我國(guó)是一個(gè)人口眾多、地域遼闊、海岸線很長(zhǎng)并擁有大大小小許許多多河流的大國(guó)，因而擁有各種類型的橋梁也特別多，例如，竹排橋、木板橋、磚砌橋、石板橋、水泥橋、大型鋼鐵混凝土橋、鐵索橋、吊橋、鋼結(jié)構(gòu)橋等數(shù)以萬計(jì)。從性能與作用區(qū)分，橋還可分為人行橋、公路橋、過街天橋、鐵路橋、過江大橋、海灣大橋、懸索橋、海運(yùn)碼頭引橋等。我國(guó)擁有世界上最早最多的磚砌拱橋、石砌拱橋，但鋼結(jié)構(gòu)橋梁卻少得可憐，只有蘭州黃河第一橋，天津、上海市區(qū)的解放橋，大渡河上鋼索橋等屈指可數(shù)的幾座，解放后，1953年原蘇聯(lián)援助建設(shè)了第一座鋼鐵公路兩用的武漢長(zhǎng)江大橋，揭開了我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)大橋的建設(shè)史，1978年改革開放以后迎來了我國(guó)橋梁建設(shè)的蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。

        以長(zhǎng)江為例，目前已建成21座長(zhǎng)江大橋，正在興建11座，僅三峽水庫區(qū)就有34座橋梁即將完工，這些橋梁幾乎都是鋼結(jié)構(gòu)橋梁。最長(zhǎng)的一條，將是投資53億元，北起楊州，南接鎮(zhèn)江丹徒，全長(zhǎng)35.66公里的潤(rùn)楊長(zhǎng)江大橋，這是一座大型鋼結(jié)構(gòu)懸索橋，居中國(guó)第一，世界第三，潤(rùn)楊長(zhǎng)江大橋的建設(shè)標(biāo)志著我國(guó)已進(jìn)入世界建橋的先進(jìn)行列。我國(guó)正在迅速興建高速公路，北京至上海的高速公路長(zhǎng)為1262公里，共有980座公路橋。北京地區(qū)的橋就有1000座，其中就有設(shè)計(jì)精美的立交橋近200座。目前我國(guó)高速公路已達(dá)1.6萬公里（世界第三），大約已有近萬座公路橋，我國(guó)大型公路橋、精美立交橋的建設(shè)事實(shí)標(biāo)志著我國(guó)的橋梁水平已處于世界先進(jìn)水平。在這種令人鼓舞的新形勢(shì)下，作為腐蝕防護(hù)科技工作者需要認(rèn)真考慮的是：我國(guó)所建設(shè)的這些橋梁的防護(hù)水平是否也處于世界先進(jìn)水平？是否能預(yù)防這些橋梁免遭環(huán)境條件的侵蝕，確保安全、可靠地運(yùn)行，確保長(zhǎng)壽命的使用？美國(guó)是世界上擁有高速公路最長(zhǎng)的國(guó)家，據(jù)美國(guó)1984年報(bào)道，鋼鐵混凝土橋梁57.5萬座，一半以上出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞，40%承載力不足，需要修復(fù)和加固。

 

　　腐蝕在世界各國(guó)、各行各業(yè)造成過重大損失，飛機(jī)墜毀，鋼鐵橋梁突然斷塌、混凝土工程出現(xiàn)滲漏溶蝕、裂縫、鋼筋斷裂，輸電塔桿倒塌，水輪機(jī)葉輪出現(xiàn)空泡腐蝕、腐蝕損傷、停電維修以至有的電廠突然停電，引起用電工廠成片停產(chǎn)。按美國(guó)官方指定的部門調(diào)查，美國(guó)腐蝕損失1975年為＄700億（占GNP4.2%），1986年為＄1260億，1995年達(dá)＄3000億。

 

　　我國(guó)地處四個(gè)地帶六個(gè)區(qū)：熱帶濕熱區(qū)；亞熱帶亞濕熱區(qū)；亞熱帶干熱區(qū)；溫帶溫和區(qū)等，長(zhǎng)江以南相對(duì)濕度超過80%的時(shí)間在200天以上；我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，環(huán)境治理還很有限，相當(dāng)廣闊的區(qū)域SO2污染嚴(yán)重，還下著酸雨，pH值在5~6之間；地球上海洋面積為361×106平方千米，我國(guó)海岸線長(zhǎng)達(dá)一萬多公里，沿海五千多個(gè)大小島嶼，海水和海洋大氣中的Cl-離子彌漫在一些地區(qū)；我國(guó)水深200米以內(nèi)的大陸架占世界大陸架 總面積的23%,這些事實(shí)說明，我國(guó)要建設(shè)的橋梁很多，而周圍環(huán)境又比較苛刻。

 

　　再說具體地區(qū)環(huán)境，以三峽為例，三峽的大氣環(huán)境是屬于南溫帶和亞熱帶過渡地帶的氣候，夏熱、冬暖，年平均氣溫21~22℃，極端高溫達(dá)到過43.5℃（在豐都縣），年平均濕度多超過70%.RH大于80%的天數(shù)在200天以上，年降雨多大120~130天，pH=5.5~6.0（酸雨），空氣污染含有SO2、Cl、NH3、CO2等，其特點(diǎn)是高溫、高濕、風(fēng)小、霧多、雨多。長(zhǎng)江水質(zhì)污染，pH達(dá)8.8~9.1,偏堿性，含有大量泥砂。

 

　　這樣的環(huán)境對(duì)我國(guó)各地鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？要采取什么措施預(yù)防這些影響？

 

　　在周圍環(huán)境作用下，材料的退化和變質(zhì)是一種自然現(xiàn)象，包括金屬的腐蝕和非金屬的老化。在相對(duì)濕度較低時(shí)金屬的腐蝕速率非常緩慢，到達(dá)臨界相對(duì)濕度時(shí)，腐蝕速度突然加大，這一臨界值隨金屬種類、金屬表面狀態(tài)和潮濕空氣中所含污染程度而有所不同，一般來說，金屬的臨界相對(duì)濕度在70%左右，鐵、鋅、銅的臨界值均在70%左右，而這些潮濕空氣（在金屬表面上形成水膜）一旦含有SO2,Cl2等污染物時(shí)，腐蝕速度呈幾十倍上百倍地增加。

 

　　CO2、H2S、NH3等污染物也促進(jìn)腐蝕，CO2遇水溶解后生成H2CO3促進(jìn)了金屬的腐蝕（但也有人認(rèn)為，CO2的存在使銅和鐵的腐蝕都各有下降）；H2S溶入水膜后，使水膜酸化、導(dǎo)電度上升，陽極去極化容易，所以潮濕空氣中含少量H2S也強(qiáng)烈加速腐蝕，NH3的溶入水膜，使其pH顯著上升，含13%~25%NH3時(shí)，pH可達(dá)9~10,顯著加速銅的腐蝕。

 

　　溫度升高，顯著加速化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，加速腐蝕。

 

　　在環(huán)境侵蝕同時(shí)，存在靜應(yīng)力（使用應(yīng)力和殘余應(yīng)力），某些合金會(huì)引起應(yīng)力腐蝕，存在循環(huán)應(yīng)力，絕大部分材料會(huì)引起腐蝕疲勞。某些鋼出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力源包括殘余應(yīng)應(yīng)力、裝配應(yīng)力和使用應(yīng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有些合金其引起應(yīng)力腐蝕開裂的比例分別為40%、25%、25%,可見，要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)使用應(yīng)力，處理好裝配應(yīng)力和殘余應(yīng)力，才能有效地避免應(yīng)力腐蝕開裂。

　　以上分析可以總結(jié)下述認(rèn)識(shí)：

 

　　（1）我國(guó)地處較為嚴(yán)酷的氣候條件，所建鋼結(jié)構(gòu)橋梁普遍會(huì)存在腐蝕，惡劣的環(huán)境污染又顯著地加速腐蝕，國(guó)外已有鋼結(jié)構(gòu)大橋因?yàn)閼?yīng)力腐蝕而突然塌落，以及三座預(yù)應(yīng)力橋梁因壓漿不飽滿使鋼絞線鋼筋嚴(yán)重銹蝕而突然倒塌的報(bào)道，這是我們必須面對(duì)的事實(shí)，也就是說，我國(guó)任何鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)，必須從設(shè)計(jì)開始，貫穿制造過程和維護(hù)保養(yǎng)過程，進(jìn)行卓有成效的腐蝕控制，使每一座建在我國(guó)大地上的鋼鐵橋梁都是一座美麗、壯觀、安全、長(zhǎng)壽、維護(hù)少的藝術(shù)精品。

 

　　（2）卓有成效的腐蝕控制措施可包括：①控制和治理環(huán)境污染，我國(guó)自上而下?lián)碛幸恢嫶蟮膹?qiáng)有力的環(huán)境保護(hù)領(lǐng)導(dǎo)、管理和科技隊(duì)伍，環(huán)境治理成效顯著，這對(duì)減緩鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕意義重大，然而一個(gè)國(guó)家的環(huán)境治理決非易事，沒有幾十年花大力氣是達(dá)不到理想境界的；②隔離污染的環(huán)境侵蝕，例如懸索橋鋼纜采用不干性密封膠隔離侵蝕環(huán)境，高強(qiáng)度鋼螺栓與鋼梁的連接部分選用密封膠密封；③選用耐蝕材料，例如選用耐候鋼、不銹鋼，不過價(jià)格過于昂貴，對(duì)于發(fā)展中國(guó)家也有困難；④選用先進(jìn)制造技術(shù)，例如預(yù)應(yīng)力鋼絞線是橋梁的心臟，這是確保橋梁使用壽命的關(guān)鍵之一，傳統(tǒng)壓漿工藝常造成壓漿不飽滿，造成鋼絞線銹蝕，選用真空輔助壓漿新工藝克服了這個(gè)問題，提高了質(zhì)量；⑤研制和使用保護(hù)涂層，這是最現(xiàn)實(shí)、最有效、最經(jīng)濟(jì)、幾十年實(shí)踐證明為最好的措施，本文將突出介紹涂層技術(shù)。

 

　　長(zhǎng)江大橋鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)層的沿革

 

　　1952年準(zhǔn)備，1953年2月動(dòng)工，1957年10月通車的鐵路公路兩用的武漢長(zhǎng)江大橋是我國(guó)第一座橫跨長(zhǎng)江的大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁，氣勢(shì)雄偉，頗為壯觀。正如表1所示，它采用的紅丹底漆是當(dāng)時(shí)我國(guó)性能較為優(yōu)良的鋼鐵用防銹底漆，它的保護(hù)作用是紅丹（Pb2O3）顏料促進(jìn)鋼材的陰極極化、并促進(jìn)陽極反應(yīng)Fe2+→Fe3+（不溶化合物）形成的。面漆采用的是長(zhǎng)油度醇酸磁漆（又稱316面漆）。這種面漆耐候性差，再加上當(dāng)時(shí)的制漆水平與施工質(zhì)量，使用壽命很短，故有從南岸涂到北岸，南岸鋼梁上的漆又需要重涂之說，在那個(gè)“大革命”期間，年復(fù)一年地重復(fù)。1968年12月我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的南京長(zhǎng)江大橋試用了1966年鐵道科學(xué)研究院研制成功灰色66面漆（灰鋁鋅醇酸磁漆），1976年武漢與南京長(zhǎng)江大橋鋼箱梁均改為表1中所介紹的二底（云鐵酚醛底漆）二面（云鐵醇酸鋼橋漆）。這套涂層體系使用壽命可達(dá)10年，普遍推廣到重慶九龍坡大橋、坦贊鐵路、緬甸仰光大橋等。1971年9月通車的枝城長(zhǎng)江大橋，已出現(xiàn)采用質(zhì)量更好價(jià)錢更貴的聚氨酯底漆和面漆，并在高強(qiáng)度螺栓連接處鋼板表面首次采用了無機(jī)富鋅底漆。改革開放之后，鐵道科學(xué)研究部門沿著這類涂層體系繼續(xù)提高，鞠湖長(zhǎng)江大橋采用了環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆新體系，在西陵長(zhǎng)江大橋和連沱大橋都采用了無機(jī)富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆新體系。

 

　　在三峽庫區(qū)多年的大氣暴曬試驗(yàn)表明：在大氣環(huán)境下防腐蝕最好的體系：

　　噴鋅或富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆；

　　噴鋅或富鋅底漆+改性環(huán)氧中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆。

　　海灣大橋防護(hù)體系這種三層體系表達(dá)得更為充分，可以歸納成為目前較為理想的方案：

　　無機(jī)富鋅底漆或噴鋅或環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆或氯化橡膠厚漿漆。