橋梁鋼結構長效防腐技術和施工問題的防腐策略

摘 要：鋼結構具有承載力高、質量輕等優勢，但在自然因素等影響下，鋼結構腐蝕很難避免。隨著橋梁鋼結構施工工藝廣泛應用，行業內對鋼結構防腐處理提出了全新的要求，施工人員需根據鋼結構施工的結構目標，綜合應用多種防腐工藝。基于此，從橋梁鋼結構的腐蝕機理與類型著手，詳細分析了防腐施工的有效技術，對同類型項目具有指導意義。

關鍵詞：橋梁工程；鋼結構；防腐技術；防治措施

中圖分類號：TU74" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）09-0028-03

0 引言

為提高橋梁耐久性、安全性，不論在橋梁設計還是施工中，鋼結構處理都是關鍵部分。鋼結構施工中防腐處理的難度系數較高，為達到良好的防腐目標，有關人員需了解鋼結構的腐蝕原理、類型，選擇恰當的防腐材料與工藝，發揮出鋼結構在整個橋梁結構體系中的作用。

1 橋梁鋼結構的腐蝕機理與腐蝕類型

1.1 腐蝕機理

橋梁工程的規模龐大，鋼結構暴露于空氣中極易與水蒸汽、沙塵或者腐蝕性物質產生反應，腐蝕現象無法避免。

鋼結構的腐蝕機理如下：鋼結構在空氣中長時間暴露，表面發生氧化反應形成氧化膜。腐蝕反應期間多種腐蝕性物質進入到該氧化膜中，如空氣中的粉塵、有毒有害氣體、其他污染物質等，水膜導電性大大提高，為腐蝕創造了條件，腐蝕速率加快[1]。腐蝕過程中金屬物質的導電性較強，一般作為化學反應中的陽極而存在。反應過程中，金屬段鋼結構中的鐵失去了電子成為鐵離子。這些電子進入陰極，加劇反應。持續反應中電化學腐蝕越發嚴重，鋼結構中的鐵含量逐步減少，性能降低。

1.2 腐蝕類型

1.2.1 均勻腐蝕

橋梁鋼結構的腐蝕類型相對較多，以均勻腐蝕為例，這類型腐蝕一般出現在局部位置。均勻腐蝕是鋼結構表面的腐蝕現象，也被稱為全面腐蝕，分布于整個金屬表面。如果鋼結構中出現了均勻腐蝕現象，對鋼結構性能的危害相對較小。鋼結構全部表面都存在這一腐蝕現象，施工人員可通過在表面涂抹防腐材料來預防與控制。在后續的施工作業中需要安排相關人員監控、預防均勻腐蝕的發展，并依據腐蝕嚴重程度采取有效的預防措施。

1.2.2 點蝕

鋼結構中會面臨點蝕現象，即在金屬表面相一個小部位發生腐蝕而周圍其他部分無腐蝕的情況。將點蝕與均勻腐蝕作比較，后者屬于全表面、大面積的腐蝕現象，而點蝕僅發生在小部位，腐蝕范圍較小，屬于局部腐蝕。

根據鋼結構的材料特性及腐蝕過程，金屬表面亞穩定狀態的微孔急劇增多，在未出現點蝕現象之前，在表面氧化層率先形成多個微小的、呈亞穩定狀態的微小凹陷。隨著時間的逐步延長，這些微小凹陷有寬度、深度的擴展，逐步形成孔穴，也就是點蝕。

1.2.3 縫隙腐蝕

縫隙腐蝕相對常見，此類腐蝕現象在連接件、焊接接頭缺陷部位比較常見。在橋梁工程建設中選用鋼結構橋梁時，不同鋼構件之間需利用螺釘等實現連接，由于連接處理中經常存在不規范操作等，導致連接部位存在裂縫。后續隨著橋梁投入使用，在縫隙處將產生或大或小的腐蝕[2]。如焊接連接缺陷位置的縫隙，電解質溶液進入其中后，加劇了腐蝕反應的發生。鋼結構縫隙表面內的金屬與縫隙外的金屬組成短路原電池，腐蝕反應速率快，縫隙中發生電化學腐蝕的概率高，且腐蝕危害性大。如長期未處理這一部位的腐蝕情況，將導致連接件無法正常使用，鋼結構整體性不足。

1.2.4 應力腐蝕

在鋼結構體系中的腐蝕類型中，應力腐蝕相對復雜，除了有材料拉應力集中的作用，也受到環境因素影響，在二者的共同作用下腐蝕裂紋持續擴大，腐蝕嚴重程度明顯增強。鋼結構中的構件數量大，個別構件深受應力與外部腐蝕介質影響，表面氧化膜被破壞，破壞的表面與完好的表面之間分別為陽極與陰極，陽極的金屬離子被溶解，形成電流逐步向陰極流動[3]。但陽極與陰極相比面積小，電流密度大，被破壞表面如無法及時修復和處理，造成更為嚴重的腐蝕，對結構的危害較大。拉應力作用下被破壞白面的裂紋較大，且持續擴展，后續將出現斷裂應力腐蝕現象，嚴重影響鋼結構的整體穩定與安全。

1.2.5 疲勞腐蝕

橋梁中的鋼結構在酸堿環境下容易產生疲勞腐蝕。鋼結構體系中，局部位置的應力較大，出現裂縫的可能性較高。如鋼結構處于腐蝕環境，再加上有交變荷載，環境與荷載的雙重作用導致鋼構件抗疲勞性能顯著降低，長時間作用下會出現疲勞腐蝕。

2 鋼結構腐蝕的主要影響因素

2.1 大氣環境的影響

2.1.1 大氣相對濕度

水分是形成水膜的必要條件，如果不具備水的條件，鋼結構中很難形成水膜。如空氣中的相對濕度偏低，不具備形成水膜的條件，有害物質、氣體等難以進入水膜與其產生反應引發腐蝕。這一情況下鋼結構腐蝕微乎其微，幾乎可忽略不計。但如果鋼結構所處環境的濕度較大，為形成水膜創造了條件，該水膜易與空氣中的有害物質、有毒氣體等發生反應，腐蝕速率快且危害大。

2.1.2 環境溫度

在分析鋼結構腐蝕現象時，也需了解環境溫度對腐蝕的影響。如外部的環境溫度偏低，則腐蝕速度緩慢。在環境溫度達到特定值的情況下，腐蝕離子之間有強烈作用，腐蝕速率大，引發的腐蝕對鋼結構產生較大的負面影響。

2.1.3 大氣中的有害氣體

大氣中的氣體、物質類型等相對較多，有害氣體的類型與含量同樣也影響著鋼結構腐蝕。如大氣中存在CO2、NO2等氣體，其進入水膜后將伴隨著分解與氧化過程，鐵離子分散，鋼結構腐蝕破壞無法避免。

2.1.4 大氣中的塵埃

大氣中的塵埃也與腐蝕程度有關。粉塵顆粒小，進入水膜后迅速與其他有害物質融合，腐蝕速率快且危害大。

2.2 橋梁鋼結構的影響

橋梁工程的規模龐大，鋼結構體系復雜，不同鋼構件之間多采用焊接連接。但焊接作業中如有工藝不當、操作不規范等問題，將導致焊接部位出現縫隙。該縫隙成為電解質溶液的通道，創造短路原電池條件，增大腐蝕威脅。因此，鋼結構腐蝕也與其結構體系有關，為有效預防腐蝕現象，施工人員在前期的設計環節，應從預防腐蝕角度展開一系列優化。

3 橋梁鋼結構防腐技術

3.1 防腐涂層體系的設計

為實現橋梁鋼結構體系中防腐目標，需綜合各方面因素設計防腐涂層體系，利用該涂層起到隔離、保護作用。鋼結構防腐涂層設計中，不僅需選擇符合要求的涂層配套體系，還需嚴格控制涂層厚度。

根據當前我國大部分橋梁鋼結構的防腐施工要求，防腐涂層體系主要為地-中-面3層長效配套涂層體系。該體系由3層構成：底漆為一道或兩道富鋅漆，富鋅漆的電化學保護作用明顯，施工效果良好。中間漆為一道環氧云鐵漆，如施工作業中涂層厚度較大，超過150 μm的情況下需增設一道，并確保粗糙度符合要求，以便與面漆充分貼合。面漆是在不同時間段涂刷的兩道氟碳高性能漆，這類型材料的耐久性好，適用范圍廣[4]。

當前絕大部分橋梁的鋼結構防腐處理，都會通過設計防腐涂層體系來實現。施工作業中，相關人員需遵循有關的施工標準，發揮其在結構體系中的保護作用。在涂層厚度方面，需要合理確定底漆厚度。相關設計標準中明確規定底漆厚度在40～80 μm，但實際的工作中可根據橋梁鋼結構防腐施工的要求適當調整，一旦底漆厚度較小，應在中漆彌補。

3.2 使用抗腐蝕性能的鋼材

橋梁鋼結構防腐施工中，防腐效果取決于多方面因素，鋼材性能是需關注的1個重要方面。市場上的鋼材類型較多，不同類型的鋼材在性能方面存在顯著差別，部分鋼材有良好的防腐能力，比如耐候鋼。

不同于普通鋼材，耐候鋼在原鋼材內部添加了抗腐蝕金屬元素，能抑制外膜內鐵離子與有害物質的作用。如在橋梁工程施工中采用耐候鋼材料，其抗腐性突出，在大氣環境中可形成防腐保護膜，可達到防腐效果。橋梁鋼結構中采用耐候鋼，不需設置涂料，防腐施工相對簡單，符合安全環保要求。但目前市場上的耐候鋼生產工藝還存在問題，需持續研究耐候鋼相關的材料，形成批量化生產模式，生產出造價更低、更符合安全環保要求的抗腐鋼材。

3.3 火焰噴涂

一些橋梁工程的鋼結構防腐施工中應用了火焰噴涂技術，它借助火焰極高的溫度熔化有腐蝕性能的鋼材，并將其附著于鋼構件表面，從而抑制腐蝕因子進入鋼結構中引發各類腐蝕。在利用火焰噴涂法處理鋼結構時，相關人員必須嚴格遵守施工標準，保障施工的規范性，特別需控制火焰溫度。

3.4 重防腐油漆

鋼結構防腐中也可利用油漆來實現，這一防腐施工的操作相對簡單，施工質量好。無論在國內還是國外的鋼結構防腐中，油漆涂裝防腐都相對常見，且施工操作的步驟基本相同。重防腐油漆與普通油漆相比，前者的防腐蝕效果更為理想，且耐久性好，外部環境因素等對其抗腐蝕效果的影響微乎其微。

鋼結構中采用重防腐油漆處理方式，其防腐作用表現為屏蔽與保護。重防腐油漆主要用在鋼結構表面，通過在表面形成涂層來起到阻隔作用，避免外部環境等加劇腐蝕。其鈍化緩蝕、抗腐蝕效果相對理想，可延緩水膜內化學反應的發生時間。

3.5 熱浸鍍

鋼結構防腐施工中，熱浸鍍工藝的應用頻次也相對較高。具體是在鋼結構表面位置鍍上一層帶鋅涂層，因為鋅材料具備抗腐蝕性能，對抑制腐蝕相對有效。此工藝的環保性、抗腐蝕、耐久性十分突出，在當前及未來都具有較大的發展潛力。

但熱浸鍍鋅也存在缺點，具體表現在以下兩方面：①由于該工藝的特殊性，很難在現場直接施工。一般需在工廠內預制再運輸到現場，整個過程中的運輸費用較高，運輸時間消耗長。②無法處理大尺寸構件。如果鋼構件的尺寸、質量較大，利用熱浸鍍鋅無法實現抗腐蝕，對造型復雜的構件或者接縫部位并不適用。由于熱浸鍍鋅工藝的這些不足，未來有關人員還需要從這些方面著手加以優化與調整。

4 橋梁鋼結構施工防腐策略

4.1 嚴格按照質量管理原則

橋梁鋼結構防腐施工的技術要求較高，如施工作業中缺乏質量控制與管理，可能誘發嚴重的質量事故。為杜絕此類問題，減少防腐質量問題，工程企業需將質量管理放在首要位置，采取合理化措施加強質量管理、技術控制，提高防腐施工的規范性。

根據橋梁工程鋼結構防腐施工經驗，防腐作業中現場作業人員需借助專業化材料。材料質量與性能是決定防腐施工效果的重要因素，因此施工企業必須加強材料質量控制。在材料采購階段加強對價格、性能的分析，選擇符合要求的材料，與可靠的材料廠家合作，并在材料進場時做好質量檢測與驗收，嚴禁不達標材料入場。如發現材料質量不達標，相關管理人員需及時與廠家溝通，協商更換或者處理。

一些鋼結構防腐施工時需使用專業化設備，這些設備的性能、操作也影響防腐效果。相關人員需加強設備的日常保養、維修、更換，引進新設備，解決設備中存在的諸多問題，保持設備的功能、性能優勢。在操作設備時嚴格執行操作規范與標準。

4.2 加強現場安全管理

橋梁工程的結構體系龐大，其中的鋼構件數量較多，部分鋼構件的質量龐大，造型獨特，施工過程中如缺乏安全管理，易造成現場的安全事故。因此，工程企業在現場應加強安全管理，通過全過程管理解決防腐施工中的諸多問題。

現場作業人員必須嚴格執行相應的操作流程，如在防腐作業中加強環境控制，保障良好的通風性，減小施工誤差，必要情況下應在現場配備防雨、防風設施。現場高空作業中，工程企業需為施工人員搭建腳手架或者配備腳手板，并加強施工監管，及時處理施工中的各類問題。針對開孔、角隅等特殊位置的防腐處理，如為涂層處理方式，在現場應多遍涂刷，以確保涂層厚度符合要求。現場作業結束后需分配專人負責現場清理。

4.3 規范現場人員操作行為

鋼結構的防腐處理效果取決于多方面因素，人員因素是不可忽視的方面。為避免人員操作失誤或者素質不達標引發問題，工程現場應安全專人負責施工監管，一旦發現個別人員存在防腐施工不規范的情況，需立即指出并向相關部門反饋問題，給予一定的懲罰。通過嚴格落實責任、執行獎懲來提高崗位人員的責任意識，使各個人員都能在防腐施工中履行其職責，遵守操作規范。日常的工作中企業需定期、不定期培訓，向有關崗位人員傳授鋼結構防腐施工的相關技術，并安排實踐訓練，提高人員的專業素質與能力。

5 結束語

鋼結構防腐施工關乎橋梁工程的質量與安全，隨著行業內對橋梁工程施工建設提出了新的要求，各工程企業在施工建設中應從思想上重視鋼結構防腐處理，引進先進的防腐材料與工藝，保障鋼結構整體性能。

參考文獻

[1] 高曉然.防腐設計在工業建筑結構設計中的應用分析[J].工程管理，2022，2（4）：24-25.

[2] 梁宏璞，保正才，楊海波.青藏鐵路站臺雨棚鋼結構防腐涂層抗老化性能研究與服役壽命預測[J].鐵道建筑，2022，62 （10）：141-146.

[3] 姜濤.建筑施工中的鋼結構防腐方法之研究[J].全面腐蝕控制，2022，36（9）：114-115.

[4] 何鵬.鋼結構工程防腐涂料施工工藝研究[J].造紙裝備及材料，2022，51（9）：141-143.