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【鋼構知識】鋼橋梁的長效防腐涂裝

2019-01-11 12:04:17 作者：戴潤達來源：涂料工業分享至：

近年來，我國橋梁建設發展迅速，鋼橋以其抗震性好、自質量輕、施工周期短等優點，得到了越來越多的應用，尤其在跨江、跨海、跨峽谷的大跨度橋梁中均采用鋼橋。表面腐蝕、應力腐蝕和疲勞腐蝕是導致這種特大鋼橋構件產生外觀缺陷、壽命降低以至于失去工作能力的重要原因之一。鋼結構腐蝕不僅帶來巨大的經濟損失，同時也危及到結構的安全運行。因此，鋼橋長效防腐涂裝在工程建設中顯得尤為重要。

由于影響鋼橋長效防腐的因素很多，而且關注的角度也不同。其中，關注最多的是涂料本身和施工質量管理。本文主要論述了標準規范、涂裝體系設計、涂裝材料、施工管理等對長效防腐涂裝質量的影響。

1 鋼橋建設概況

交通運輸部公路局為落實《國務院關于鋼鐵行業化解過剩產能實現脫困發展的意見》（國發[2016]6號）有關要求。以供給側結構性改革加快推進公路鋼結構橋梁建設，促進公路建設轉型升級，提出了一些意見，意見中提到：當前，我國鋼鐵產能利用率不足70%，鋼鐵行業去產能、去庫存的形勢緊迫，需要各行業加大支持力度。目前，世界發達國家已逐步發展到了以鋼結構橋梁為主的階段，法國、日本、美國的鋼結構橋梁比例已經分別到達了85%、41%、35%，相比較而言，我國鋼結構橋梁應用不夠廣泛，占橋梁總數尚不到1%。

近年來，我國每年新增橋梁約2.8萬座，是使用鋼材的重要領域。也是加快推進鋼結構橋梁的難得發展機遇。近些年，大型鋼橋越來越多，以本公司所建鋼橋為例，繼港珠澳大橋之后，目前在產項目中，10萬t以上的項目就有幾座，如表1所示。

表1 10萬t以上的在產橋梁項目

由表1可以看出，要高質量完成這些項目，高質量涂裝是不可或缺的重要一環，也是整橋建設這一系統工程中的一個重要組成部分。

2 鋼橋梁常見的長效重防腐體系

鋼橋梁防腐標準中的防腐體系較多，如TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》和JT/T722—2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》。其中JT/T722—2008體系根據腐蝕環境和保護年限的不同進行了更詳細的劃分。本公司所建的橋梁通常是國家重點工程，其要求的防腐體系都是長效型。所以最常用的是眾多體系中性價比最高、施工性能最好的一種。

2.1氟碳面漆防腐體系

近幾年，本公司制作的萬t級以上橋梁的涂裝方案大多采用環氧富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+氟碳面漆（常規標準體系）的長效重防腐體系，如滬通長江大橋、虎門長江二橋、蕪湖長江大橋、平潭海峽大橋、港珠澳大橋等。

2.2聚氨酯面漆防腐體系

近幾年本公司承建的國外項目中，多采用無機/環氧富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+聚氨酯面漆重防腐體系，如香港昂船洲大橋、德國單線（雙線）橋、委內瑞拉橋、孟加拉帕德瑪橋和美國VN橋。

3 影響鋼橋防腐耐久性的因素及建議

目前大型鋼橋的設計使用年限一般是100~120a，鋼橋一且開始運營，部分橋梁所處的環境根本無法再進行大面積重新防腐涂裝，所以橋梁需要在制造施工中實施長效防腐涂裝。技術標準規范對防腐涂裝具有很強的指導意義，但認知程度的不同對其理解也會有所不相同，而且隨著新涂料新工藝的發展，如果過于教條地理解標準規范可能會適得其反；涂裝配套體系的合理性也是影響鋼橋防腐耐久性的重要因素之一，尤其是設計創新的防腐配套方案，必須充分論證涂料的合理性；新品種或新涂料由于沒有經過大生產應用，缺少足夠的應用經驗，也會出現各種問題，因此，涂料本身也是影響鋼橋防腐耐久性的重要因素之一。另外施工管理、施工過程也是直接影響鋼橋防腐耐久性的因素。

3.1標準因素

3.1.1 標準滯后

由于執行標準或規范每隔5~10a才修訂一次，而防腐涂料及工藝更新較快，再加上環保法規的愈發嚴格，標準中會不可避免地出現部分內容不能滿足現有涂裝技術和環保要求。所以在使用標準時不能按部就班、太過教條，否則在實際施工時既保證不了工期又保證不了質量。

標準畢竟是技術性比較強的文件，沒有一定涂裝相關知識的人僅靠字面意思較難準確掌握其中的內容，不定期的貫標會十分必要。例如：TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》中，特制環氧富鋅底漆干膜厚度為40μm/道，環氧云鐵中間漆干膜厚度為40μm/道，這2個要求類似，都屬于涂層干膜厚度要求，這與目前高固體分低VOC含量要求不匹配。目前的涂料通常不加稀釋劑或加少量的稀釋劑噴涂一道干膜厚度約80μm。如果嚴格按標準執行，特制環氧富鋅漆中應加入大量的稀釋劑來降低涂料的黏度，來保證噴涂一道底漆的厚度為40μm左右。因為稀釋劑不參與涂料的化學反應，它會全部揮發到大氣中污染環境。環保法規和標準對VOC限制就沒有實際意義了。

另外，摩擦面處采用電弧噴鋁工藝，由于施工過程中產生的大量噪音、弧光、金屬粉塵對人和環境傷害很大，所以橋梁鋼結構防腐噴鋁施工通常都是夜間作業。但如果涂裝廠房距離居民區較近，晚上涂裝施工作業時的噪音很大，也會影響附近居民的正常生活。

3.1.2 對標準理解不足

設計防腐涂裝體系在引用TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》時，往往忽略了摩擦面處采用電弧噴鋁涂層的應用條件。標準中明確“對于栓焊梁的生產或儲存在黃河以南地區時，宜采用無機富鋅防銹防滑涂料噴涂摩擦面。”這是因為黃河以南地區的環境濕度大，鋁涂層多孔，在這種環境下鋁涂層表面極易返銹，如圖1和圖2所示。經充分試驗驗證，在保證期內鋁涂層表面有銹但不影響抗滑移系數，僅是影響外觀。實際橋梁桿件出現這種情況時，多數業主或監理不能接受返銹不美的外觀，要求整改，不但費工費力甚至影響抗滑移性能。

圖1 儲存不到1個月的鋁涂層

圖2 儲存5個月（期間被淋雨）的鋁涂層

標準在長效防腐涂裝中居核心地位，它相當于此行業的“法規”，它使各工序、質量要求、施工方法等“有法可依”，標準的導向十分重要。為此，建議標準修訂時，應最先關注人的健康與安全。如有可替代的新涂料，應毫不猶豫地從標準中刪除不環保工藝或材料。同時，新版標準出版時應開辦多場貫標會，幫助下游各相關單位正確理解和使用橋梁防腐標準。當標準更新滯后時，橋梁施工管理人員應該用發展的眼光去解讀標準和規范。

3.2涂裝配套體系設計因素

橋梁標準中可選擇的防腐配套體系較多，設計方可以根據鋼橋所處的腐蝕環境和預期的防腐壽命，正確地選擇與之匹配的涂裝配套體系。但是防腐配套方案的創新設計，如不充分論證其合理性，就極有可能造成資源浪費、環境污染和質量隱患。如表2中的一份設計體系中就有4處不妥，詳情如下：

（1）無機富底漆厚度設計為20μm。

（2）無機富鋅底漆噴涂一道最少60μm，如果設計20μm，只能多加稀釋劑，但一道噴涂厚度最少40μm，這樣不但增加涂料消耗還會加重環境污染。

（3）電弧噴鋁涂層的表面粗糙度要求Rz40~60μm。

電弧噴鋁涂層要求的表面粗糙度應為Rz60~100μm。因為涂層主要通過機械結合附著于基體上，粗糙的表面可以增加其接觸面積，附著更牢固。較低的表面粗糙度會降低鋁涂層與基體的層附著力，鋁涂層易脫落。

（4）高強螺栓摩擦面部位采用電弧噴鋁+無機富鋅車間底漆涂層。

高強螺栓摩擦面在橋梁標準中規定了穩定抗滑移系數要求，即在出廠時抗滑移系數達到0.55及以上，架設時達到0.45及以上（不大于6個月）。目前僅有電弧噴鋁層和無機富鋅防銹防滑涂層2種涂層能達到要求，這2種涂層必須獨立使用，即涂層為單獨的電弧噴鋁層或無機富鋅防銹防滑涂層，絕不是復合涂層。另一方面，無機富鋅車間底漆不是無機富鋅防銹防滑涂料，不具有較高的抗滑性能，此部位用錯涂層將直接影響橋梁安全。

（5）如果直接暴露在空氣中則增加100μm的氟碳面漆。

這條錯誤不涉及安全隱患，但是卻浪費了涂料，氟碳面漆在復合涂層體系中價格最高，這樣會造成不必要的成本增加。100μm的氟碳面漆改為70~80μm即可。

表2 設計涂裝體系

注：斜拉素套筒裸露部分應按鋼錨梁內表面涂裝處理，如果直接暴露在空氣中則增加一層100μｍ的氟碳面漆。

另外，還有一種偶發的錯誤設計，如要求鋼桁梁橋的箱形桿件（上下弦桿、腹桿等）內部涂裝。無論是國內還是國外這類橋梁桿件內部都采用氣密防腐。鋼桁梁橋的箱型桿件內部與鋼箱梁橋的內部不同，一般的桁梁箱形桿件是完全封閉結構，而且內部空間狹小。而鋼箱梁橋的內部空間較大，每個涂裝節段并不是封閉空間，人員和設備可以進出內部。標準中列出的橋梁內表面涂裝體系也指的是鋼箱梁而非鋼桁梁橋。如果桁梁橋的箱型桿件內部要求涂裝，則只能在箱形桿件焊接蓋板前，對槽型結構內部涂裝，然后再焊接蓋板。但此種操作更不利于質量的保證，其一由于結構焊接、噴砂、噴涂這三個工序不能在同一廠房內作業，槽型又是一種不穩定結構，吊運則更容易造成構件變形；其二組成箱體后的焊接即火焰修整都會燒損內部已有涂層，而這些燒損的內部涂層又無法修補，導致內部表面的涂層不完整。所以桁梁橋桿件封閉空間的內部涂裝根本沒有意義。

綜上所述，設計合理的涂裝配套體系是非常重要的一環，若涂裝配套體系有問題和隱患，后面再精心的科學管理都是枉然。建議體系創新首先要推敲理論上的合理性、實施的必要性，然后進行客觀實驗，最后再考慮現場的可操作性等。另外，建議設計圖報審時針對涂裝體系也應有相應的專業審核，避免因個人的認知錯誤而造成資源浪費或從源頭埋下涂裝質量安全隱患。

3.3施工管理（業主、監理、總包）因素

科學、嚴格的涂裝施工過程管理很重要。但實際施工管理時不講科學僅談嚴格，過分強調外觀效果，過度返修將會為橋梁后期的涂裝質量埋下隱患。

常見案例如下：

（1）鋼板軋制過程中有時會產生的表面缺陷，有些缺陷在標準公差范圍內，可以接受。但為了追求外觀效果通常要求給鋼板打膩子填平缺陷。若把300μm的坑填平，再加上正常近300μm厚的涂層，局部表面總體涂層厚度至少600μm，涂層過厚，應力大，很容易開裂脫落。

（2）無機富鋅防銹防滑涂層表面產生白色鋅鹽，為保證外觀效果，要求清洗涂層表面。

富鋅漆的防腐機理就是通過金屬鋅的化學反應，使鋼鐵得到保護。鋅是活潑金屬，空氣中易被氧化生成鋅鹽。所以富鋅涂層表面出現白色物質就是正常的反應產物鋅鹽，可阻隔屏蔽腐蝕進一步進行，外觀雖不美觀，但并不影響抗滑移系數，不需要進行處理。如果清洗，工人操作不當反而影響涂層的抗滑移系數及防腐性能。

（3）高強螺栓孔內壁要求補刷漆涂料，不能生銹。此位置國內外的涂裝方法相同，不進行特意涂刷，如果用刷子對其進行涂刷，內壁邊緣處不可避免會堆積涂料滴，安裝時由于凸起的涂料滴存在，將會影響拼接板面之間的密貼。所以正確的做法是，噴涂鋼板兩側摩擦面時，利用噴槍角度也會對內壁或多或少有所覆蓋，偶然局部出現沒有被覆蓋地方，也不要用刷子補涂。如果涂裝與安裝時間間隔長，安裝前內壁有時會有銹，但高強螺栓施擰后內部不會再有空氣進入，腐蝕也就停止了。

（4）底漆局部補涂的方法只接受噴涂，不允許刷涂，怕影響外觀效果。

如果厚度相差小于20μm，底漆局部修補應采用刷涂的方式。因為有氣噴涂時即使多加稀釋劑的情況下，一道至少40μm，并且擴大了涂覆范圍。富鋅涂層不宜太厚，尤其是鋅含量大的涂料，容易開裂。對于富鋅底漆來說，涂層不是越厚越好，修補時應選取適宜的施工方式。

施工管理的科學性也是關系防腐涂裝質量的重要一環，這不是一套合理的防腐配套體系能夠解決的，因為每種涂料都有各自的應用范圍，如果超出它的應用范圍，性能就會降低甚至失效。所以，施工各方應注重涂裝施工中的科學管理。建議監理單位或業主單位駐現場人員應有相應涂裝資質或掌握涂裝相關基礎知識，這樣才能對現場實際問題作出正確判斷，而不會錯誤引導，為后期質量埋下隱患。

3.4涂料質量因素

對于涂料制造廠來說，橋梁標準中的最常用涂料是成熟產品，對其固化機理及涂料施工性能都掌握得很清楚。通常出現質量問題的涂料是技術指標未在標準中明確的新品種或新涂料的首次應用。這些涂料由于缺少足夠的應用經驗，施工時出現的問題無法或難以找到合適的解決辦法，例如：

（1）冷噴鋅涂料的配套性差。

冷噴鋅涂料防腐性能高于目前的富鋅漆，可以做底漆也可以獨立使用。冷噴鋅涂料生產廠家較少，其中還有部分廠家僅生產這單一涂料，而不能生產傳統涂料，所以形成不了涂料的配套體系。大部分生產傳統涂料的涂料廠家不會生產冷噴鋅，但國內常規的配套形式又是底中面三層涂料。所以只能2家涂料做配套，本公司在施工某橋前也提前在試板上做了實驗，但一到實際施工時就出現了氣泡、涂層附著力差等問題（見圖3）。由于工期有限，某橋最后的解決方案是配套體系中使用的產品完全出自同一個廠家（見圖4）。

目前，該涂料的配套性已經解決，它可以與多廠家的特定型號配套使用。

圖3 涂層附著力差

圖4 涂層附著力良好

（2）環保型聚硅氧烷面漆涂層脫落。

國內鋼橋首次應用了環氧富鋅+環氧云鐵中間漆+聚硅氧烷面漆這一涂裝體系，由于涂料供應商對新產品性能認識不足，涂裝施工時無法給出正確的指導，致使在施工過程中遇到了針孔、涂層脫落等諸多問題，經過大量的實驗才發現了關鍵控制因素：一是施工時增加漆膜厚度，聚硅氧烷是厚漿型環保涂料，但某橋的設計厚度為30μm，噴涂太薄涂層較難成膜；二是調整合理的溫度與濕度，硅氧烷面漆固化時需要較高的濕度、溫度，與當時施工時較低的相對濕度和溫度不匹配。在此兩點關鍵因素得以控制后，生產的桿件沒有再出現脫落現象。

（3）水性富鋅底漆IC531涂層附著力差。

早在18年前本公司就使用過水性富鋅底漆IC531，該涂料對施工環境、工件表面清潔度要求較高。由于對其認識不深，涂料廠技術服務人員也沒有過多強調施工要點，造成施工后涂層脫落，出現大面積返工。從此本公司員工可謂是談水性色變，監理和業主也對該水性涂料質量產生質疑，一種新型環保涂料剛剛在鋼橋梁領域出現就遭到了強烈的人為抵制。

涂料生產廠家是長效防腐施工各相關單位中最專業、最了解涂料性能的一方，所以更應當承擔起推廣、傳播涂裝知識的責任。關于一種新涂料的推廣，應讓不同的用戶（設計方、業主、監理管理方、施工單位使用方）掌握他們應該知道的相關涂料性能，而且新產品推廣前應有足夠的實驗數據。另外，涂料廠家不僅僅是材料供應商，更應該做好現場施工的技術指導工作。

3.5施工因素

承擔大型鋼橋防腐的施工單位都具有專業資質。這樣企業有自己獨立完善的質量保證體系。橋梁工程防腐涂裝施工前有交底會，各方將有異議的地方進行溝通確定。施工時注意表面處理質量、涂裝環境、涂裝時間間隔等，一般就不會有質量問題。通常，施工人員臨時變動、設備出現問題沒有及時被發現、工期緊張就比較容易發生質量問題。

建議涂裝施工做好以下幾點：（1）施工工期應充分考慮涂裝工期，合理安排，盡量避免搶工期；（2）注重環境條件的控制；（3）做好噴砂與噴漆以及噴涂各涂層之間的銜接；（4）人員變化時技術交底，增加檢查頻次，定期培訓，定期檢修更換設備及配件；（5）積極開發智能設備代替人工，改善勞動條件和勞動環境。

4 鋼橋長效防腐涂裝展望

伴隨國家創新、協調、綠色、開放、共享五大發展理念的引領，鋼制橋梁防腐也將會在不久的將來發生革命性的變化。

4.1涂裝施工方式展望

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工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。

4.2水性涂料應用的展望

在綠色環保要求不斷提高的發展環境之中，隨著施工環境的不斷改善，人工智能的應用，清潔環保的水性涂料將會迎來廣闊的發展空間并得到廣泛應用，相信我們也會在未來的設計體系乃至行業標準涂裝體系中看到更多水性涂料的身影。

5 結語

科技不斷發展，管理日益完善。在橋梁涂裝行業，隨著標準的完善、設計方案的合理制定、恰當到位的管理、優質涂料的研發、智能化涂裝技術的革新等涂裝行業鏈條上各相關單位的共同努力，鋼橋梁防腐將會迎來更友好、更先進、更優越的環境和條件，從而更好地為鋼橋梁實現長效防腐蝕機制和效能。

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責任編輯：韓鑫

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