鋼橋鋼板的防腐涂裝

1、鋼橋鋼板的防腐涂裝現(xiàn)階段國內(nèi)外鋼制橋梁的結(jié)構(gòu)形式非常豐富，主要有大型鋼箱梁結(jié)構(gòu)、鋼桁架 結(jié)構(gòu)、鋼管拱或鋼箱拱結(jié)構(gòu)，多種鋼制疊合梁結(jié)構(gòu)等。從1955年的第一座跨越長江 的鋼桁架橋梁一一武漢長江大橋建成以來，大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁不斷涌現(xiàn)，這類橋梁的 鋼材用量一般都在萬噸甚至10萬噸以上。而表面腐蝕、應力腐蝕和疲勞腐蝕是使這 種特大鋼橋構(gòu)件長生外觀缺陷、壽命降低以至失去工作能力的重要原因之一。到目 前為止，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題正在給世界各國的國民經(jīng)濟帶來巨大的損失。一些主要的 工業(yè)國家每年由于鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的2%4%.而 且，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的事故危及到結(jié)構(gòu)的安全運行，腐蝕引起的災

2、難性事故屢見不 鮮，特別是焊接鋼結(jié)構(gòu)和承受較大應力狀況下的鋼結(jié)構(gòu)，由于應力作用下，腐蝕將 大大地加速。橋梁鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護日漸成為人們關(guān)注的課題。只有在設計建造 時，針對其自身的結(jié)構(gòu)特點和所處的環(huán)境條件采用相應的重防腐技術(shù)，同時合理考 慮后期的涂層養(yǎng)護，才能確保鋼橋的正常使用和長久壽命。美國是世界上擁有高速公路最長的國家，據(jù)美國1984年報導，鋼筋混凝土橋梁 57.5萬座，一半以上出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞，承載力不足，需要修復和加固、近年來，我 過因鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的拉索發(fā)生銹蝕造成的工程事故接連發(fā)生，如廣東海印大橋的拉 鎖銹斷事故，四川宜賓拱橋的吊桿腐蝕造成橋面墜落事故，這兩座橋的使用壽命均 不到10年

3、。山東有座大橋建在鹽堿地上，只用了 8年，現(xiàn)在已經(jīng)部分拆除并重建。防腐蝕涂裝體系中，底漆直接與鋼結(jié)構(gòu)表面結(jié)合，若底漆使用得當可能起到鋼 鐵表面的鈍化作用、屏蔽作用、甚至陰極保護作用，底漆完整無損，鋼材就不 會腐 蝕，因而底漆對防止鋼材腐蝕起著直接的至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)在國內(nèi)外的許多科學 家一致贊同的看法是：只要鋼結(jié)構(gòu)擁有“合適的防護”是個亟待解決的問題。鋼 鐵材料出現(xiàn)之后，即伴隨出現(xiàn)生銹腐蝕的問題，現(xiàn)有數(shù)以千種材料用于鋼的表面以 阻止它從可用的金屬變?yōu)椴豢捎玫难趸铩Ｔ噲D用于鋼保護材料中，鋅是最成功 的。有學者認為：無機富鋅涂層與有機富鋅涂層各有其特點，各有不同的用途，無機 富鋅涂層具有杰出的耐

4、環(huán)境侵蝕性能，耐化學性、耐溶劑性、耐輻射性，在惡劣環(huán)境 下它是鋼結(jié)構(gòu)件的最佳底涂層。國外防腐涂裝的發(fā)展日本是一個島國，海岸線長，海上橋梁或海濱橋梁也多，在預防腐蝕方面有 許多成熟的技術(shù)。日本在橋梁建設上，很注重施工工藝，是“三分材料、七分工藝” 的堅定執(zhí)行者。在鋼鐵工廠的產(chǎn)品表面先行除銹，表面甚至達到Sal/2之后，涂上 底漆，橋梁工廠制作部件進程中，還會污染，再次除銹，涂底漆，最后在現(xiàn)場完工。日本將苛刻服飾環(huán)境下能起正常保護作用15年以上的涂料稱為重防腐涂料。日 本和國際上其他國家一樣，軒轅重防腐涂裝，追求長壽命。重防腐涂料應該是膜厚、 高固體分、易于噴刷（觸變功能好）。具體要求：對鋼基體具

5、有良好的結(jié)合力，有良好的物理機械性能，如收縮率低、適當?shù)?硬度、韌性、耐磨性、耐溫性；對各種介質(zhì)有良好的耐蝕性，如海洋、工業(yè)大氣、酸、堿、鹽等；能有效抵抗各種介質(zhì)的滲透；現(xiàn)有施工技術(shù)易于進行施工。這四點要求是較為苛刻的，但日本正在按這些要求去做；。如在日本關(guān)西國際 機場聯(lián)絡橋部分鋼結(jié)構(gòu)涂裝體系中：1.選用了保護鋼結(jié)構(gòu)免遭腐蝕性能較好也較通用 的富鋅底漆，尤其突出使用了無機富鋅底漆；2.選用了耐酸堿優(yōu)良的環(huán)氧樹脂、耐大 氣曝曬的丙烯酸聚氨酯樹脂；3.選用了厚膜涂層，噴涂7道，共335m。這三點正 是滿足了重防腐涂裝設計要求，表明了日本在鋼橋防護方面所達到的高水平。在歐洲和北美地區(qū)鋼橋的防腐發(fā)展過

6、程是：20世紀40年代為油漆防腐;5070 年代為重防腐涂料防腐、熱浸鋅防腐、火焰噴涂防腐、電弧噴涂防腐并存；80年 代以后，隨著電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展，電弧噴涂防腐魚火焰噴涂相比涂層與基本結(jié)合力 高、生產(chǎn)效率高，因而得到廣泛應用，初期大多為噴涂鋅，現(xiàn)在電弧噴涂鋁為防腐發(fā) 展的大趨勢。美國聯(lián)邦公路管理局FHWA-RD-96-058報告指出，熱噴涂至少可以保證30年 的有效服務期。英國橋梁工程師認為對于結(jié)構(gòu)設計階段就應考慮防腐方案，金屬噴 涂層能使大型昂貴的鋼結(jié)構(gòu)得到長期保護，封閉的噴涂金屬涂層比裸鋼上油漆涂層 需要的維護既少又簡單。國內(nèi)防腐涂裝的發(fā)展建國50多年來，鋼橋梁防腐技術(shù)的變化也主要集中在

7、對油漆的種類進行調(diào)整。 如20世紀5060年代鋼橋梁防腐采用紅丹防銹漆加云鐵醇酸面漆的鉛系環(huán)境污染涂 料，并一直主導著我國鋼橋梁的防腐。隨著大型鋼橋梁的建設，其防腐問題開始突出，鉛系涂裝體系的防腐耐久性差和維護費用高昂的缺點日漸顯現(xiàn)，80年代開發(fā)了 重防腐涂料，經(jīng)過對底、中、面漆的配套使用，使鋼橋的防腐壽命有較大提高，90 年代國外重防腐同類涂料開始進入國內(nèi)市場，促進了國內(nèi)重防腐技術(shù)的發(fā)展，逐步 改進了我國鉛系涂裝體系的傳統(tǒng)模式，形成了以金屬涂噴和含鋅涂料為核心的重防 腐技術(shù)，滿足其工藝要求以后，可以保證約10年的有效壽命。隨著我國對防腐耐久性、維護經(jīng)濟和環(huán)境保護的高標準要求，電弧噴涂長 效防

8、腐已經(jīng)逐漸應用于煤炭、海洋部門和輸變電塔等，并逐步推廣到鋼橋，可以 做到一次的防腐與鋼橋設計壽命同步。1.防腐涂裝作用機理和失效機理隨著涂裝工藝的發(fā)展，重防腐涂裝成為鋼橋防腐 的主流。在重防腐涂料中，其防腐涂裝工藝和涂料品種都非常相似，即涂層設計由 底漆、中間漆和面漆組成的多層涂裝體系；油漆品種均為環(huán)氧（有機）富鋅底漆、 環(huán)氧云母氧化鐵中間漆和聚氨酯類或環(huán)氧類或氯化橡膠面漆等組成。首先，涂層將 鋼鐵與腐蝕環(huán)境機械隔離開；其次，發(fā)生鈍化緩蝕作用，涂裝體系中，第一道車間底 漆對鋼鐵有鈍化緩蝕作用，增加油漆層附著力；最后，陰極保護作用。防腐底漆對鋼 鐵中如添加鋅粉仗口富鋅底漆），對鋼鐵提供陰極保護。

9、涂層對橋梁鋼結(jié)構(gòu)提供的腐 蝕保護以機械屏蔽的隔離防護為主，涂層的老化、粉化使這種隔離作用減弱或失去 作用，其陰極保護作用的鋅粉通過涂料中成膜物質(zhì)的粘合與鋼鐵相結(jié)合。隨著成膜 物質(zhì)的裂解、老化使鋅粉無法與鋼鐵相結(jié)合，這樣陰極保護作用自然消失。其次油 漆涂層本身有無數(shù)微孔，長期處在鹽霧、潮濕環(huán)境下，氯離子、水分子等會透過針 孔腐蝕基本金屬，在油漆層與基本金屬交界處鋼鐵防腐產(chǎn)物體積積聚膨脹，導致油 漆層剝落，腐蝕沿著油漆層剝落處向四周迅速擴散，導致整個防腐體系失效。金屬涂噴技術(shù)中尤以電弧噴涂應用最廣，噴鋁防腐利用特制的噴涂設備，在極 短的時間內(nèi)，將耐腐金屬材料鋁充分熔融、霧化噴涂到預先噴砂除銹的鋼箱

10、表面， 形成純度高、結(jié)合力強的機械-冶金結(jié)合噴涂層。首先，鋁層比鋼鐵有更高的耐腐蝕 性，鋁表面能形成氧化物保護膜，防止鋁的進一步氧化；其次，鋁層有比鋼鐵更好的 負電極電位，鋁層作為陽極，以比較低的速率犧牲自體對鋼鐵長久提供電化學保 護；最后，在電弧噴涂鋁層上均勻涂敷含有抑制腐蝕的專用封閉劑，進一步隔離腐蝕 介質(zhì)侵蝕基本材料，同時減少或阻止上述鋁層氧化和電化學反應的發(fā)生，從而延長 了防腐涂層的使用壽命。2.國內(nèi)鋼橋面防腐涂裝的應用鋼橋面防腐涂裝體系主要包括鉛系防腐涂裝體系、重防腐涂裝體系兩種。鉛系 防腐涂裝體系是指以鉛系防腐涂裝為主體以富鋅涂料為底漆的防腐系統(tǒng)，我國的鐵 路橋梁及早起的公路橋梁大

11、都采用了 ”紅丹防銹漆+云鐵醇酸面漆”的鉛系防腐體 系，該體系施工簡單，費用較低，但耐久性較差，并且施工強度大，不符合環(huán)保技術(shù) 要求，目前已經(jīng)基本不再采用此防腐體系。重防腐涂裝體系是指以富鋅涂料為底 漆，使用氯化橡膠等合成樹脂涂料的涂裝系統(tǒng)。該涂裝系統(tǒng)與鋼板的粘結(jié)力強，具 有長達2030年耐久使用期。目前國內(nèi)采用的重防腐涂裝系統(tǒng)大致有如下三個方 案：一：環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間層+丙烯酸聚氨酯面漆二：無機富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間層+丙烯酸聚氨酯面漆三：熱噴金屬鋅（鋁） 層+環(huán)氧云鐵中間層+丙烯酸聚氨酯面漆南京長江第二大橋與江陰長江公路大橋均采 用環(huán)氧富鋅底漆涂裝，武漢白沙洲大橋采用了無機富鋅底漆涂裝，武漢軍山大橋則 采用方案三的涂裝體系，但未進行任何封孔處理。結(jié)語腐蝕問題是影響鋼橋長期