi)不得淋雨。涂層一般做4～5層，干漆膜總厚度可加厚為200～300μm。

5．陰極保護(hù)法。在鋼結(jié)構(gòu)表面附加較活潑的金屬取代鋼材的腐蝕，常用于水下或地下結(jié)構(gòu)。

涂層防護(hù)因其施工方便，防腐效果好而得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)鋼橋的防腐一般采用涂層保護(hù)法，并形成了鐵路和公路行業(yè)各自的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。

二、涂裝前鋼表面處理方法

鋼橋構(gòu)件在加工、運(yùn)輸、存放等過程中，表面往往會(huì)帶有氧化皮、鐵銹制模殘留的型砂、焊渣、塵土以及油和其他污物。要使涂層能牢固地附著在鋼橋構(gòu)件表面上，涂裝前就必須進(jìn)行表面清理，否則，不僅影響涂層與基體金屬的結(jié)合力，還會(huì)使基體金屬在即使有涂層防護(hù)下也能繼續(xù)腐蝕，使涂層剝落，影響鋼橋構(gòu)件的使用壽命。為提供良好的工件表面，涂裝前對(duì)鋼橋構(gòu)件表面的處理有以下幾點(diǎn)：（1）無油污及水分；（2）無銹跡及氧化物；（3）無粘附性雜質(zhì)；（4）無酸堿等殘留物；（5）表面有一定的粗糙度。

常用的表面處理方法有[3]：

1．手工處理。符號(hào)“St”。用手工和動(dòng)力工具，如用鏟刀、手工或動(dòng)力鋼絲刷、動(dòng)力砂紙盤或砂輪等工具除銹，用手工可以除去鋼橋構(gòu)件表面的銹跡和氧化皮，但手工處理勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量差，清理不徹底。

2．化學(xué)處理。符號(hào)“Be”。主要是利用酸性或堿性溶液與鋼橋構(gòu)件表面的氧化物及油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其溶解在酸性或堿性的溶液中，以達(dá)到去除工件表面銹跡氧化皮及油污的目的。化學(xué)處理適應(yīng)于對(duì)薄板件清理，但缺點(diǎn)是，若時(shí)間控制不當(dāng)，即使加緩蝕劑，也能使鋼材產(chǎn)生過蝕現(xiàn)象。對(duì)于較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件和有孔的零件，經(jīng)酸性溶液酸洗后，浸入縫隙或孔穴中的余酸難以徹底清除，處理不當(dāng)，將成為工件以后腐蝕的隱患，且化學(xué)物易揮發(fā)，成本高，處理后的化學(xué)費(fèi)液排放工作難度大，處理不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，該處理方法正被機(jī)械處理法取代。

3．機(jī)械處理法。符號(hào)“Sa”主要包括拋丸法和噴丸法。拋丸法清理是利用離心力將彈丸加速，拋射至工件進(jìn)行除銹清理的方法。但拋丸靈活性差，受場(chǎng)地限制，清理工件時(shí)有些盲目性，在工件內(nèi)表面易產(chǎn)生清理不到的死角。設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，特別是葉片等零件磨損快，維修工時(shí)多，費(fèi)用高，一次性投入大。噴丸又分為噴丸和噴砂。用噴丸進(jìn)行表面處理，打擊力大，清理效果明顯，但噴丸對(duì)薄板工件的處理，容易使構(gòu)件變形。鋼丸打擊表面（無論拋丸或噴丸）使金屬基材產(chǎn)生變形，由于Fe3O4和Fe2O3沒有塑性，破碎后剝離，而油膜與基材一同變形，所以對(duì)帶有油污的工件，拋丸、噴丸無法徹底清除油污。在現(xiàn)有的工件表面處理方法中，清理效果最佳的還數(shù)噴砂清理。噴砂適用于工件表面要求較高的清理。我國(guó)目前通用噴砂設(shè)備中多由鉸龍、刮板、斗式提升機(jī)等原始笨重輸砂機(jī)械組成。用戶需要施建一個(gè)深地坑及做防水層來裝置機(jī)械，建設(shè)費(fèi)用高，維修工作量大，噴砂過程中產(chǎn)生大量的砂塵無法清除，影響操作工人的健康并污染環(huán)境。拋丸法和噴丸法要求環(huán)境濕度小于85%。

4．火焰除銹。符號(hào)“FI”是利用氧乙炔焰及噴嘴進(jìn)行除銹的一種方法。噴嘴的形狀與大小要適合待除銹的鋼材表面狀況。火焰除銹適用于厚度5mm以上、未有涂層或要完全去掉舊涂層的鋼材。對(duì)厚度近于5mm的鋼材進(jìn)行除銹時(shí)，應(yīng)注意火焰的溫度。

三、涂裝前鋼表面除銹等級(jí)和粗糙度

我國(guó)鋼橋的涂裝前鋼表面除銹常用機(jī)械處理和手工處理兩種方法[4，5]。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》GB8923-88，對(duì)鋼表面除銹等級(jí)有明確規(guī)定。

對(duì)機(jī)械處理法（噴射或拋射除銹）分為四個(gè)等級(jí)：（1）Sa1輕度的噴射或拋射除銹，鋼材表面應(yīng)無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物；（2）Sa2徹底的噴射或拋射除銹， 鋼材表面應(yīng)無可見的油脂和污垢，并且氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物已基本清除，其殘留物應(yīng)是牢固附著的；（3）Sa2.5非常徹底的噴射或拋射除銹，鋼材表面應(yīng)無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。（4）Sa3使鋼材表觀潔凈的噴射或拋射除銹，鋼材表面應(yīng)無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，該表面應(yīng)顯示均勻的金屬色澤。

對(duì)手工處理法（手工和動(dòng)力工具除銹）分為兩個(gè)等級(jí)：（1）St2徹底的手工和動(dòng)力工具除銹，鋼材表面應(yīng)無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物；（2）St3非常徹底的手工和動(dòng)力工具除銹，鋼材表面應(yīng)無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物。除銹應(yīng)比St2更為徹底，底材顯露部分的表面應(yīng)具有金屬光澤。

為提高涂裝的附著性能，對(duì)涂裝前鋼表面還有一定的表面粗糙度要求。表面粗糙度是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性，它是一種微觀幾何形狀誤差，也稱為微觀不平度。應(yīng)注意表面粗糙度與形狀誤差（宏觀幾何形狀誤差)和表面波度的區(qū)別。通常，波距小于1mm的屬于表面粗糙度，波距在1～l0mm的屬于表面波度，波距大于l0mm的屬于形狀誤差。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》GB/T1031-1995規(guī)定，表面粗糙度主要評(píng)定參數(shù)可采用下面三種的一種：（1）輪廓算術(shù)平均偏差Ra；（2）微觀不平度十點(diǎn)高度Rz；（3）輪廓最大高度Ry。

四、鐵路和公路鋼橋涂裝推薦標(biāo)準(zhǔn)的比較

我國(guó)現(xiàn)行鐵路（鐵路鋼橋保護(hù)涂裝TB/T 1527-2004）和公路（公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件JT/T 722-2008）行業(yè)的防腐涂裝行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)均推薦采用涂層保護(hù)法。總體看來，公路標(biāo)準(zhǔn)比鐵路標(biāo)準(zhǔn)推出晚，相對(duì)于鐵路標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定更為詳細(xì)和明確，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容一致，即均界定了三類涂裝階段：初始涂裝（新建橋梁鋼結(jié)構(gòu)的初次涂裝包含二年缺陷責(zé)任期內(nèi)的涂裝、維修涂裝（橋梁在其運(yùn)營(yíng)全過程中對(duì)涂層進(jìn)行的維修保養(yǎng)）、重新涂裝（徹底的除去舊涂層、重新進(jìn)行表面處理后，按照完整的涂裝規(guī)格進(jìn)行的涂裝），均給出了涂裝前鋼表面須采用機(jī)械處理法和手工處理法除銹，對(duì)除銹等級(jí)和粗糙度的具體要求，都推薦了涂裝配套體系，涂層質(zhì)量要求和相應(yīng)的各種試驗(yàn)方法[6，7]。

主要的區(qū)別有以下幾點(diǎn)：

1．公路標(biāo)準(zhǔn)明確給出了涂層體系保護(hù)年限分類，即普通型（10～15年），長(zhǎng)效型（15～25年），而鐵路標(biāo)準(zhǔn)沒有給出涂層體系保護(hù)年限。

2．公路標(biāo)準(zhǔn)明確給出了涂裝部位分類，把涂裝部位分為七類：外表面、非封閉環(huán)境內(nèi)表面、封閉環(huán)境內(nèi)表面、鋼橋面、干濕交替區(qū)和水下區(qū)、防滑摩擦面、附屬鋼構(gòu)件，包括防撞護(hù)欄、扶手護(hù)欄及底座、燈座、泄水管、鋼路緣石等。鐵路標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涂裝部位分類隱含在條文和涂裝配套體系中，分類也不如公路標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)。

3．表面粗糙度的要求，公路標(biāo)準(zhǔn)略有提高：公路標(biāo)準(zhǔn)建議熱噴鋅（鋁），鋼材表面粗糙度為Rz60μm～100μm，鐵路為Rz50μm～100μm；公路標(biāo)準(zhǔn)建議噴涂除無機(jī)富鋅底漆其它防護(hù)涂層，鋼材表面粗糙度為Rz30μm～75μm，鐵路為Rz25μm～60μm。公路標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)提出噴涂無機(jī)富鋅底漆鋼材表面粗糙度為Rz50μm～80μm的要求。

4．公路標(biāo)準(zhǔn)明確指出按照腐蝕環(huán)境、工況條件、防腐年限設(shè)計(jì)涂層配套體系，并把涂層配套體系與腐蝕環(huán)境的國(guó)際分類（ISO12944-2）相關(guān)聯(lián)，更易操作；鐵路標(biāo)準(zhǔn)把對(duì)腐蝕環(huán)境的分類直接在涂裝配套體系的適用部位欄中加以說明。

5．同等腐蝕環(huán)境下，公路標(biāo)準(zhǔn)的普通型涂層體系的總干膜厚度要比鐵路標(biāo)準(zhǔn)的厚度厚約20μm～60μm，長(zhǎng)效型的總干膜厚度更厚。鐵路標(biāo)準(zhǔn)僅提供一種涂層體系，無普通型和長(zhǎng)效型涂層體系之分。

五、結(jié)語

腐蝕問題是影響鋼橋長(zhǎng)期使用安全性能的重要問題。隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，大跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)急劇增加，橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐問題越來越受到重視。本文系統(tǒng)介紹了橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐的相關(guān)內(nèi)容，并對(duì)鐵路、公路鋼橋涂裝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比分析，供鋼橋防腐設(shè)計(jì)時(shí)參考。目前，一種新型的涂裝+除濕系統(tǒng)綜合防腐體系正在逐步在大型橋梁中應(yīng)用[8-10]。其防腐原理是，如果空氣的濕度降到40%以下，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕就很難發(fā)生，防腐效果好，但日常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高、除濕系統(tǒng)僅適用于密閉體系。

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作者簡(jiǎn)介：

梁秦紅，女，陜西人，武漢鐵路橋梁學(xué)校，講師，學(xué)士。