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我國鋼結構橋梁防腐涂裝概述與展望

2022-07-05 15:35:13 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

中國的橋梁歷史可以追溯到6000多年前，自20世紀50年代建成武漢長江大橋以來，我國在長江、黃河以及其他河流陸續修建了大量的公路、鐵路橋梁。近20年來，隨著我國經濟的發展和高速公路、鐵路、沿海通道及海港開發等基礎建設，修建了大量跨江跨海橋梁。由于橋梁處于海洋或惡劣自然環境條件下，結構的耐久性問題越發嚴峻，橋梁涂裝工程成為系統工程中非常重要的環節。

鋼橋涂裝標準及案例

橋梁鋼結構防腐涂裝標準

基礎性標準：

GB/T 30790.2-2014《防護涂料體系對鋼結構的防腐蝕保護-環境的分類》

GB/T 15957-1995《大氣環境腐蝕性分類》

橋梁防腐涂裝行業標準鐵道行業標準：

TB/T 2486-1994《鐵路橋梁涂膜劣化評定》

TB/T 1527-2004《鐵路鋼梁保護涂裝》

TB/T 2772-1997《鐵路鋼橋用防銹底漆供貨技術條件》

TB/T 2723-1997《鐵路鋼橋用面漆、中間漆供貨技術條件》

化工行業標準：

HG/T 3656-1999《鋼結構橋梁漆》

HG/T 3668-2000《富鋅底漆》

交通行業標準：

JT/T 722-2008《公路橋梁鋼結構涂裝技術條件》

JT/T 694-2007《混凝土橋梁表面涂層防腐技術條件》

JT/T 695-2007 《懸索橋主纜防腐涂裝技術條件》

大氣腐蝕環境分類（IS012944-2）

橋梁涂料的發展及案例

20世紀50年代，橋梁防護采用以天然原料為主的低檔涂料，防護性能差，部分橋梁一年后出現嚴重腐蝕。隨即出現了以鋅鋇白面漆、紅丹防銹漆及金紅石型鈦白粉與長油度季戊四醇醇酸樹脂面漆，取得了良好的效果。

南京長江大橋枝城長江大橋

20世紀80年代，隨著交通事業的飛速發展，環氧富鋅、無機富鋅、環氧云鐵以及丙烯酸聚氨酯被廣泛應用。

上海楊浦大橋廣東虎門大橋

21世紀以來，人們對于橋梁涂裝有了更高的要求，既要求更長的保護周期（20年、30年及以上），又要求安全、健康、環保，符合最新的環境要求，各種新型防腐涂料逐漸被應用。

重慶朝天門大橋杭州灣跨海大橋

展望未來，隨著中國的經濟發展，一批批更大的越江跨海大橋工程的建設，中國橋梁必將創造更大的的成就，橋梁防腐涂裝技術將隨之發展。

涂料基本知識

涂料組成

涂料一般由四種基本成分：成膜物質（樹脂、乳液）、顏料（包括體質顏料）、溶劑和添加劑（助劑）。

常見涂料成分

成膜物質——是涂料的基礎，它對涂料和涂膜的性能起決定性的作用，它具有粘結涂料中其它組分形成涂膜的功能。可以作為成膜物質的使用的物質品種很多，當代的涂料工業主要使用樹脂。樹脂是一種無定型狀態存在的有機物，通常指高分子聚合物。過去，涂料使用天然樹脂為成膜物質，現代則廣泛應用合成樹脂，例如：醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、氯化橡膠樹脂、環氧樹脂等。

顏料——是有顏色的涂料（色漆）的一個主要的組分。顏料使涂膜呈現色彩，使涂膜具有遮蓋被涂物體的能力，以發揮其裝飾和保護作用。有些顏料還能提供諸如提高漆膜機械性能、提高漆膜耐久性、提供防腐蝕、導電、阻燃等性能。顏料按來源可以分為天然顏料和合成顏料；按化學成分，分為無機顏料和有機顏料；按在涂料中的作用可分為著色顏料、體質顏料和特種顏料。涂料中使用最多的是無機顏料，合成顏料使用也很廣泛，現在有機顏料的發展很快。

溶劑——能將涂料中的成膜物質溶解或分散為均勻的液態，以便于施工成膜，當施工后又能從漆膜中揮發至大氣的物質，原則上溶劑不構成涂膜，也不應存留在涂膜中。很多化學品包括水、無機化合物和有機化合物都可以作為涂料的溶劑組分?，F代的某些涂料中開發應用了一些既能溶解或分散成膜物質為液態，又能在施工成膜過程中與成膜物質發生化學反應形成新的物質而存留在漆膜中的化合物，被稱為反應活性劑或活性稀釋劑。溶劑有的是在涂料制造時加入，有的是在涂料施工時加入。

助劑——也稱為涂料的輔料,由于其使用的目的,方法或性能要求的不同,而需要使用不同的助劑；一種涂料中可使用多種不同的助劑,以發揮其不同作用。（例如：消泡劑、潤濕劑、防流掛、防沉降、催干劑、增塑劑、防霉劑……等）

涂料的成膜機理

物理成膜機理：

依靠涂料中溶劑的蒸發或熱熔的方式而得到干硬涂膜的干燥過程稱為物理機理固化。常見的涂料產品包括：氯化橡膠涂料、丙烯酸樹脂涂料、乙烯、瀝青、冷噴鋅等。

特點：可逆性、熱塑性、成膜不依賴溫度、重涂性好。

物理成膜常見涂料產品（氯化橡膠涂料、瀝青、冷噴鋅）

化學成膜機理：

化學成膜是指先將可溶的(或可熔的)低相對分子質量的聚合物涂覆在基材表面以后，在加溫或其他條件下，分子間發生反應而使相對分子質量進一步增加或發生交聯而成堅韌的薄膜的過程，這種成膜方式是熱固性涂料的成膜方式。

常見形式：干性油和醇酸樹脂通過和氧氣的作用成膜，氨基樹酯與含羥基的醇酸樹酯、聚酯和丙烯酸樹脂通過醚交換反應成膜，環氧樹酯與多元胺交聯成膜等。

特點：不可逆，耐溶性、熱固性、成膜速度以及溫度、嚴格的重涂間隔。

橋梁涂裝施工

制作總體方案

現在橋梁的部件涂裝大部分在車間內完成，其底材處理和涂裝工藝基本如下：

(1) 結構預處理

構件在噴砂除銹前進行鋼結構的預處理，包括：將粗糙焊道打磨光滑、去除飛濺的焊渣等；將銳角邊打磨成R2的鈍角；切割邊的峰谷差小于1mm等。

鋼板預處理前狀態

(2) 除油

將構件表面的油污清除干凈。

構件表面除油污

(3) 除鹽分

測量鋼結構表面氯離子含量應小于7?g/㎝2，如超過這個數值，應使用高壓進行清洗。

構件表面鹽分污染

(4) 噴砂除銹

新建橋梁一般都是采用磨料噴砂方式清除鋼板表面氧化皮、銹蝕及涂料等污染物。橋梁一般除銹清潔度等級要求為ISO8501-1中Sa2.5/Sa3標準，粗糙度達到Rz30~100?m。

噴砂除銹及所使用的鋼砂

噴砂除銹前后的鋼箱梁

(5) 涂裝條件

涂裝條件有：當環境相對濕度小于85%，或鋼板表面溫度大于露點。溫度3℃以上時，才能進行涂裝施工。準備設備有全封閉噴涂車間、噴霧處理系統、除濕加溫系統、高壓無氣噴涂機等。

預涂裝前準備廠房及設備

(6) 涂裝過程

涂裝過程是最為關鍵的一環，其中要注意以下幾點：

油漆混合：大面積施工時采用整套油漆混合，小面積修補采用零星油漆混合。

噴漆前防護：每道油漆噴涂前均需要提前對工地焊縫處、高強螺栓連接磨面、螺紋孔內壁及容易造成漆霧交叉污染部位進行遮擋防護。

預涂：每道油漆前均需要提前對過焊孔、焊縫周圍、自由邊、加勁板等不易噴涂的部位進行預涂，以便更好的達到涂層厚度。

涂裝：分為有氣噴涂和高壓無氣噴涂，目前橋梁重腐蝕涂料大多數均采用此種涂裝方法，其特點是施工效率高，可以厚膜施工，適用于高固高粘度涂料。

涂裝及高壓無氣噴涂機

涂層表面清潔拉毛：涂層表面實干后，表面出現漆霧、顆粒、鋅鹽等污染物。

通過以上的工藝敘述可以看出，現在鋼橋梁的施工基本可以滿足防腐的需要，并且可以達到良好的涂裝效果。

涂裝檢測基本知識

(1) 漆膜外觀檢測

漆膜外觀應滿足以下要求：底漆、中層漆、面漆漆膜不允許有針孔、氣泡、裂紋、咬底、滲色、漏涂、流掛、局部剝落等缺陷；面漆表面應平整均勻、漆膜豐滿、色澤一致。檢查方法經協商可采用肉眼或用放大鏡觀察。

(2) 漆層厚度檢測

該檢測應在每一涂層干燥后進行。全部涂裝完畢后，再檢測總厚度。檢測方法是：用漆膜測厚儀檢測，每10㎡（漆膜面積不足10㎡的按10㎡計）作為一處，細長體每3～4米長作為一處，每處測3～5點。每處所測各點厚度的平均值，不得低于規定涂層總厚度的90%，且不高于120%。每處所測各點厚度中的最小值不應小于規定涂層總厚度的70%。

(3) 噴砂后除銹清潔度檢測

根據項目設計要求，采用目視（GB/T8923.1/ISO8501-1）對噴砂后的除銹清潔度進行全面檢測，新建橋梁鋼結構一般至少達到Sa2.5級或Sa3.0級。

(4) 噴砂后粗糙度檢測

根據項目設計要求及規范要求，使用粗糙度比對樣塊（GB/T13288.2）、觸針法（GB/T13288.4）、復制膠帶法（GB/T13288.5）進行檢測。

(5) 噴砂后灰塵清潔度檢測

根據項目設計要求及規范要求，對噴砂后鋼板表面的灰塵清潔度（GB/T18570.3）進行檢測，一般要求灰塵數量不大于三級，灰塵顆粒大小不大于2級。

(6) 噴砂后表面可溶鹽分含量檢測

根據項目設計要求及規范要求，對噴砂后鋼板表面的可溶性鹽分含量（GB/T18570.6和GB/T18570.9）進行檢測（一般≤70mg/m2）。

(7) 涂裝條件檢測

根據項目設計要求及規范要求，對涂裝前的環境條件（環境溫度、空氣相對濕度、鋼板溫度、露點、風速）進行檢測，滿足要求后方能進行涂裝作業。

(8) 涂層濕膜厚度檢測

為了更好地一次性噴涂達到所規定的的干膜厚度，噴涂過程使用濕膜卡進行濕膜厚度測量，以助于噴漆搶手掌握噴涂速度。

常見涂裝缺陷及處理

涂裝缺陷是涂料設計、制造、運輸、貯存、涂裝全過程中質量控制環節出現問題的綜合體現。因此，產生涂層缺陷的原因往往是多方面的，有時候甚至是相當復雜的。但根據統計，涂料不符合涂裝要求和使用要求，或者不適當的涂裝工藝和施工是造成涂裝缺陷的主要環節。雖然我國橋梁的施工有了很大的發展，但是在工藝控制上仍然存在著一些問題，經過對已涂裝橋梁的考察，我們發現主要問題如下：

我國橋梁鋼結構涂裝展望

伴隨著國家創新、協調、綠色、開放、共享五大發展理念的引領，鋼制橋梁涂裝也將會在不久的將來發生革命性的變化。目前涌現了大量的新的技術、新的工藝、新的材料和新的設備。

涂裝新工藝方式

傳統的橋梁防腐施工條件惡劣，廠房條件差，有時甚至露天施工，以人工噴涂為主，對噴涂人員職業健康危害較大，涂裝質量受環境、人員等因素影響占比非常大。

港珠澳大橋施工已對鋼箱梁涂裝施環境提出了較高的要求，對專業化涂裝廠房除塵、除濕、環境溫度、物料自動循環系統等都有配套要求，對大橋的涂裝質量提供了保障。

在港珠澳大橋基礎之上，正在建設的深中通道項目秉承”建世界一流跨海通道，創珠江口百年門戶工程”的理念，對鋼橋防腐涂裝提出了從人工施工到機械自動化智能化施工的更高要求，“智能化涂裝”將成為未來涂裝施工的發展方向, 橋梁鋼結構機器人防腐施工將會在不久的將來得以應用。相信在鋼橋梁防腐領域的涂裝施工自動化、智能化將會很快普及，并且不斷提升、完善，更加利于鋼橋長效防腐的質量與耐久性。