大型鋼結構橋梁防腐蝕措施探討

文 中國路橋工程有限責任公司 王宏鳴

目前，歐美等發(fā)達國家鋼結構橋梁占比遠大于國內，而國內鋼結構腐蝕造成的年度經濟損失卻與發(fā)達國家十分相近。在國內外鋼結構橋梁使用比例差較大的情況下，說明我國在防護鋼結構腐蝕方面還落后于歐美發(fā)達國家。

大型鋼結構橋梁腐蝕類型

均勻腐蝕

這種腐蝕在大型鋼結構橋梁中較為常見，其特點表現(xiàn)為腐蝕在金屬表面分布較為均勻，腐蝕速度相同。被腐蝕的鋼結構金屬會慢慢變薄，變薄速度均勻，能夠對鋼結構性能產生整體影響。

點蝕

通常在干燥環(huán)境下鋼結構不易出現(xiàn)腐蝕，但也存在局部點蝕情況，其腐蝕為點狀，這種腐蝕是大型鋼結構橋梁中的難點問題，會造成大型鋼結構橋梁出現(xiàn)蝕孔或麻點現(xiàn)象，且蝕孔和麻點隨著時間的推移慢慢向周邊蔓延，最終導致大型鋼結構橋梁出現(xiàn)嚴重損壞。

縫隙腐蝕

大型鋼結構橋梁在金屬對金屬接頭和金屬對非金屬接頭部位存在間隙。一些塵埃或雜質散落在縫隙中可導致發(fā)生腐蝕，通常在螺栓、鉚接等連接部位，倘若不及時處理，腐蝕情況將會加重，影響橋梁結構的穩(wěn)定性和使用安全性。

大型鋼結構橋梁腐蝕原因分析

自然環(huán)境因素

大型鋼結構橋梁通常建立在較為寬廣的河海上，海水中的一些結晶、硫酸鹽等在長期作用下會腐蝕橋梁；由于河水蒸發(fā)導致橋梁周圍濕度較高，大氣中的CO2、SO2、H2S和氯化物等酸性氣體轉變?yōu)樗嵝噪娊赓|，從而破壞鋼結構橋梁表面的保護膜，最終破壞鋼結構橋梁本身；此外，大氣中的鹽顆粒、灰塵等可以吸附一些具有腐蝕作用的氣體，雖然其含量較低，但是能夠導致空氣中腐蝕性氣體濃度升高，也會使鋼結構橋梁被腐蝕。更為普遍的是風、雨、霧、雪和溫差濕度等天氣因素也會增加大型鋼結構橋梁的腐蝕幾率。

鋼梁結構因素

大型鋼結構橋梁在部件連接上多采用焊接結構或者是鉚拴結構，連接部位之間不可避免有縫隙存在，而這些縫隙又極易留存塵埃使該部位出現(xiàn)腐蝕，通常情況下縫隙部位腐蝕情況與縫隙外部相比，前者腐蝕情況較為嚴重。主要是因為縫隙部位內缺乏氧氣，可在縫隙內外形成氧濃差電池，發(fā)生酸自催化作用，加速腐蝕發(fā)生，導致鉚釘和拼接板因生銹而變形。

另外，在鋼結構橋梁與混凝土相連接的位置，因為混凝土中的鋼筋存在于堿性環(huán)境中，鋼筋為鈍化狀態(tài)，而混凝土外面的鋼材沒有實現(xiàn)鈍化，混凝土內外鋼材因存在PH差而形成了電位差，由此產生活-鈍化電池，從而引發(fā)腐蝕。

大型鋼結構橋梁長期受到腐蝕和交變應力的共同作用，鋼結構節(jié)點的位置應力較大，難以自行減小，這種情況會導致壓力使腐蝕惡化，部件節(jié)點處腐蝕最為嚴重。

國內外大型鋼結構橋梁的主要防腐措施

熱浸鍍鋅防腐

熱浸鍍鋅防腐的原理主要是在鋼結構部件表面形成致密的鋅涂層。首先，將酸洗和除銹的鋼結構部件浸入待潤濕的溶劑中，然后浸入480℃至520℃的熔融鋅溶液中，確保鋼結構部件表面能夠形成一層鋅液，鋅液冷卻到一定溫度后即為鍍層。鍍層主要能夠對腐蝕雜質發(fā)揮隔絕效果，且在鍍層出現(xiàn)損壞后，還可以對犧牲陽極的陰極起到保護作用。通常所使用的鍍鋅涂層厚度為80μm，其優(yōu)點是耐蝕性較高，使用時間較長，并且在使用過程中不需要對其進行著重維護。但是，熱浸鍍鋅技術受到地點的限制，不能在鋼結構加工場地或橋梁施工現(xiàn)場進行。對于形狀復雜的工件、邊角落、縫隙等的浸鍍效果差，且需要現(xiàn)場焊接的位置無法進行鍍鋅處理（或現(xiàn)場會除去鍍鋅層）。

涂裝涂料防腐蝕

涂裝涂料防腐優(yōu)點表現(xiàn)在成本消耗較低、實踐操作簡單，且對于施工場地沒有特殊要求。一般鋼結構橋梁現(xiàn)場的防腐多采用涂裝涂料防腐技術，且多由具有耐腐蝕性高的涂料進行全面的防腐涂裝，由底漆、中間漆和面漆組成，具有良好的耐溫性和簡易的施工性能。防腐原理主要有物理屏蔽、鈍化及抑制腐蝕和陰極保護。涂裝涂料防腐蝕的關鍵在于除銹和涂料的選擇，在實踐中，要合理設計配套涂層和涂料。涂層系統(tǒng)的防腐壽命第一次一般為10年左右，10年后將進行首次涂層維護,首次維護后3至5年需要再次維護。歐美國家有鋼結構橋梁涂裝防護的專業(yè)隊伍，年復一年對某大型鋼結構橋梁進行涂裝防腐。

電弧噴涂復合涂層

電弧噴涂主要使用噴涂材料送絲裝置、輸電設備及噴槍等設備，通過噴槍導電嘴使一種金屬涂料帶正電，另一種帶負電，當兩種金屬絲接觸時，會產生電弧將金屬涂料熔化，再利用壓縮空氣將熔化的液滴霧化，并快速噴灑在準備好的工件表面上形成涂層。電弧噴涂可涂鋅或者是涂鋁，合金涂層也較為常見，不僅可以對鋼結構發(fā)揮物理封閉效果，還可以保護局部犧牲陽極的陰極。既具備浸鍍鋅防腐優(yōu)點，也具備有涂料涂裝防腐優(yōu)點，具體表現(xiàn)在四點：一是可以保證長時間防腐蝕；二是電弧噴涂和涂層應用具有較高的生產效率，可在鋼結構加工和橋梁裝配現(xiàn)場進行防腐操作，不受環(huán)境條件的限制；三是在設計使用年限中不用進行防腐維護；四是采用復合涂層，其能夠經受住較大碰撞，耐沖擊性強，且出現(xiàn)損傷后修補較為方便。

新型耐候鋼在鋼結構橋梁中的應用

耐候鋼的全稱為耐大氣腐蝕鋼。為了提高鋼結構在大氣中的耐腐蝕性，在鋼材生產過程中，加入少量的微量元素如銅、磷、鎳和鉻等，在鋼材表面上形成約50μm至100μm厚的無定形尖晶石型氧化物致密層保護膜，保護膜不僅能有效防止氧氣和水蒸氣滲入鋼材基體中，而且還能減緩銹體的縱向發(fā)展和橫向擴散，大大提高鋼材對大氣腐蝕的抵抗力。該保護膜與鋼鐵結構混為一體，極大增加了保護膜的耐磨性并有效防止了保護膜脫落。耐候鋼的抗腐蝕性是普通碳鋼的2至8倍，因此在國外被廣泛應用于橋梁結構中。目前，我國的耐候鋼也在快速研發(fā)和逐步普及使用的過程中。

結語

以上各種防腐措施應根據橋梁建設的年代不同選擇合適的后期養(yǎng)護方案；同時，在實際應用過程中要嚴查防腐層噴涂前的除銹工作，務必保證噴涂前鋼構件潔凈無附著物；噴涂后，防腐物質均勻、牢靠，不低于最低噴涂厚度要求。