摘 要：介紹了跨海大橋鋼結(jié)構(gòu)防護涂層（包括防銹底漆、中間漆和面漆）的選擇標準、原則以及主橋鋼箱梁熱噴涂防腐蝕涂層體系和熱噴涂鋅、鋁涂層鋼鐵防護標準。通過實例說明了跨海大橋鋼箱梁防腐涂料體系設計方案及其涂裝注意事項。論述了鋼絲主纜涂裝工藝及鋼質(zhì)護欄內(nèi)、外表面防腐涂裝方案。

關鍵詞：防腐,防腐工程,防腐處理,防腐涂料,鋼結(jié)構(gòu)防腐

1 前言

在交通運輸業(yè)的發(fā)展中，跨海大橋的建設為高速公路和鐵路的延伸提供了可能。由于跨海橋梁是建在環(huán)境相當惡劣的海洋環(huán)境中，因此，海洋大氣嚴重的鹽霧腐蝕是跨海橋梁設計和建造過程中必須重視的課題。為了確保安全和節(jié)省維修費用，應該根據(jù)橋梁的類型、結(jié)構(gòu)、材料、尺寸和地理位置為鋼鐵的腐蝕防護設計合理的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料方案。

2 跨海大橋主要鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護

在跨海大橋結(jié)構(gòu)中，以懸索橋和斜拉橋為最主要的結(jié)構(gòu)形式。而連續(xù)鋼箱加勁梁懸索橋是懸索橋中一種主要的橋梁形式，其整個橋梁的鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕保護對象主要有鋼箱梁主橋梁、懸索的鋼絲纜和主橋面的鋼護欄等。其它結(jié)構(gòu)橋梁的鋼結(jié)構(gòu)防腐保護與懸索橋鋼箱梁主橋梁大致相同。

跨海大橋鋼箱梁的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層要達到長時間使用的目的，必須采用長效保護的重防腐涂料體系方案。近幾十年成功的工程實踐經(jīng)驗證明，可以通過完整的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料體系來解決鋼結(jié)構(gòu)的長期腐蝕防護問題。而海洋大氣環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料體系主要以防銹底漆、中間封閉層以及以耐紫外老化為主要功能的面漆的配套體系組成。其中，鋼結(jié)構(gòu)防腐底漆主要為2大類：熱

噴涂鋁、鋅、鋅鋁合金的金屬防腐鍍層；無機和有機富鋅底漆。

2. 1 防腐底漆

2. 1. 1 金屬熱噴涂保護

金屬熱噴涂最早在20世紀40年代應用于防腐蝕工程。幾十年的研究和應用使這項技術逐漸成熟，從而成為當今大型鋼結(jié)構(gòu)長效防腐的首選方法。美國聯(lián)邦公路管理局FHWA-RD-96-058報告指出，熱噴涂至少可以保證30年的有效使用期。英國橋梁工程師認為金屬噴涂層能使橋梁鋼結(jié)構(gòu)得到長期的保護。在英國新建的橋梁中，90%以上采用熱噴涂金屬鍍層和防腐涂料結(jié)合的保護方案。1988年，中國制定了熱噴涂國家標準，1997年對此進行了修訂，即GB/T 9793-1997《金屬和其它無機覆蓋層—熱噴涂鋅、鋁及其合金》[1]，國際標準ISO14713-1998 《鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕保護－金屬涂層指南》是關于金屬涂層防腐蝕保護的最新標準[2]。國內(nèi)有關行業(yè)為適應鋼橋防腐技術發(fā)展的需要也制訂了相應的行業(yè)標準，如交通部JTJ041-2000《公路橋涵施工技術規(guī)范》和鐵道部TB/T 1527-1995《鐵路鋼橋保護涂裝》明確規(guī)定以熱噴涂為鋼橋梁防腐的有效方法。在鐵路鋼橋上我國一直推薦在鋼梁和箱梁上蓋板應用噴鋅/噴鋁和有機涂料的復合保護。從20世紀90年代開始，先后有十幾座橋梁應用了金屬噴涂層加涂料的雙重保護設計方案。

2. 2. 2 鋼結(jié)構(gòu)防腐無機或有機富鋅底漆

無機或有機富鋅底漆是另一類防銹底漆，它是以具有陰極保護作用的鋅粉為主要顏料的富鋅底漆。它通過鋅粉粒子間的互相接觸和與鋼基體的接觸形成電通路，從而達到電化學陰極保護作用。

2. 2 鋼結(jié)構(gòu)防腐中間漆

中間層漆在防腐涂料體系中起到承上啟下的作用，使各涂層之間粘結(jié)良好，形成一個整體防護體系。作為中間層漆，其與底漆和面漆必須有良好的層間附著力。因此，需要精心設計中間層漆。設計鋼結(jié)構(gòu)防腐中間層漆的一般做法是：

(1) 在鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中盡量選擇與底漆和面漆相同、相近或相適配的基料，如在無機硅酸鋅底漆和環(huán)氧富鋅底漆上通常采用環(huán)氧云鐵中間層漆進行配套。

(2) 選擇屏蔽型的顏料如云母氧化鐵、鋁粉、滑石粉等，使中間層漆具有較好的屏蔽阻擋作用。

(3) 在鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中為了增強中間層漆與底漆的附著力，尤其是底漆的表面比較粗糙時（如熱噴涂鋅或鋁層和厚膜型無機富鋅底漆），往往采用粘度較稀的中間過渡層漆（tie coat）。這些中間過渡層漆能很好地滲透到金屬鍍層和無機富鋅底漆的不平表面中，起到良好的錨固作用。

2. 3 鋼結(jié)構(gòu)防腐（耐候）面漆

面漆是整個鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料體系的第一道關口，能夠阻擋外界腐蝕介質(zhì)滲透到涂層中。如氯化橡膠云鐵面漆具有很好的耐海洋大氣的保護性能，在廈門地區(qū)已有十年以上的實際暴露試驗數(shù)據(jù)。目前采用最多的防腐面漆是丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆的應用也在增加。面漆具有裝飾和標志作用。鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料體系中面漆的裝飾作用越來越受到人們的重視和關注。以城市大型橋梁為例，它們的外觀色調(diào)是靠整個保護涂料體系的面漆來體現(xiàn)的。如廈門海滄跨海大橋選擇銀蘭色為主色調(diào)，宜昌長江大橋則采用紅色調(diào)，它們都是與周圍環(huán)境和當?shù)氐娜宋牡乩碛兄鴧f(xié)調(diào)的關系。

3 跨海大橋防腐涂料配套體系

跨海大橋不同部位采用的防腐涂料配套體系簡述如下。

3. 1 主橋鋼加勁梁構(gòu)件防腐涂料配套體系

3. 1. 1 金屬熱噴涂層與有機涂料體系

采用金屬熱噴涂層作為防腐底漆與中間層漆和面漆的配套體系推薦標準如表1 ~ 表3所示（表 1 中的封閉漆通常使用環(huán)氧封閉漆）。表1 ISO14713熱噴涂防腐蝕涂層體系

防腐蝕環(huán)境 防腐涂層壽命/年 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系

C5

（海洋和工業(yè)大氣）

≥20

噴鋁150 µm + 封閉層

噴鋅150μm＋封閉層

Im2

（海水和鹽水的水環(huán)境）

≥20

噴鋁250 µm

噴鋁150 µm + 封閉層

噴鋅250 µm

噴鋅150 µm + 封閉層

表2 AWSC2.2–67 熱噴鋅、鋁涂層鋼鐵防護推薦標準

Table 2 Recommended standard of AWSC2.2–67 for

thermal spray zinc and aluminum

腐蝕環(huán)境 涂層體系

含鹽、高濕度和工業(yè)

大氣（重）

噴鋁150 µm + 磷化底漆1道+ 鋁

粉乙烯面漆2道

鋼樁水線以上

噴鋁150 µm + 磷化底漆1道+ 鋁

粉乙烯面漆2道

鋼樁水線以下

噴鋁150 µm + 磷化底漆1道+ 乙

烯面漆2道

表3 GB/T 1527-1995《鐵路鋼橋保護涂裝》標準

腐蝕環(huán)境 涂層體系

噴鋅200 µm + 灰鋁鋅醇酸面漆2道，70 µm 沿海、工業(yè)

污染地區(qū) 噴鋅200 µm + 灰云鐵醇酸面漆2道，80 µm

3. 1. 2 采用無機和有機富鋅防腐底漆

由于橋梁中鋼結(jié)構(gòu)建造的時間較長，故需要參照造船工業(yè)使用的車間底漆對鋼板進行預處理保護。采用的車間鋼結(jié)構(gòu)防腐底漆中，富鋅底漆體系的性能要比不含鋅粉而用屏蔽型顏料的涂料體系更好。一般來講，采用無機富鋅底萬漆比有機富鋅底漆（如環(huán)氧富鋅底漆、聚氨酯富鋅底漆）的體系有更好的防腐蝕性能。兩者在接近白的噴沙表面上（Sa2.5級）都顯示出優(yōu)良的防腐性能。但在對涂層劃傷區(qū)的保護上，無機富鋅底漆體系要比有機富鋅底漆體系更好。無機富鋅底漆主要分醇溶性無機硅酸鋅車間底漆和水性無機鋅底漆。醇溶性無機硅酸鋅車間底漆干燥快，受環(huán)境氣候影響比水性無機鋅底漆小，目前工程上多采用醇溶性無機硅酸鋅車間底漆。由于富鋅底漆表面具有粗糙和多孔特性，需要采用一種兼?zhèn)溥B接功能和屏蔽功能的中間層漆如環(huán)氧云鐵防銹漆和厚膜環(huán)氧連接漆。

表4為我國東南沿海一座跨海大橋鋼箱梁的防腐

涂料體系設計方案[3]。

表4 鋼箱梁防腐涂料體系設計方案

δ（干膜）/ µm

部位 涂料品種 道數(shù)

每道 總厚度

醇溶性無機硅酸鋅車間

底漆 1 20 ~ 25

2次表面處理

醇溶性無機富鋅底漆 1 80

環(huán)氧型封閉漆 1 25

環(huán)氧云鐵中間層漆 1 80

脂肪族聚氨酯面漆 2 40

加勁梁

外表面

總計 6 325

醇溶性無機硅酸鋅車間

底漆 1 20 ~ 25

2次表面處理

加勁梁

內(nèi)表面

（箱內(nèi)設除濕機）

改性厚漿環(huán)氧漆 2 50 100

醇溶性無機硅酸鋅車間

底漆 1 20 ~ 25

2次表面處理

醇溶性無機富鋅底漆 1 65 ~ 80

加勁梁

橋面

聚合物瀝青路面材料

3. 1. 3 防腐涂料選擇與涂裝注意事項

在涂料產(chǎn)品選擇和施工中需要重點考慮和關注的問題有如下方面。

(1) 醇溶性無機硅酸鋅車間底漆和醇溶性無機富鋅底漆的配套性。由于橋梁建造周期長，在鋼板防腐涂裝富鋅車間底漆后有相當一段時間是在工廠內(nèi)進行焊接和組裝成為加勁梁結(jié)構(gòu)。因此，當結(jié)構(gòu)件完成后，進行涂裝無機富鋅底漆時要求能與仍保持完好的車間底漆有良好的配套性。鋼結(jié)構(gòu)防腐中最好采用同樣的廠家產(chǎn)品外，要求進行涂料的配套性試驗，有效的方法是測定配套涂層間的附著力。

(2) 在鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中，因為最后一道面漆在整個橋梁完全安裝后才涂裝，所以需要測定2道聚氨酯面漆中間的可復涂性。因試驗時間較短，須采用在涂裝第1道聚氨酯面漆后進行人工加速老化性能試驗，然后再涂裝第2道聚氨酯面漆，以測定2道面漆之間的完整性和適配性。 (3) 由于各分段鋼加勁梁的建造加工工地和實際橋梁安裝的位置往往不在同一地點，從分段鋼加勁梁完成后運到橋梁工地要經(jīng)過一段時間，因此，加勁梁構(gòu)件表面已受到海水的不同程度的污染，為了確保已涂裝表面與最后 1 道聚氨酯面漆的附著力，需要在安裝前對各分段加勁梁表面進行淡水清潔，以去除表面的鹽垢和其它污染物。對個別涂層已破損的表面應重新除銹并修補涂層。

(4) 在實際鋼結(jié)構(gòu)防腐中，對于鋼箱梁內(nèi)部的防腐涂料體系設計，國外的做法是在鋼箱梁內(nèi)部采用去濕機，而不是防腐涂料。但是，這種方案不一定適合國內(nèi)的現(xiàn)況，采用環(huán)氧富鋅底漆 1 道的保護設計可能更為可靠。

3. 2 鋼絲主纜的防腐涂裝工藝

鋼絲主纜是懸索橋的主要承重構(gòu)件，在大橋的使用期內(nèi)是不可更換的，它是整個懸索橋梁的“生命線”。整個主橋面的自重和載荷都是通過主纜傳遞到混凝土主塔的，要求主纜的壽命與整個橋梁一致。這就對鋼絲主纜的防腐蝕保護提出了非常高的要求。鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中，大橋的主纜鋼絲表面多采用鍍鋅方法處理，以提高其鋼結(jié)構(gòu)防腐能力，而對由鋼絲組成的主纜則采用多層防腐涂層進行保護。鋼絲主纜的防腐涂料涂裝工序如下。

3. 2. 1 鋼絲的表面處理要求

對主纜鋼絲表面去除污染和雜物，包括除去銹蝕、鹽漬、油污和水分，并吹干鋼絲表面。方法：用清潔劑清洗掉污染物和雜質(zhì)，在涂抹膩子前，保持鋼絲表面清潔和干燥；采用一道磷化底漆（10 µm）對經(jīng)表面處理后的鋼絲進行保護。

3. 2. 2 鋼絲繩空隙密封

用鋼結(jié)構(gòu)防腐密封膩子對鋼絲繩之間的空隙進行填滿和密封。通常采用的密封膩子有：不干性密封膏、聚氨酯膩子和聚氨酯鋅粉膩子，厚度在1 ~ 3 mm。如海滄大橋采用不干膠型密封膠，它除了具有綜合密封性能外，還具有優(yōu)良的耐老化性。

3. 2. 3 主纜用防腐涂料體系

使用經(jīng)過處理后的鋼絲對主纜承載鋼索進行包纏緊固，接著對主纜表面進行防腐涂料防護。采用的防腐涂料體系有：

(1) 磷化底漆和屏蔽型防腐涂層各1道。

(2) 彈性密封防腐層1層。目前，通常采用的品種有聚硫密封膠、聚氨酯膩子、聚氨酯防水層和聚異丁烯橡膠密封劑等。這些涂料應該在鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中應具有以下性能： 對環(huán)境中的水、氣、鹽份等腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的抗?jié)B透能力；與屏蔽型防腐涂層有很好的結(jié)合力； 密封層干燥或固化后應為高粘彈性的彈性體，有效壽命在40年以上； 密封層可采用刷涂或抹涂施工，涂層固化成膜后，表面應平滑均勻。

(3) 聚氨酯面漆 3 道，總厚度大于 180 µm。對面漆的要求是：與彈性密封層有優(yōu)異的附著力和配套性；面漆材料本身的復涂性和可修補性好；防腐涂層應具有很好的韌性和彈性；耐紫外老化和保色性好，要求使用期在15年以上。

3. 3 主橋面鋼護欄的防腐涂裝

大橋鋼護欄的主要功能是：防護（達到PL2級）和裝飾。大橋鋼護欄的裝飾是整個大橋景觀的一個重要組成部分。由于大橋處于海洋性環(huán)境中，鋼護欄又受汽車尾氣的直接影響，因此對鋼護欄的里外表面防腐處理非常重要，它直接影響到護欄的使用壽命和景觀。主橋面鋼護欄的涂裝包括：（1）鋼護欄的外表面防腐涂裝。鋼結(jié)構(gòu)防腐工程應根據(jù)整個大橋鋼箱梁和主纜的防腐方案，單獨對鋼護欄外表面可采用如下防腐涂裝：噴砂清潔達Sa2.5級；環(huán)氧富鋅底漆，1道，75 µm；環(huán)氧云母氧化鐵中間層漆，1道，110 µm；脂肪族聚氨酯面漆，2道，80 µm。（2）鋼護欄的內(nèi)表面防腐涂裝。由于鋼護欄橫梁內(nèi)表面的涂裝比較困難，從長期防腐要求來講，建議先采用內(nèi)外表面熱浸鋅處理的方法，然后在鋼護欄外表面采用環(huán)氧底漆/環(huán)氧中間層漆/聚氨酯面漆的方案。國內(nèi)一些大橋鋼結(jié)構(gòu)防腐工程，在建造時對鋼護欄內(nèi)部沒有采用防腐處理，以至于在安裝鋼護欄后就發(fā)現(xiàn)了鋼護欄內(nèi)部發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。若此時才進行補救就非常困難。因此，建議采用如表5所示的方案對鋼護欄進行處理。在實際橋梁鋼護欄鍍鋅表面的防腐涂裝工程中，發(fā)現(xiàn)有一些錯誤的做法：一是沒有合理選擇涂料，如直接涂裝醇酸類面漆，造成醇酸面漆與鍍鋅層的嚴重剝離；二是不重視對涂裝前鍍鋅層的表面清潔處理。這也是造成中間涂層與鍍鋅層剝離的主要原因。因此，鋼結(jié)構(gòu)防腐實際工作中，應當重視并規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅層表面保護性

表5 鋼質(zhì)護欄內(nèi)、外表面防腐蝕涂裝方案

涂裝部位 名稱 涂裝道數(shù) δ/ µm 施工方法

底層處理 酸洗除銹 護欄結(jié)

構(gòu)件的

內(nèi)表面 熱浸鋅層

90 ~ 100 浸槽熱浸鋅

底層處理 酸洗除銹

熱浸鋅層

90 ~ 100 浸槽熱浸鋅

環(huán)氧封閉

底漆或磷

化底漆

1 20 ~ 30 刷涂或噴涂

環(huán)氧云鐵

中間漆

1 40 刷涂或噴涂

護欄結(jié)

構(gòu)件的

外表面

可復涂聚

氨酯面漆

2 80 噴涂或刷涂

合計 4 250 ~ 270

4 結(jié)論

跨海大橋所處的鋼結(jié)構(gòu)防腐環(huán)境極其惡烈，因此，大橋的防腐防護至關重要。而金屬熱噴涂和有機涂料復合保護技術的成功應用，為我國橋梁建設的發(fā)展提供了保障。隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，該項技術將為國家節(jié)省橋梁維護費用、減少由于采用鋼結(jié)構(gòu)防腐造成的環(huán)境污染發(fā)揮其更大的作用。

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