鋼橋的防腐涂裝

[摘要]隨著橋梁跨度的增大，鋼橋的應用越來越多。腐蝕問題是影響鋼橋長期使用安全性的重要問題，系統介紹目前鋼結構的主要防腐措施、涂裝前鋼表面常用除銹工藝和除銹等級、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，供鋼橋防腐涂裝設計參考。

[關鍵詞]鋼橋 除銹 粗糙度 防腐涂裝

中圖分類號：TB1文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0420080－02

為進一步擴大內需、促進經濟平穩較快增長，中國又掀起了新一輪的路網建設高潮。大量的工程建設中，由于鋼的強度高、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。調查表明，美國在1975年因金屬腐蝕受到的經濟損失約為700億美元，當年美國的國民生產總值為16770億美元，一年中金屬腐蝕所造成的經濟損失約占當年GNP的4.2%。至今美國仍按GNP的4.2%估算每年因金屬腐蝕而受到的經濟損失[1.2]。其他國家也陸續進行了調查，結果表明金屬腐蝕造成的經濟損失大致為該國國民生產總值的4%。為保證鋼橋在設計年限內的長期使用安全

性，做好鋼橋的防腐十分重要。

一、鋼結構的防腐蝕措施

目前，鋼結構的防腐蝕措施主要有以下五種：

1．耐候鋼。耐腐蝕性能優于一般結構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層，以提高耐腐蝕性。其低溫沖擊韌性也比一般的結構用鋼好，執行標準為《焊接結構用耐候鋼》（GB4172-84）。

2．熱浸鋅。熱浸鋅是將除銹后的鋼構件浸入600℃左右高溫融化的鋅液中，使鋼構件表面附著鋅層，鋅層厚度對5mm以下薄板不得小于65μm，對厚板不小于86μm，從而起到防腐蝕的目的。這種方法的優點是耐久年限長，生產工業化程度高，質量穩定。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給防腐蝕留下隱患，應避免設計出具有相貼合面的構件，以免貼合面的縫隙中酸洗不徹底或酸液洗不凈。對于管形構件應該讓其兩端開敞，兩端封閉會造成管內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，易在管內積存。

3．熱噴鋁（鋅）復合涂層。這是一種與熱浸鋅防腐蝕效果相當的長效防腐蝕方法。具體做法是先對鋼構件表面作噴砂除銹，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孔，形成復合涂層。此法無法在管狀構件的內壁施工，因而管狀構件兩端必須做氣密性封閉，以使內壁不被腐蝕。這種工藝的優點是對構件尺寸適應性強，構件形狀尺寸幾乎不受限制。另一優點是這種工藝的熱影響是局部的，受約束的，因而不會產生熱變形。與熱浸鋅相比，這種方法缺點的工業化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動強度大，質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效防腐蝕方法。它一次成本低，但維護相對成本較高。涂層法施工的第一步是除銹。優質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。現場施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環境，不同的涂層對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，中間漆的作用是增加涂層的厚度以提高整個涂層系統的屏蔽性能，中間漆對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，能保護底漆不受大氣腐蝕，并能抗風化。選用不同涂料時要注意它們的相容性。涂層的施工要有適當的溫度（5～38℃之間）和濕度（相對濕度不大于85%）。涂層的施工環境粉塵要少，構件表面不能有結露。涂裝后4小時之內不得淋雨。涂層一般做4～5層，干漆膜總厚度可加厚為200～300μm。

5．陰極保護法。在鋼結構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構。

涂層防護因其施工方便，防腐效果好而得到廣泛應用。我國鋼橋的防腐一般采用涂層保護法，并形成了鐵路和公路行業各自的行業推薦標準。

二、涂裝前鋼表面處理方法

鋼橋構件在加工、運輸、存放等過程中，表面往往會帶有氧化皮、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件表面上，涂裝前就必須進行表面清理，否則，不僅影響涂層與基體金屬的結合力，還會使基體金屬在即使有涂層防護下也能繼續腐蝕，使涂層剝落，影響鋼橋構件的使用壽命。為提供良好的工件表面，涂裝前對鋼橋構件表面的處理有以下幾點：（1）無油污及水分；（2）無銹跡及氧化物；（3）無粘附性雜質；（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“St”。用手工和動力工具，如用鏟刀、手工或動力鋼絲刷、動力砂紙盤或砂輪等工具除銹，用手工可以除去鋼橋構件表面的銹跡和氧化皮，但手工處理勞動強度大，生產效率低，質量差，清理不徹底。

2．化學處理。符號“Be”。主要是利用酸性或堿性溶液與鋼橋構件表面的氧化物及油污發生化學反應，使其溶解在酸性或堿性的溶液中，以達到去除工件表面銹跡氧化皮及油污的目的。化學處理適應于對薄板件清理，但缺點是，若時間控制不當，即使加緩蝕劑，也能使鋼材產生過蝕現象。對于較復雜的結構件和有孔的零件，經酸性溶液酸洗后，浸入縫隙或孔穴中的余酸難以徹底清除，處理不當，將成為工件以后腐蝕的隱患，且化學物易揮發，成本高，處理后的化學費液排放工作難度大，處理不當，將對環境造成嚴重的污染。隨著人們環保意識的提高，該處理方法正被機械處理法取代。

3．機械處理法。符號“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，拋射至工件進行除銹清理的方法。但拋丸靈活性差，受場地限制，清理工件時有些盲目性，在工件內表面易產生清理不到的死角。設備結構復雜，易損件多，特別是葉片等零件磨損快，維修工時多，費用高，一次性投入大。噴丸又分為噴丸和噴砂。用噴丸進行表面處理，打擊力大，清理效果明顯，但噴丸對薄板工件的處理，容易使構件變形。鋼丸打擊表面（無論拋丸或噴丸）使金屬基材產生變形，由于Fe3O4和Fe2O3沒有塑性，破碎后剝離，而油膜與基材一同變形，所以對帶有油污的工件，拋丸、噴丸無法徹底清除油污。在現有的工件表面處理方法中，清理效果最佳的還數噴砂清理。噴砂適用于工件表面要求較高的清理。我國目前通用噴砂設備中多由鉸龍、刮板、斗式提升機等原始笨重輸砂機械組成。用戶需要施建一個深地坑及做防水層來裝置機械，建設費用高，維修工作量大，噴砂過程中產生大量的砂塵無法清除，影響操作工人的健康并污染環境。拋丸法和噴丸法要求環境濕度小于85%。

4．火焰除銹。符號“FI”是利用氧乙炔焰及噴嘴進行除銹的一種方法。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。對厚度近于5mm的鋼材進行除銹時，應注意火焰的溫度。

三、涂裝前鋼表面除銹等級和粗糙度

我國鋼橋的涂裝前鋼表面除銹常用機械處理和手工處理兩種方法[4，5]。我國國家標準《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》GB8923-88，對鋼表面除銹等級有明確規定。

對機械處理法（噴射或拋射除銹）分為四個等級：（1）Sa1輕度的噴射或拋射除銹，鋼材表面應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，任何殘留的痕跡應僅是點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，該表面應顯示均勻的金屬色澤。

對手工處理法（手工和動力工具除銹）分為兩個等級：（1）St2徹底的手工和動力工具除銹，鋼材表面應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力工具除銹，鋼材表面應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。除銹應比St2更為徹底，底材顯露部分的表面應具有金屬光澤。

為提高涂裝的附著性能，對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。我國國家標準《表面粗糙度參數及其數值》GB/T1031-1995規定，表面粗糙度主要評定參數可采用下面三種的一種：（1）輪廓算術平均偏差Ra；（2）微觀不平度十點高度Rz；（3）輪廓最大高度Ry。

四、鐵路和公路鋼橋涂裝推薦標準的比較

我國現行鐵路（鐵路鋼橋保護涂裝TB/T 1527-2004）和公路（公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件JT/T 722-2008）行業的防腐涂裝行業推薦標準均推薦采用涂層保護法。總體看來，公路標準比鐵路標準推出晚，相對于鐵路標準，規定更為詳細和明確，兩個標準的基本內容一致，即均界定了三類涂裝階段：初始涂裝（新建橋梁鋼結構的初次涂裝包含二年缺陷責任期內的涂裝、維修涂裝（橋梁在其運營全過程中對涂層進行的維修保養）、重新涂裝（徹底的除去舊涂層、重新進行表面處理后，按照完整的涂裝規格進行的涂裝），均給出了涂裝前鋼表面須采用機械處理法和手工處理法除銹，對除銹等級和粗糙度的具體要求，都推薦了涂裝配套體系，涂層質量要求和相應的各種試驗方法[6，7]。

主要的區別有以下幾點：

1．公路標準明確給出了涂層體系保護年限分類，即普通型（10～15年），長效型（15～25年），而鐵路標準沒有給出涂層體系保護年限。

2．公路標準明確給出了涂裝部位分類，把涂裝部位分為七類：外表面、非封閉環境內表面、封閉環境內表面、鋼橋面、干濕交替區和水下區、防滑摩擦面、附屬鋼構件，包括防撞護欄、扶手護欄及底座、燈座、泄水管、鋼路緣石等。鐵路標準對涂裝部位分類隱含在條文和涂裝配套體系中，分類也不如公路標準詳細。

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

4．公路標準明確指出按照腐蝕環境、工況條件、防腐年限設計涂層配套體系，并把涂層配套體系與腐蝕環境的國際分類（ISO12944-2）相關聯，更易操作；鐵路標準把對腐蝕環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．同等腐蝕環境下，公路標準的普通型涂層體系的總干膜厚度要比鐵路標準的厚度厚約20μm～60μm，長效型的總干膜厚度更厚。鐵路標準僅提供一種涂層體系，無普通型和長效型涂層體系之分。

五、結語

腐蝕問題是影響鋼橋長期使用安全性能的重要問題。隨著我國交通基礎設施建設的發展，大跨徑鋼結構橋梁的建設急劇增加，橋梁鋼結構防腐問題越來越受到重視。本文系統介紹了橋梁鋼結構防腐的相關內容，并對鐵路、公路鋼橋涂裝行業標準進行了對比分析，供鋼橋防腐設計時參考。目前，一種新型的涂裝+除濕系統綜合防腐體系正在逐步在大型橋梁中應用[8-10]。其防腐原理是，如果空氣的濕度降到40%以下，鋼結構的腐蝕就很難發生，防腐效果好，但日常運營費用較高、除濕系統僅適用于密閉體系。

參考文獻：

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[4]國家技術監督局，表面粗糙度參數及其數值GB/T 1031-1995[S].北京：中國標準出版社，1995.

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[6]中華人民共和國鐵道部，鐵路鋼橋保護涂裝TB/T 1527-2004[S].北京：中國標準出版社，2004.

[7]中華人民共和國交通運輸部，公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件JT/T 722-2008，北京：中國標準出版社，2008.

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[9]凌曉、張少錦、余錦秀等，廣州珠江黃埔大橋特殊結構件的腐蝕與防護[A].中國公路學會橋粱和結構工程學會2007年橋粱學術討論會論文集[C].北京：人民交通出版社，2007．

[10]武峰、張冀蜀、蔡賢楨，武漢陽邏長江公路大橋鋼箱梁防腐涂裝[J].橋梁建設，2008,(3):63～66.

作者簡介：

梁秦紅，女，陜西人，武漢鐵路橋梁學校，講師，學士。