鋼鐵橋梁的防腐涂裝探究

盧文浩（浙江大合檢測(cè)有限公司,浙江 杭州 310000）

鋼鐵橋梁的防腐涂裝探究

盧文浩
（浙江大合檢測(cè)有限公司,浙江 杭州 310000）

1979年世界上第一所鐵橋在英國(guó)建立，自此鐵橋迅速發(fā)展，為人類(lèi)社會(huì)的交通運(yùn)輸?shù)确矫嫣峁┝藰O大的便利，極大的節(jié)省了陸路運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間。但即使是有鋼鐵制成的鐵橋，也難以擁有金鋼不壞之身，人工環(huán)境和自然環(huán)境的雙重破壞，使得鐵橋的腐蝕和防護(hù)成為橋梁工程家們必須關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。在保護(hù)鐵橋的腐蝕過(guò)程中，涂裝成為了其中的重要手段，本文旨在對(duì)橋梁防腐及其涂裝方法做了進(jìn)一步探析，以進(jìn)一步了解我國(guó)大規(guī)模的橋梁建設(shè)。

橋梁；防腐；涂裝

引言

鋼鐵作為現(xiàn)代建筑中最常使用同時(shí)較木材和水泥等堅(jiān)固的建筑材料，大其使用壽命也有一定時(shí)間的限制，在不同的外部環(huán)境的壓力和自身原因的情況下會(huì)導(dǎo)致鋼鐵材料的損壞。其遭受損壞的原因主要有自身原因和外部原因，自身原因主要是由于長(zhǎng)期承壓而產(chǎn)生的內(nèi)部斷裂或變形等情況，然而受這類(lèi)原因而產(chǎn)生的建筑材料的損壞幾率是相對(duì)較低的，因?yàn)樽鳛榛A(chǔ)設(shè)施建設(shè)而采用的建筑材料在質(zhì)量和耐用程度上都是相對(duì)堅(jiān)固的，個(gè)別情況下除外。因此導(dǎo)致鋼鐵材料損壞的情況下主要是來(lái)自外部環(huán)境的影響。外部環(huán)境的影響主要包括兩大部分，一是自然環(huán)境中所自然產(chǎn)生的有害物質(zhì)對(duì)鋼鐵橋梁的腐蝕，如大氣污染物、酸雨、土壤腐蝕以及水腐蝕等；而是人工環(huán)境如工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的污染物對(duì)橋梁的危害，如酸、鹽溶液等。兩種主要的影響因素中，以自然環(huán)境對(duì)鋼鐵橋梁產(chǎn)生的腐蝕最為嚴(yán)重，所造成的不可避免的損失也最大。

1、涂裝防腐分析

1.1 涂裝的概念

涂裝是目前在工程設(shè)施建設(shè)中對(duì)建筑材料的一種最有效的防止腐蝕的方法，涂裝技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)建筑材料的表面涂層來(lái)使得大氣中的一些污染物等腐蝕介質(zhì)粘連在橋梁表面而導(dǎo)致的材料腐蝕的一種方法。涂裝過(guò)程中所采用的涂料多種多樣，從最初的天然樹(shù)脂涂料、到紅丹醇酸涂料，在到現(xiàn)在的環(huán)氧涂料、氟碳涂料等1，形式的多樣化使得我國(guó)在橋梁防腐涂裝工作取得了巨大的進(jìn)步，同時(shí)也將我國(guó)的鋼鐵橋梁的使用時(shí)間延長(zhǎng)到了數(shù)十年甚至近百年。

1.2 涂料的分類(lèi)

涂料的發(fā)展史從世界上第一所鋼鐵橋建設(shè)之初便開(kāi)始投入使用和研究，到目前也將近百年的歷史。長(zhǎng)時(shí)間的涂料發(fā)展史使得其種類(lèi)和規(guī)模是龐大的并多種多樣的。廣泛的用途和不同程度的金屬防腐功能使得對(duì)涂料的分類(lèi)方式也是多種多樣的。對(duì)涂料的分類(lèi)主要有一下幾種分類(lèi)方法:

①施工方法：輥涂涂料、噴涂涂料、浸涂涂料、電泳涂料、刷涂涂料

②涂料形態(tài)：粉末涂料、溶劑型涂料、高固體分涂料、水性涂料

③功能：裝飾涂料、防腐涂料、防銹涂料、示溫涂料、隔熱涂料、耐高溫涂料、導(dǎo)電涂料

④用途：建筑涂料、罐頭涂料、汽車(chē)涂料、飛機(jī)涂料……

在日常施工之中常用的建筑材料的防腐涂料，如車(chē)間底漆常使用的環(huán)氧富鋅車(chē)間底漆、聚乙烯醇縮丁醛車(chē)間底漆（PVB）、環(huán)氧鐵紅車(chē)間底漆和無(wú)機(jī)硅酸鋅車(chē)間底漆等，防銹底漆如上述提到的紅丹防銹漆和鋅黃防銹漆是使用時(shí)間較早的兩種，其他的還有磷酸鹽防銹漆和鋅粉以及玻璃鱗片等防銹漆。此外在其他底涂層中還有環(huán)氧封閉漆和金屬熱噴涂層等。另外中間漆以環(huán)氧云鐵中間漆為代表，面漆常使用的是醇酸面漆、環(huán)氧面漆、FEVE氟樹(shù)脂面漆和工程聚硅氧烷涂料為代表。這些不同種類(lèi)和形式的涂料在建筑材料的防腐過(guò)程中發(fā)揮著不同的作用和功能，并共同形成了對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)和混泥土結(jié)構(gòu)的主流防護(hù)涂層體系。

1.3 涂料的防腐蝕機(jī)理

涂料的防腐機(jī)理針對(duì)不同的建筑材料會(huì)有不同的防腐程度，我國(guó)從建橋以來(lái)，對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)采用的一直是配套涂料對(duì)其進(jìn)行涂層保護(hù)，因此，用涂料的涂層多鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐保護(hù)最主要有3個(gè)防腐蝕機(jī)理：物理涂層覆蓋作用、防腐顏料緩蝕作用和陰極保護(hù)作用。下面重點(diǎn)對(duì)該三種防腐蝕機(jī)理作用進(jìn)行介紹：

2、防腐蝕涂層的失效機(jī)理及其壽命預(yù)測(cè)

盡管防腐蝕涂層在一段時(shí)間內(nèi)有效的保護(hù)了鋼結(jié)構(gòu)，但任何事物都有保質(zhì)期，

長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中的防腐涂層會(huì)在其保質(zhì)期后出現(xiàn)褪色、泛黃、失光、剝落和開(kāi)裂的現(xiàn)象，同時(shí)，不同防腐涂層所遭受的破壞的時(shí)間和地點(diǎn)是不一樣的，在不同的環(huán)境里所受傷害的程度也是不一樣的，因此，決定防腐涂層的使用壽命和年齡的主要因素是鋼鐵橋梁其所處的大氣環(huán)境和人工環(huán)境以及防腐涂層自身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。防腐涂層被破壞的因素是多種形式的，由此防腐涂層的使用壽命也會(huì)有長(zhǎng)有短，加強(qiáng)對(duì)防腐涂層的失效機(jī)理的研究和阻礙其進(jìn)程并延長(zhǎng)其使用壽命是目前建筑師針對(duì)鋼橋防護(hù)的重點(diǎn)問(wèn)題。

導(dǎo)致防腐涂層老化和破壞的重要原因主要有太陽(yáng)輻射、大氣環(huán)境的溫度和濕度，另外酸雨、空氣污染和風(fēng)沙等也會(huì)導(dǎo)致防腐涂層的失效，各項(xiàng)因素的綜合效果加速了防腐涂層的失效和老化。目前，防腐涂層的失效機(jī)理主要有一下幾種表現(xiàn)形式，如光降解、水降解、濕附著力和介質(zhì)的滲透等四種形式2。

2.1 光降解失效機(jī)理

光降解失效機(jī)理主要是因?yàn)樘?yáng)輻射而導(dǎo)致的鋼結(jié)構(gòu)表面的涂層的光氧化降解，在該失效機(jī)理中，太陽(yáng)輻射占主要作用。

2.2 水降解失效機(jī)理

鋼鐵橋梁跨水而建，在其存在過(guò)程中會(huì)收到來(lái)自不同地區(qū)和不同性質(zhì)的水的污染，防腐涂層中所含有的酯、脲、醚、醇、胺等分子會(huì)在水的作用下而發(fā)生水降解并導(dǎo)致防腐涂層的失效。

2.3 濕附著力失效機(jī)理

濕附著力失效機(jī)理主要表現(xiàn)為防腐涂層在受到某種因素的影響下而發(fā)生的與鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行脫落的情況。該失效機(jī)理的主要表現(xiàn)形式有三種，一是涂層與基體的附著力不好，出現(xiàn)脫落，二是涂層因受到酸、堿、鹽等介質(zhì)的侵蝕而喪失了對(duì)基體的保護(hù)，三是由于涂層本身性質(zhì)的原因而出現(xiàn)的保護(hù)性較差，導(dǎo)致涂層內(nèi)的電阻率大大下降而導(dǎo)致電化學(xué)的腐蝕。從該失效機(jī)理可以看出防腐涂層的附著力是影響鋼鐵橋梁防腐的重要因素之一。

2.4 介質(zhì)的滲透失效機(jī)理

鋼鐵橋梁在防腐涂層過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致其涂層的破壞和建筑材料的腐蝕，這一腐蝕過(guò)程的直接參與者是離子，防腐涂層的直接作用便是阻擋離子入侵導(dǎo)致其腐蝕。當(dāng)防腐涂層在長(zhǎng)期使用過(guò)程中或者因質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致其阻擋能力降低，會(huì)使得離子滲透進(jìn)其涂層并使得鋼鐵結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。但一般的離子在涂層中的擴(kuò)散系數(shù)很小，即使透過(guò)防腐涂層進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)表面也不會(huì)產(chǎn)生很大的電化學(xué)作用，因此不會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的過(guò)度腐蝕。

上述四種形式是最常見(jiàn)的防腐涂層的失效機(jī)理，研究者和橋梁工程師在建筑過(guò)程中應(yīng)針對(duì)這四種形式對(duì)橋梁的防腐涂裝進(jìn)行分析，以及時(shí)的解決由這四種防腐失效機(jī)理而導(dǎo)致的建筑材料的損壞和更大的國(guó)民經(jīng)濟(jì)危機(jī)。

3、橋梁防腐涂裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

從目前的研究現(xiàn)象和技術(shù)來(lái)看，我國(guó)在材料技術(shù)方面的進(jìn)步值得稱(chēng)贊，研發(fā)

防腐壽命更長(zhǎng)，質(zhì)量更優(yōu)越的高性能涂裝材料已成為可能，秉承著無(wú)污染、無(wú)公害、節(jié)省能源和更高效更經(jīng)濟(jì)的防腐材料也變得不再望塵莫及。

就目前的研究研究技術(shù)來(lái)看，防腐防腐涂層技術(shù)在更高效階段有混凝土結(jié)構(gòu)用柔性涂料技術(shù)、新型氟碳涂料技術(shù)、水性清水混凝土透明氟碳涂料和橋梁維修涂裝技術(shù)等幾種技術(shù)3。

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)用柔性涂料技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)用柔性涂料技術(shù)就其表面意思上來(lái)說(shuō)，是一種柔韌性涂層，它更適用于在鋼鐵橋梁收到裂縫的情況下使得涂膜在裂縫的過(guò)程中變得更加具有柔韌性，這種情況適用于在青藏高原等寒冷環(huán)境下的對(duì)橋梁的房腐蝕和裂紋的情況，在青藏鐵路上建造的數(shù)十座橋梁的大部分建筑材料是由混凝土結(jié)構(gòu)組成，在高原環(huán)境下由于大量的太陽(yáng)輻射和凍融作用，使得橋梁表面開(kāi)始出現(xiàn)裂紋，這種情況下使用高耐候性柔性氟碳涂層對(duì)橋梁進(jìn)行防腐涂裝會(huì)大大增強(qiáng)其涂層的使用壽命和橋梁的質(zhì)量。

3.2 新型氟碳涂料技術(shù)新型氟碳涂料技術(shù)具有優(yōu)異的性能，但其表面能低導(dǎo)致的與建筑材料表面發(fā)生的剝落是其一大缺點(diǎn)，學(xué)者在充分研究后發(fā)現(xiàn)氟碳涂料是由多個(gè)不相容的樹(shù)脂組成的，樹(shù)脂的不相容性導(dǎo)致了其在涂裝過(guò)程中發(fā)生的分離或者組分遷移，這樣在涂成過(guò)程會(huì)形成一組相對(duì)有梯度的涂層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在施工固化后會(huì)獲得氟碳樹(shù)脂優(yōu)異的性能，同時(shí)其有梯度的分層結(jié)構(gòu)會(huì)使得涂料有著高度的附著力和強(qiáng)度。該分層結(jié)構(gòu)是解決氟碳涂料與建筑材料基體表面進(jìn)行脫落的較為先進(jìn)的辦法。

3.3水性清水混凝土透明氟碳涂料

此前提到的水分子是較為容易的能透過(guò)防腐涂層對(duì)防腐材料進(jìn)行腐蝕的介質(zhì)，而現(xiàn)在由于橋梁的防腐環(huán)境大多處于高濕度或者低溫的情況下施工，這兩種情況阻礙大部分的水溶性涂料和無(wú)溶劑涂料在橋梁防腐領(lǐng)域的使用，因此在新技術(shù)的引導(dǎo)下，未來(lái)大部分的橋梁防腐領(lǐng)域采用的多是較為環(huán)保的水性清水混凝土透明氟碳涂料。

3.4 橋梁維修涂裝技術(shù)

橋梁維修涂裝技術(shù)是指在橋梁建筑的涂層在接近其使用壽命時(shí)因采用的重新涂裝技術(shù)，倘若任其自行腐蝕，會(huì)使得橋梁的安全系數(shù)降低并導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，在未來(lái)的鋼鐵橋梁的防腐涂裝領(lǐng)域，研究者更應(yīng)該注重的是對(duì)橋梁的維修涂裝技術(shù)的提升。

結(jié)語(yǔ)

防腐涂裝技術(shù)在未來(lái)建筑橋梁越來(lái)越多的情況下會(huì)變得更加重要不可代替，其更新的技術(shù)和更高性能的、長(zhǎng)壽命和環(huán)保的方向應(yīng)值得更多的學(xué)者和工程師去研究發(fā)現(xiàn)。

[1]谷旭東：《鋼鐵橋梁的防腐涂裝》，涂料技術(shù)與文摘。

[2]劉攀：《橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層的老化失效機(jī)理和壽命預(yù)測(cè)研究》，長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008年10月

[3]楊振波：《現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》，上海涂料，第50卷第7期，2012年7月

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1007-6344（2016）06-0326-02

許成軍（1976年12月-）男，籍貫：湖北襄陽(yáng)，五礦二十三冶建設(shè)集團(tuán)有限公司工作，本科學(xué)歷，主要從事建筑設(shè)計(jì)等工作。

作者簡(jiǎn)介：盧文浩，男， 1980年4月4日，江西樟樹(shù)，浙江大合檢測(cè)有限公司，碩士研究生，市政道路與橋梁。