特种钢桥的防腐涂装

特种钢桥是在国防及民用临时工程中使用的可移动、可拆装式桥或机械化桥，其架设速度快、作业简便，在军用中得到广泛应用。钢材是特种钢桥主要组成材料，它以其良好的受力性能及易加工、易成型等特性在大型工业厂房、桥梁、船闸等不同领域、不同环境中得到广泛的应用，在国防工程中的应用更广。但由于特种钢桥在使用过程中的移动性，使其长期处于干湿交替的环境中，检易腐蚀。特种钢桥由于机械化程度高，多用销、栓连接，整体性差，一旦局部锈坏，整个桥梁可能丧失功能，影响随行机动保障，甚至造成人员伤亡。因此，与一般钢结构涂装不同，特种钢桥的涂装是全面的，所有的钢构件都需进行涂装才能使用，耐久性要求高，涂装除具备防腐性能外，还需具备隐身、防滑、抗冲击等特殊功能。在特种钢桥的使用中，有因局部锈蚀导致桥梁损坏丧失承载能力而引起事故，甚至有些锈蚀导致的损坏无法修复，造成巨大的经济损失。现有的防腐方法陈旧，大多仅具防腐功能，而缺乏隐身、防滑、抗冲击功能，因此，对特种钢桥涂装的研究十分必要。

1 腐蚀影响因素及原理

根据特种钢桥的结构特性、使用时的受力特性、周围环境、空气中的有害成分（主要是酸碱盐）、湿度等，可将特种钢桥的影响因素及腐蚀种类分为如下几类。
1.1 主要影响因素
影响特种钢腐蚀的因素很多，主要有自然环境、特种钢桥的结构、人为因素等。空气中含有的CO2、O2、H2S、SO2等对腐蚀的影响很大。另外，因处于不同的温度与湿度中，特种钢桥的腐蚀速度也不相同。温度越高，湿度越大，其腐蚀的速度越快。特种钢桥的角梢、凹槽部位、桁架内部极易积水、灰尘和垃圾。这些部位上部富氧、下部贫氧，形成了氧浓度差，致使钢板发生腐蚀生锈。此外，特种钢桥的主要承载构件因疲劳发生腐蚀。在特种钢桥的加工生产中，由于工人操作失误造成表面缺损，表面涂层厚度不足，且由于特种钢桥构件形状不规则，致使涂装施工质量难以控制。
1.2 化学腐蚀
化学腐蚀是指钢材直接与环境组分发生化学反应而引起的破坏。这种腐蚀在特种钢桥的腐蚀中很少单独出现。
1.3 电化学腐蚀
钢铁表面与环境组分发生电化学反应而产生的破坏称为电化学腐蚀。由于钢铁表面显微组织不同、杂质分布不均匀，同时钢桥表面受力不均匀，表面平整度有差异等原因，导致特种钢桥表面局部相领质点产生电极电位差，因而在特种钢桥表面构成了无数的“微电池”造成腐蚀。因腐蚀生成的铁锈具有吸湿性，可以吸收大量的水分，致使锈层体积膨胀，形成了疏松结构，使腐蚀继续扩展到内部。在特种钢桥腐蚀中以这种腐蚀为主。
特种钢桥在使用中，由于周围的水气很重，易在钢桥表面形成水膜，尤其是由钢材制成的桥脚，长时间泡在水中，腐蚀严重。因此，特种钢桥的防腐措施也主要是针对此种腐蚀的。
1.4 应力腐蚀
特种钢桥在拉力和特定的腐蚀介质共同作用下发生的脆断，称之为应力腐蚀（SCC）。SCC仅在拉力作用下产生，存在一个临界应力σscc。特种钢桥的某些部位长时间处于受拉区，在特殊环境（如工业大气、海水等）下（拉应力未达到屈服应力）突然出现脆性断裂。此种腐蚀具有突然性，在特种钢桥的腐蚀中不多见，一旦出现即造成突发性事故，应该引起重视。
1.5 缝隙腐蚀
缝隙腐蚀在金属缝隙中发生的局部腐蚀。特种钢桥因其特殊的使用功能，架设时要求速度快，故连接部位多采用销子、螺栓、丙丁接头。这些连接方式存有缝隙，很易藏匿杂质、灰尘，使缝隙内的铁离子或氧浓度与周围产生差值，造成电位差形成“原电池”，从而引起腐蚀。这种腐蚀在特种钢桥的腐蚀中比较多见，且不易被发现，危害性大。
2 目前采取的防腐涂装措施
通过对特种钢桥的腐蚀原理及影响因素分析，采取相应的防腐措施。对于化学腐蚀及电化学腐蚀，主要通过在特种钢桥表面涂装涂料以隔离腐蚀介质，使微电池不能产生。同时通过优化设计方案、材料选用、合理的结构选取与限制行车速度等措施来降低其他腐蚀因素的影响。方法主要有4种：1）采用耐候钢；2）长效防腐蚀方法，即用热浸锌、铝基氧化铝涂层；3）涂层法，即在钢结构表面涂（喷）其他防腐蚀涂料；4）对水下部分采用阴极保护法，即电化学保护法。
2.1 特种桥涂装前的表面处理
特种钢桥在在加工过程中表面积聚了油污、灰尘、杂质、铁锈等，如果不去除这些杂质，将影响涂装的工程质量，容易出现起皮、脱落现象，使涂料不能正常发挥作用。表面处理主要包括除油、除钝、钝化（磷化）三部分，目的是：1）增加涂层与基体结合强度；2）增加涂层功能，使涂层既具有防腐功能又具有防磨损或其他特殊功能。
表面处理主要采取手工除锈、机械除锈、酸洗除锈、喷射除锈4种方法。特种钢桥主要采用喷砂处理方式，且达到除锈等级“规范”（GB8923-88）Sa2.5以上，特殊部位如不易于喷砂处理可用手工除锈。通过对喷砂质量控制，可获得不同的粗糙程度。
2.2 特种钢桥的防腐涂装
特种钢桥涂装主要采用长效防腐蚀法与涂层法。长效防腐蚀法主要用于平时难以维护，且比较重要的构件，防腐蚀时间长、效果好，但价格高、工艺复杂。涂层法主要用于次要构件，防腐时间短，需要定期维护，但便于施工，价格也较低。2.2.1 涂层法防腐蚀涂层结构主要有3种：1）底漆-中漆-面漆；2）底漆-面漆；3）底漆面漆为同一种漆。涂层防腐主要原理是，在特种钢桥表面形成一层致密的保护膜，把钢铁与腐蚀介质隔离开。所用的涂料主要有有机涂料、无机涂料、有机/无机复合材料。
底漆应具备牺牲阳极、钝化、缓蚀或封闭等防腐功能，同时与中间漆和面漆有良好的附着能力。特种钢桥常用环氧富锌底漆，该底漆防腐蚀功能好，附着力强，可与多种涂料配套使用。
中间漆介于底漆和面漆之间，起承上启下增强屏蔽功能，常采用过氯乙烯、醇酸漆、环氧云母等。由于环氧云母具有良好的屏蔽功能，常被应用于长时间的防腐。
耐候性、抗紫外线、抗氧化、耐水等特征。特种钢桥的面漆需具备一定的隐身功能，尽量与周围的环境色保持一致。面漆也同样需具有良好的附着能力，可防止履带的冲击、撞击破坏。面漆需具备抗冲击功能，采用橡胶类面漆以吸收表面能量。
特种钢桥为防滑常在表面焊防滑条，此防滑条除具备防滑功能外，还起了一定的补偿作用。一般钢桥面板比较薄，构易被锈穿，焊接防滑条局部增加了钢板厚度，对周围的钢板防腐起一定的补偿作用。在实际工程中应根据具体情况选取不同的组合方式喷涂，喷涂过程中要严格控制喷涂质量，因涂层的厚度是其能否正常发挥功能的关键，一般要求涂层厚度致为100~150μm。
2.2.2 热喷锌、铝
涂层法由于防护时间短、易脱落。而热喷铝、锌可弥补此缺点。热喷锌、铝技术是采用燃烧火焰、电弧等离子弧作为热源，将喷涂材料加热到塑态和熔融状态，同时在高速气流的加速作用下使材料形成雾化颗粒束喷射到特种钢桥表面，随之激冷，并不断层积形成涂层的方法。
热喷锌、铝法有如下优点：1）涂层与基体结合强度高。由于电弧喷涂粒子飞行速度快，含热量大，当粒子到达基体表面时易形成局部冶金结合。2）喷涂效率高。3）设备投资及使用成本低。4）防腐民生能好。此法不仅有屏蔽作用，而且由于锌、铝电位比铁低，易失电子，从而使铁作为阴极形成阴极保护，防腐时间长。特种钢桥主要采用此法涂装。
在使用此法时，为确保特种钢桥的隐身功能，需在其表面加涂伪装涂料，使特种钢桥的表面颜色与周围环境保持一致。

3 目前涂装存在的缺陷及建议

3.1 存在的缺陷
1）防腐涂装施工中“一刀切”现象严重。特种钢桥的防腐蚀涂装主要采用喷涂铝、锌及涂层法。由于特种钢桥特殊的使用功能强调统一性，导致在涂装过程中易形成“一刀切”，都使用同一种方法。另外，沿海地区与内地采用相同涂装标准，使沿海地区特种钢桥在使用时出现大面积锈蚀。
2）局部设计、选材不合理。部分桥面板设计太薄，在焊接防滑条时出现局部被熔化现象，水汽很快渗入面板底部从内向外腐蚀，在使用中发现有些面板已被锈穿。接头材料选用得太弱，通常是40Cr，耐候性差。涂层厚度够，经常造成点腐蚀，特种钢桥的损坏大部分属此种破坏。桥脚涂层太薄，尤其是处于水与大气交界面处，此处水、空气充足极易出现腐蚀。
3）日常使用维护管理、监督机制不健全。由于特种钢桥处于水中与地面交替的环境中。这种干湿交替极易造成腐蚀，应重视日常维护。但在实际使用中未进行有效的维护，即使有些部位出现了大面积锈蚀依然使用，未及时进行相应的处理措施。另外，在钢桥使用完毕后没有进行必要的清洗及晾晒就直接进库。只有建立有效的管理、监督机制，才能做好日常的维护。
3.2 一些建议
针对目前特种钢桥防腐涂装中存在“一刀切”的缺陷，建议将全国的大气环境进行大致分类，针对不同的地区建立不同的防腐涂装标准。研究简便的涂层检测方法，加强涂装施工质量检查，严格按国家有关标准执行，使特种钢桥在出厂前达到涂装应有的效果。
针对于局部设计、选材中存在的问题，应在易腐蚀部位考虑腐蚀的影响，适当增加钢板厚度，对于接头部位选用强度高、耐腐蚀性好、耐候性好的复合材料。同时应研制耐候好、防腐时间长、环保型的涂装材料。对于象桥脚那样常处于水与大气交界面处的部位，应增强防腐措施。如在交界处悬挂铝块，此法灵法，位置可随意调整以适应桥脚不同的吃水深度。
对于某些重要部位应采用重防腐方案。重防腐是一种复合涂装体系，结合了涂层法与热喷锌、铝的优点。采用底漆-中漆-面漆的结构形式，涂装厚度达250~500μm，防腐年限达20~30年，是一种长效、实用和经济的涂装体系。
针对于日常维护管理、监督机制的不健全，可建立特种钢桥数据库系统。对特种钢桥的配发、使用情况进行调查并建立维护特种钢桥的数据库。根据特种钢桥数据库提供的资料对特种钢桥定期维护，检查平时维护情况，建立切实有效的监督机制。

4 结 论

对特种钢桥的的涂装程序应予以高度重视，加强研发能力。采用性能优良的涂料及先进的施工技术是提高特种钢桥防腐能力的有效措施。现在国内T909锌粉涂料、粉末涂料及复合涂料的深入研究将对特种钢桥的涂装质量与施工技术产生深远的影响。