橋梁工程結構耐久性設計實踐研究

董世龍

（保定市城市設計院，河北 保定 071000）

工程結構是橋梁施工項目的重要組成部分，并且還廣泛用于非結構應用，例如波紋鋼屋頂，覆層和鋼窗框。保障橋梁工程結構的耐久性對于橋梁的應用具有重要意義。本文對影響橋梁工程結構耐久性的因素進行了總結和分析，并提出了優化設計方法。

1 橋梁工程結構腐蝕機理

腐蝕可以定義為金屬與環境的化學相互作用導致的降解或破壞。橋梁工程結構主要受到兩種類型的腐蝕：腐蝕性化合物與金屬的直接反應和通過金屬表面存在的水發生的腐蝕。

第一種腐蝕類型稱為干腐蝕或高溫腐蝕。一個例子是直接與氧氣反應的金屬。在金屬鋁和鋼中，這只在生產過程中的較高溫度下發生，會形成一層腐蝕產物。該層的密度對于確定是否在環境中發生進一步的腐蝕非常重要。如果腐蝕層非常致密，則可以保護金屬免受進一步的濕腐蝕，如鋁。在非合金鋼中，該層稱為軋制規模；它具有多孔性和滲透性，不能保護鋼材免受腐蝕。

在橋梁工程結構中，潮濕環境中的腐蝕比干腐蝕更常見。當然，水存在于浸入水中或潮濕土壤中的金屬結構表面。然而，暴露于大氣的結構通常也會在表面具有（薄的）水層。這是由于金屬的高表面能可以通過水吸附來降低。水本身不是反應物，但它是腐蝕反應的介質。濕腐蝕是一種電化學反應;金屬離子溶解在水中，電流通過水傳導是由于離子溶解在水中。金屬本身也是一種良好的導體，因此電流鏈是封閉的。

2 橋梁工程結構耐久性設計

2.1 表面處理

表面處理是金屬保護的一個非常重要的方面。由于保護系統的早期失效，忽視了足夠的表面處理。選擇用于保護金屬免受環境影響的系統通常決定了必要的表面處理。有些系統對任何油、脂肪或殘留的油跡都非常敏感。在工業應用中，可以避免波動環境（天氣條件）的復雜情況，并且通常比室外應用更容易實現高質量的表面處理。高質量的表面處理需要按照ISO 12944-4、油漆和清漆等標準中給出的規范進行，通過防護涂料系統對鋼結構進行腐蝕防護。

2.2 噴砂清理

噴砂清理是用于需要錨固圖案和高度清潔度的油漆和涂料的優選表面制備方法。噴砂清理是唯一可以完全去除完整的軋制規模并且具有受控錨定圖案的均勻粗糙度的方法。磨料噴射是表面上砂粒或其他類型的小硬顆粒的推進或射擊。在噴嘴噴射中，推動磨料的力是壓縮空氣。過去，通常使用硅砂。

在離心輪式噴砂中，清洗原理是相同的。大型槳輪的旋轉產生將磨料拋向表面的力。該方法通常僅限于工業用途。與露天清潔相比，使用的磨料是可回收的鋼砂或噴丸。真空爆破是無塵噴砂清理的另一種選擇。用過的磨料和去除的油漆通過真空除去，并輸送到分離器。去除碎屑和細顆粒后返回研磨劑以再次使用。

2.3 有機涂料

保護橋梁工程結構免受腐蝕的最常用方法是使用有機涂層或涂料。涂料包含以下成分：（1）粘合劑，其負責薄膜的內聚力和金屬表面上的粘合力。為了確保防腐蝕，粘合劑對侵蝕性化合物如鹽的滲透性是最重要的。在過去十年中，由于環境和健康原因，使用的粘合劑已經發生了很大變化。（2）具有各種功能的顏料。在與基材直接接觸的底涂層中，腐蝕防護涂層的應用是最廣泛的。含有鋅粉和ZnO2的含鋅涂料被廣泛使用。如果與鋼材電接觸，鋅會破壞鋼材。干膜中含有92-95%鋅的富鋅涂層與通過鍍鋅施加的鋅層有很多共同之處。在頂部涂層中，片狀顏料，例如玻璃或鋁薄片，可以防止侵蝕性化合物的滲透。由于環境和健康原因，過去使用的一些顏料現在被禁止，例如含有鎘的顏料。除了防腐蝕之外，還出于美觀原因使用顏料。（3）溶劑和稀釋劑通常僅是未硬化涂料的成分。它們在固化過程中蒸發或與粘合劑反應。它們提供所需的流動能力（粘度）。在基材上涂漆后，溶劑和稀釋劑失去其功能。

2.4 鍍鋅

鋅比鋼更不貴，如果用作鋼涂層，則會在鋼之前腐蝕。在這種情況下，鋅作為主動保護用于陰極保護鋼。如果鋅不能在空氣中鈍化，那么這種保護的有效期會很短，但鋅會形成一層致密的氫氧化鋅和碳酸鹽（鋅-銅綠）保護層。由于鈍化，鋅的腐蝕速率非常低。因此，如果鋅涂層完全覆蓋鋼表面，它也將以類似于被動有機涂層的方式進行保護。每當鋅層出現缺陷時，未被鋅覆蓋的區域將受到陰極保護。

3 結語

橋梁工程的耐久性極大地影響著橋梁工程的安全性和可靠性，因此必須采取合理的措施對其進行耐久性設計。施工單位和設計人員必須對工程結構耐久性設計方法進行充分的掌握，只有這樣才能設計出高質量、安全、可靠的橋梁工程。