大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁防腐蝕措施探討

文 中國路橋工程有限責(zé)任公司 王宏鳴

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

大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁腐蝕類型

均勻腐蝕

這種腐蝕在大型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)金屬會慢慢變薄，變薄速度均勻，能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生整體影響。

點蝕

通常在干燥環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)橋梁中的難點問題，會造成大型鋼結(jié)構(gòu)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(dǎo)致大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。

縫隙腐蝕

大型鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)散落在縫隙中可導(dǎo)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用安全性。

大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁腐蝕原因分析

自然環(huán)境因素

大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁通常建立在較為寬廣的河海上，海水中的一些結(jié)晶、硫酸鹽等在長期作用下會腐蝕橋梁；由于河水蒸發(fā)導(dǎo)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(zhuǎn)變?yōu)樗嵝噪娊赓|(zhì)，從而破壞鋼結(jié)構(gòu)橋梁表面的保護膜，最終破壞鋼結(jié)構(gòu)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?qū)е驴諝庵懈g性氣體濃度升高，也會使鋼結(jié)構(gòu)橋梁被腐蝕。更為普遍的是風(fēng)、雨、霧、雪和溫差濕度等天氣因素也會增加大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕幾率。

鋼梁結(jié)構(gòu)因素

大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁在部件連接上多采用焊接結(jié)構(gòu)或者是鉚拴結(jié)構(gòu)，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(yán)重。主要是因為縫隙部位內(nèi)缺乏氧氣，可在縫隙內(nèi)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(dǎo)致鉚釘和拼接板因生銹而變形。

另外，在鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)外鋼材因存在PH差而形成了電位差，由此產(chǎn)生活-鈍化電池，從而引發(fā)腐蝕。

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

國內(nèi)外大型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)部件表面形成致密的鋅涂層。首先，將酸洗和除銹的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?qū)Ωg雜質(zhì)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(shù)受到地點的限制，不能在鋼結(jié)構(gòu)加工場地或橋梁施工現(xiàn)場進行。對于形狀復(fù)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(jié)構(gòu)橋梁現(xiàn)場的防腐多采用涂裝涂料防腐技術(shù)，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(guān)鍵在于除銹和涂料的選擇，在實踐中，要合理設(shè)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(jié)構(gòu)橋梁涂裝防護的專業(yè)隊伍，年復(fù)一年對某大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁進行涂裝防腐。

電弧噴涂復(fù)合涂層

電弧噴涂主要使用噴涂材料送絲裝置、輸電設(shè)備及噴槍等設(shè)備，通過噴槍導(dǎo)電嘴使一種金屬涂料帶正電，另一種帶負(fù)電，當(dāng)兩種金屬絲接觸時，會產(chǎn)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(yīng)用具有較高的生產(chǎn)效率，可在鋼結(jié)構(gòu)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(shè)計使用年限中不用進行防腐維護；四是采用復(fù)合涂層，其能夠經(jīng)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(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用

耐候鋼的全稱為耐大氣腐蝕鋼。為了提高鋼結(jié)構(gòu)在大氣中的耐腐蝕性，在鋼材生產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)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(jié)語

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