鋼橋面板粗糙度及防腐層優選

鋼橋面鋪裝是指鋪設在正交異性鋼橋面板上，保護鋼板并提供良好行駛性能的薄層構筑物，它的好壞直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁耐久性及投資效益和社會效益。鋼橋面鋪裝的行車舒適性、安全性、耐久性等已經成為評價橋梁工程質量的主要指標。

鋼材的最大弱點之一就是容易銹蝕，而且由于其鋪裝在河流之上，潮濕的環境使得鋼橋面板更容易銹蝕。為防止鋼橋面板銹蝕，在鋪裝時首先應該對其進行防腐鋪裝。因防腐涂裝失效導致鋼橋面板銹蝕而造成的鋼橋面鋪裝脫層或滑移等是鋼橋面鋪裝的重要病害[1～2]。

基于以上考慮，本文選取使用效果較好的環氧富鋅漆、環氧清水漆及環氧瀝青粘結材料，分別進行了粗糙度-粘結力試驗和漆膜耐銹蝕試驗。在此基礎上，探討鋼橋面板最適宜的粗糙度及最優的防腐材料和鋪裝方式。

1 鋼橋面防腐層

一般來講橋面鋪裝包括防腐層、粘結層、防水層和鋪裝面層[3]。其中防腐層直接噴涂于除銹后的鋼橋面板上，使鋼橋面板與外界環境相互隔絕，防止鋼橋面板被腐蝕而生銹。

從結構上來看，鋼橋面板防腐層處于鋼板上鋪裝物的最底層。它下與鋼板直接接觸，上連粘結層。在功能上，兼起防止鋼橋面板生銹和連結鋪裝層與橋面鋼板的作用。這兩種功能決定了對其要求不同于普通防銹漆。

一般來說，對鋼橋面板防腐層的性能要求主要包括：優越的防銹性能、與鋼板之間具有優異的粘結性能以及良好的耐熱性和耐低溫性。現在工程中常用的防腐涂料有環氧富鋅漆、環氧清水漆等。工程應用中要求的相關技術指標見表1。

表1 防腐漆的主要性能指標

2 試驗

2.1 試驗材料

防腐涂料為天津市朝暉化工廠提供的環氧富鋅漆以及天津富日環氧清水漆，二者均需按照一定的配比在一定條件下混合攪拌均勻，熟化20min之后涂抹。

環氧瀝青粘結劑采用國產句容市寧武化工有限公司的HLN-2451環氧瀝青粘結劑，有A、B兩種組分，在128℃條件下按照1∶2.45的比例進行混合并按照規定的用量均勻涂抹在試件表面。

試件為φ50mm×20mm和50mm×30mm×3mm兩種形狀尺寸的鋼板。

2.2 試驗方法

2.2.1 粗糙度-粘結力試驗

GB 8923—1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》規定，防腐施工主要有2方面要求：除銹等級(清潔度)和粗糙度。除銹等級表示清除鋼板表面氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物的程度等級。粗糙度是指處理后鋼材表面凹凸的程度，一般用表面上波峰到波谷的最大高差表示，單位為μm。

對于噴射或拋射除銹過的鋼材表面，共有4個除銹等級，分別以Sa1，Sa2，Sa2.5和Sa3表示。但是對于粗糙度，則沒有一個明確的要求，而粗糙度對防腐層與鋼板之間的結合力有重要影響，各地根據不同的環境條件及施工工藝對粗糙度有不同的規定。為測定鋼橋面板的合理粗糙度，本文研究中進行了粗糙度-粘結力試驗。

試驗過程中鋼板除銹等級均為Sa2.5，采用世銳噴砂機對φ50mm×20mm圓柱形拉拔試件成型面進行粗糙度處理，分為 24、46、60、80、100μm 5個粗糙度等級。噴砂拋丸處理后的鋼板表面見圖1。

圖1 噴砂拋丸處理后的鋼板

按照1∶2.45的比例稱取環氧瀝青A、B組分，在128℃下預熱后拌和均勻。以0.5 L/m2的涂量均勻涂布在圓形鋼板表面，涂布均勻后將鋼板粘結，整個過程在鋼板進行噴砂除銹后4 h內完成。為防止鋼板將粘膠擠出，成型后的試件用透明膠帶密封后置于120℃的烘箱中高溫養護4 h。在室溫下靜置24 h后測定破壞載荷F。

2.2.2 漆膜耐銹蝕試驗

在鋼板表面涂布防腐層，在一定條件下對漆膜進行破壞并通過漆膜破壞后的鋼板質量損失比對不同防腐涂層的耐腐蝕性能進行評價。

將切割好的50mm×30mm×3mm鋼板按照相關規定進行清潔后稱量鋼板質量m1。將防腐涂料均勻涂布于鋼板表面，使其充分固化后將鋼板浸入濃度10%的鹽水中沸煮30min（鹽水沒過試件2mm）。后將試件取出置于100℃的烘箱中保溫30min，然后在常溫下靜置12 h。如此循環5次后，置于10%的鹽水中浸泡50 d后取出晾干，清除表面防腐涂料，稱量鐵板質量m2。

按照式（1）計算質量損失比

式中：m1為鋼板初始質量，g；m2為鋼板侵蝕后質量，g；m0為鋼板質量損失率，%。

3 試驗結果及分析

3.1 粗糙度-粘結力

使用300 kN萬能試驗機對試件進行粘結強度試驗。在達到最大載荷時，部分試件鋼板與粘結層的連接被拉開，部分試件粘結層本身破壞。每組試驗3個試件，平均破壞載荷及粘結強度見表2，試件破壞形態見圖2。

表2 粗糙度-粘結力試驗結果

圖2 粗糙度-粘結力試驗試件破壞形態

由表2可見，粘結層與鋼板的粘結強度隨著鋼板粗糙度的變化而不同。粘結強度在一定范圍內隨著粗糙度的增加而增大，在粗糙度60μm時粘結強度達到最大值。這是因為在這個范圍內隨著粗糙度的增大，有效粘結面積增大。

但當粗糙度超過60μm時，粘結強度隨著粗糙度的增大反而減小。這主要是因為粗糙度太大，粗糙的表面不能被涂料很好地浸潤，使得實際有效接觸面積減小，粘結強度降低；另一方面，封閉在凹陷處的空氣還會造成鋼板的點蝕，銹蝕后的鋼板粘結力亦下降。所以鋼板過高的粗糙度反而對粘結強度不利。

3.2 漆膜銹蝕

漆膜耐銹蝕試驗每種防銹處理方式5個試件，試驗后質量損失率見表3。

表3 漆膜耐銹蝕試驗

續表3

由表3可見，涂刷防腐層的鋼板耐銹蝕性能較未處理的鋼板明顯提高。其中效果最好的是環氧富鋅漆，經過處理后，鋼板質量損失率只有0.11%，比未處理的鋼板降低96.2%。

用于粘結層兼做防腐涂層的環氧瀝青雖然能起到一定的防腐蝕性能，但相對于防腐材料而言，其耐侵蝕性能相差很遠。故在鋼橋面鋪裝時，環氧瀝青粘結層下面應該涂刷專門防腐涂層。防腐層可根據施工條件選擇環氧富鋅漆或環氧清水漆。

4 結論

1）本研究試驗條件下，粗糙度為20～60μm時，粘結強度隨鋼板粗糙度數值提高而增大；粗糙度為60～100μm時，粘結強度隨粗糙度增大而降低。最佳粗糙度為60μm。

2）涂刷防腐層的鋼板耐銹蝕性能較未處理的鋼板明顯提高。其中環氧富鋅漆效果最好，鋼板質量損失率較未處理的鋼板降低96.2%。

3）環氧瀝青粘結層能夠起到一定的防侵蝕作用，但是整體效果并不理想，與環氧清水漆和環氧富鋅漆相差甚遠,故鋼橋面必須專門設置防腐層。

[1]李 瑋，田仲初.鋼橋面鋪裝病害調查及分析[J].科學之友（B版），2008，（9）：46-47.

[2]黃 衛，錢振東，張 磊.鋼橋面鋪裝局部修復方案試驗研究[J].土木工程學報，2006，39（8）：87-90.

[3]李茂濤，何兆益.鋼橋面鋪裝技術探討[J].重慶交通學院學報，2004，23（5）：5-7.