耐候鋼橋典型表面腐蝕層厚度的試驗研究

王富強

摘要：由于鋼橋長期暴露于自然環境中，承受車輛載荷，鋼結構會受到環境介質的腐蝕，特別是在環境惡劣的地區，腐蝕更加嚴重，因此，鋼橋的腐蝕與防護一直是橋梁工程領域的重要研究課題之一。文章通過試驗測量鋼橋典型表面的腐蝕層厚度，并進行了數據統計分析，研究結果可為實際工程和理論研究提供參考。

關鍵詞：耐候鋼橋;典型;表面;腐蝕;厚度

0 引言

鋼橋具有強度高、韌性好、制造方便、施工速度快等優點，已應用于鐵路、公路和人行橋。由于鋼橋長期暴露于自然環境中，承受車輛載荷，鋼結構會受到環境介質的腐蝕，特別是在環境惡劣的地區，腐蝕更加嚴重，因此，鋼橋的腐蝕與防護一直是橋梁工程領域的重要研究課題之一。本文通過試驗測量鋼橋典型表面的腐蝕層厚度，并進行了數據統計分析，研究結果可為以后的實際工程和進一步的理論研究提供參考。

1 試驗方案及實驗測量數據

1.1 試驗方案

將大氣腐蝕試樣（下稱試樣）用一個簡單的不銹鋼錨固裝置固定在橋梁鋼結構上，保證試樣與鋼橋測量表面之間的緊密接觸，試樣模擬橋梁鋼結構在同一環境同一部位的真實工作狀態。由于錨固裝置與試樣的接觸面積很小，因此不影響試樣暴露面及腐蝕產物產生。根據ISO 9226-2012標準，試樣尺寸為（100 mm×150 mm），厚度為1.5 mm，對其進行大氣腐蝕試驗。試件是由通常用于建筑物外墻的S355J2WP耐候鋼板制成。對試樣的背面，即與鋼橋表面緊密接觸的一面，進行遮蓋處理以保證試樣外露面的測量準確度。

本文分別在三座橋梁鋼結構典型表面設置了28個測試表面，即28個試樣，將它們分別安裝在每一個預定檢測的鋼結構表面。在安裝之前，應用便攜式磁性測厚儀測量試樣原有的腐蝕產物的厚度。大氣腐蝕試驗時間為10年，每年測量試樣表面腐蝕產物的厚度。在暴露1年、3年和10年后進行試樣的取樣，以確定腐蝕失重值。本文試驗只研究測量試樣暴露一年后的大氣腐蝕數據。實驗測量的橋梁及測試表面試樣數見表1。

1.2 典型表面測量

三座橋梁鋼結構典型表面進行腐蝕層測量，典型表面共7個，試樣固定同一部位，見表2。典型腐蝕產物厚度取平均值，測量結果見圖1。測量結果表明，三座橋梁鋼結構典型表面形態良好，沒有受到橋面系排水系統漏水的影響。

由圖1可知，表面4腐蝕產物厚度最大。通過式1計算，得Vx=0.19則x0.05=1.32;x0.95=3.05。表面4腐蝕產物的平均厚度是表面1的1.9倍，其中最大值xmax=152.6 μm。不超過ISO 9226-2012標準的推薦值xmin=400 μm。表面3較表面2腐蝕產物的平均厚度小，但兩者差別不大。

表面2腐蝕產物的平均厚度是表面1的1.3倍，其中最大值xmax=81.4 μm。

Vx=0.21，則x0.05=1.13、x0.95=3.04。在靠近底部凸緣的外部腹板上，通常形成不同的腐蝕產物條。這種現象只發生在外部腹板上，是由于相鄰底部凸緣殘留較多的水分，容易積塵，且冬天結冰，因此導致不同的濕潤程度。表面4與表面5腐蝕厚度近似，可知腐蝕過程也相似，Vx=0.12，則x0.05=0.84、x0.95=1.35。

表面7腐蝕產物的平均厚度是表面1的1.9倍，其中最大值xmax=120.4 μm，Vx=0.23，則x0.05=0.88、x0.95=2.33。表面6腐蝕產物的平均厚度是表面1的1.9倍，其中最大值xmax=116.2 μm，Vx=0.25，則x0.05=0.67、x0.95=2.18。

1.3 試樣測量

在三座橋梁鋼結構典型表面共設置了28個測試表面，在28個試樣暴露一年后對它們進行腐蝕層測量，平均厚度測量結果見圖2。

由圖2可知，表面4腐蝕產物厚度最大。Vx=0.20，則x0.05=1.53、x0.95=3.84。表面4腐蝕產物的平均厚度是表面1的2.9倍，其中最大值xmax=87.4 μm。

表面5與表面4相比，銹蝕厚度較小。Vx=0.16，則x0.05=1.38、x0.95=2.91。表面5腐蝕產物的平均厚度是表面1的2.2倍，其中最大值xmax=77.0 μm。

表面2的Vx=0.10，則x0.05=0.88、x0.95=1.42。表面5腐蝕產物的平均厚度是表面1的1.1倍，其中最大值xmax=35.4 μm。

表面3與表面4相比，表面4腐蝕產物的平均厚度是表面3的2.7倍。表面3最大值xmax=36.1 μm，Vx=0.21，則x0.05=0.49、x0.95=1.26。表面3腐蝕產物的平均厚度是表面1的1.1倍，Vx=0.17，則x0.05=0.76、x0.95=1.71。

2 試驗數據分析

鋼結構長期暴露形成穩定的腐蝕產物厚度和暴露一年后腐蝕試樣有顯著差異，見表3。表中r1為長期暴露形成穩定的腐蝕產物厚度比率，即典型表面腐蝕產物平均厚度與表面1平均厚度之比，r2為一年后試件腐蝕產物平均厚度與表面1平均厚度之比。

由表3可知，耐候鋼橋的腐蝕過程明顯取決于暴露表面在結構中的位置和厚度。鋼結構長期暴露形成穩定的腐蝕產物厚度，表面4的r1和r2結果幾乎相同，但r2略高于r1。在腐蝕試樣中，只有表面4的腐蝕率較高，主梁下翼緣外側表面螺栓周圍的腐蝕產物增加。這種影響是由于該處的潤濕度比較高，但是，腐蝕厚度的增加幅度并不大，并且對原有的腐蝕產物起到一定的防護作用。主梁外部腹板和內部腹板腐蝕厚度差別較小。主梁腹板區域的腐蝕產物厚度高于外部腹板的。結果表明，鋼結構長期暴露形成穩定的腐蝕厚度與暴露一年后的腐蝕厚度比值存在較大差異。

3 結語

通過上述研究與分析得出如下結論：

（1）耐候鋼橋的腐蝕過程明顯取決于暴露表面在結構中的位置和厚度。主梁下翼緣外側表面腐蝕率較高。是由于相鄰底部凸緣殘留較多的水分，容易積塵，且冬天結冰，因此導致不同的濕潤程度。

（2）鋼結構長期暴露形成穩定的腐蝕厚度與暴露一年后的腐蝕厚度比值存在較大差異。腐蝕厚度的增加也能起到一定的防護作用。

（3）耐候鋼大氣腐蝕試驗周期較長，測量腐蝕樣品的腐蝕厚度一般需要10年。本次試驗周期為一年，為了得出鋼結構典型表面的腐蝕過程的結論，設計了足夠數量的試樣。腐蝕損失計算根據預計腐蝕損失確定。

隨著我國基礎設施建設速度的加快，大型鋼結構橋梁不斷涌現，鋼橋防腐蝕的重要性日益顯現。本文為以后的實際工程和進一步的理論研究提供了參考。

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收稿日期：2020-05-27