橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)實(shí)踐研究

董世龍

（保定市城市設(shè)計(jì)院，河北 保定 071000）

工程結(jié)構(gòu)是橋梁施工項(xiàng)目的重要組成部分，并且還廣泛用于非結(jié)構(gòu)應(yīng)用，例如波紋鋼屋頂，覆層和鋼窗框。保障橋梁工程結(jié)構(gòu)的耐久性對于橋梁的應(yīng)用具有重要意義。本文對影響橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性的因素進(jìn)行了總結(jié)和分析，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

1 橋梁工程結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理

腐蝕可以定義為金屬與環(huán)境的化學(xué)相互作用導(dǎo)致的降解或破壞。橋梁工程結(jié)構(gòu)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(yīng)和通過金屬表面存在的水發(fā)生的腐蝕。

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

在橋梁工程結(jié)構(gòu)中，潮濕環(huán)境中的腐蝕比干腐蝕更常見。當(dāng)然，水存在于浸入水中或潮濕土壤中的金屬結(jié)構(gòu)表面。然而，暴露于大氣的結(jié)構(gòu)通常也會(huì)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(yīng)物，但它是腐蝕反應(yīng)的介質(zhì)。濕腐蝕是一種電化學(xué)反應(yīng);金屬離子溶解在水中，電流通過水傳導(dǎo)是由于離子溶解在水中。金屬本身也是一種良好的導(dǎo)體，因此電流鏈?zhǔn)欠忾]的。

2 橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)

2.1 表面處理

表面處理是金屬保護(hù)的一個(gè)非常重要的方面。由于保護(hù)系統(tǒng)的早期失效，忽視了足夠的表面處理。選擇用于保護(hù)金屬免受環(huán)境影響的系統(tǒng)通常決定了必要的表面處理。有些系統(tǒng)對任何油、脂肪或殘留的油跡都非常敏感。在工業(yè)應(yīng)用中，可以避免波動(dòng)環(huán)境（天氣條件）的復(fù)雜情況，并且通常比室外應(yīng)用更容易實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的表面處理。高質(zhì)量的表面處理需要按照ISO 12944-4、油漆和清漆等標(biāo)準(zhǔn)中給出的規(guī)范進(jìn)行，通過防護(hù)涂料系統(tǒng)對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕防護(hù)。

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(yōu)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(guī)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?；蚱渌愋偷男∮差w粒的推進(jìn)或射擊。在噴嘴噴射中，推動(dòng)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(zhuǎn)產(chǎn)生將磨料拋向表面的力。該方法通常僅限于工業(yè)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(xì)顆粒后返回研磨劑以再次使用。

2.3 有機(jī)涂料

保護(hù)橋梁工程結(jié)構(gòu)免受腐蝕的最常用方法是使用有機(jī)涂層或涂料。涂料包含以下成分：（1）粘合劑，其負(fù)責(zé)薄膜的內(nèi)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(huán)境和健康原因，使用的粘合劑已經(jīng)發(fā)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(hù)涂層的應(yīng)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(huì)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(huán)境和健康原因，過去使用的一些顏料現(xiàn)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(fā)或與粘合劑反應(yīng)。它們提供所需的流動(dòng)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(huì)在鋼之前腐蝕。在這種情況下，鋅作為主動(dòng)保護(hù)用于陰極保護(hù)鋼。如果鋅不能在空氣中鈍化，那么這種保護(hù)的有效期會(huì)很短，但鋅會(huì)形成一層致密的氫氧化鋅和碳酸鹽（鋅-銅綠）保護(hù)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(dòng)有機(jī)涂層的方式進(jìn)行保護(hù)。每當(dāng)鋅層出現(xiàn)缺陷時(shí)，未被鋅覆蓋的區(qū)域?qū)⑹艿疥帢O保護(hù)。

3 結(jié)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(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。施工單位和設(shè)計(jì)人員必須對工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行充分的掌握，只有這樣才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量、安全、可靠的橋梁工程。