钢结构桥梁的防腐设计方案
一 介绍
钢结构是大量基础设施的重要组成部分，而钢结构桥梁由于结构轻巧、耐用而有很悠久的使用历史，在十九世纪末期和20世纪早期，国内就开始在沿海经济发达地区出现钢结构桥梁，如上海的外白渡桥和宁波的灵桥，并一直使用到现在。虽然现今钢结构桥梁通用的碳钢与一些低合金钢有很好的力学性能与合理的价格，但它们存在十分严重的腐蚀问题,不解决这些问题，将产生十分严重的经济损失。据估计，全球每年因为钢结构腐蚀造成的损失高达7000亿美元，而中国在2003年为约3000亿人民币。
钢结构桥梁一般会一直处于比较恶劣的环境，如沿海高盐雾环境、沿江河高湿度大气、城市工业污染大气、内陆高酸雨区，对钢结构及其涂层的破坏特别严重。以往，由于受各种原因的限制，钢结构的防腐在国内没有受到应有的重视，只采用手工除锈，涂刷一般红丹底漆和普通醇酸油漆，使用半年或一年以后，就会发生涂层起泡、返锈、脱落，钢材受到腐蚀，返修十分困难，造成很大的损失。使用全寿命经济分析法分析钢结构桥梁的防腐体系，钢结构涂层的耐久性(使用寿命)应该是钢结构防腐的首要问题。为了保证钢结构桥梁安全使用，不受腐蚀破坏，必须选用性能良好和使用时间长（20年以上）的防腐涂装系统，同时增加各涂层的厚度，选用高耐腐蚀的涂料。比如，一般涂层总厚度在40-60 μm之间，而桥梁防腐蚀涂层总厚度一般在200～300 μm。
在我国，原有的钢结构桥梁涂装体系可以从铁道部推出的铁路钢结构桥梁的涂装体系可见一斑。
表1 我国钢桥使用的涂装体系及使用年限
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涂装系统 |
第一涂装系 |
第二涂装系 |
第三涂装系 |
第四涂装系 |
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底漆 |
红丹酚醛（醇酸） |
红丹酚醛（醇酸） |
环氧富锌 |
环氧富锌 |
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中间漆 |
－ |
－ |
－ |
环氧云铁 |
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面漆 |
灰铝锌醇酸 |
灰云铁醇酸 |
灰云铁氯化橡胶 |
灰铝粉石墨醇酸 |
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使用寿命（年） |
<10 |
<10 |
- |
15～20 |
注:①使用年限是指不重涂罩面漆的寿命；②第3涂装系因使用少，缺少数据；③第4涂装系在武汉长江大桥(中部)、柳江桥(11、12孔)使用已有15年；状态良好；根据实际使用情况及实验室研究结果推断其使用年限为15～20年。从以上的涂装体系来看，第一涂装系和第二涂装系的防腐蚀效果耐久性很差，户外十年后便出现明显的腐蚀，已经被淘汰。而第四涂装系尽管具有比较好的防腐蚀效果，但其装饰效果一般，所以也逐渐将被取代。因此，我们需要寻找新的耐久性的钢结构桥梁的防腐蚀涂层。
2、钢铁的电化学腐蚀。
腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀是金属与腐蚀介质问发生化学作用而产生的腐蚀，比如钢铁在非电解质溶液和有机溶剂中发生的腐蚀。化学腐蚀的过程中没有电流的产生。
电化学腐蚀是金属和介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀过程中有隔离的阴极区和阳极区，电流可以通过金属在一定的距离内流动。钢铁的腐蚀绝大多数情况下是电化学腐蚀。在金属表面形成原电池是电化学腐蚀最为主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线连接，我们可以发现导线上有电流通过。这种装置我们称之为原电他。原电池放电所产生电化学反应，在阳极进行的是氧化反应。在阴极进行的是还原反应。
从理论上说，单一金属在电解质溶液里只能形成双电层，不会产生腐蚀。实际上除了金、铂等呈现惰性的金属外，其他金属单独放在电解质溶液中，由于表面电化学性的不均匀，从而产生了许多极小的阴极和阳极，构成了无数的微电池，也会产生电化学腐蚀。许多原因造成了金属表面化学性不均匀。
①化学成分不均匀：一般金属都含有—定的杂质或其他化学成分。
②组织的不均匀：金属或合金中，金属晶粒与晶界电位往往不相同。
③物理状态的不相同：金属在机械加工中会造成金属各部分形变及内应力不均匀。
④表面膜不均匀：金属表面的膜(氧化膜)通常是不完整的，具有空隙或裂缝，
⑤氧气溶度差异：金属与含氧量不同的溶液相接触会形成氧浓差电池。氧浓度小的地方金属电位较低，成为阳极而易发生腐蚀；氧浓度高的地方金属电位较高，成为阴极。盐分或其他腐蚀物质浓度差异也会形成浓差电池。
⑧宏电池腐蚀；指电池中阴极和阳极的尺寸较大，肉眼可以辨别阴极和阳极，这种腐蚀电池在生产和生活中是多见的。常见方式有电偶腐蚀和氧浓差电池。
⑦电偶腐蚀，当不问的金属互相接触处于同一电解质溶液中时，就会构成宏电池，这时电位较负的金届为阳极，发生腐蚀。
钢铁在大气环境中，表面会吸附有氧气水分等，加上溶有其他腐蚀性介质，就会形成电解溶液。由于金属表面化学性的不均匀，这样就连通了能够发生电化学腐蚀的微电他的两极，如图—5所示。
我们把钢铁在大气环境腐蚀中产生的微电池表示为：
Fe／O2(阳极) H2O／C(阴极)
电极反应过程以方程式来表达为：
阳极：铁原于失去电子，被氧化为Fe2+
2Fe一4e→2Fe2+
氧原子获得电子，与水分结合形成OH-
O2+2H2O十4e→4OH-
腐蚀电他的总反应为：
2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2＝4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
这里的Fe2O3·H2O及其脱水化合物Fe2O3就是我们常见的铁锈的主要成分.
3 桥梁钢结构的腐蚀形态
桥梁钢结构的腐蚀形态有多种多样，可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。在局部腐蚀中，又可以细分多种形态。
（1）均匀腐蚀。
均匀腐蚀的腐蚀作用是均匀地发生在整个金属表面上，并在平面上逐步地使金属腐蚀并降低其各项性能：
（2）点蚀
局部性腐蚀状态，可以形成大大小小的孔眼，但绝大多数情况下是相对较小的孔隙。从表面上看，点蚀互相隔离或靠得很近，看上去呈粗糙表面。点蚀是大多数内部腐蚀形态的一种，即使是很少的金属腐蚀也会引起设备的报废。
（3）电偶腐蚀。
也称之为双金属腐蚀。由多种金属组合而成的部位，如铝与铜，铁与锌，铜与铁等等。在电解质水膜下，形成腐蚀宏电池，会加速其个负电位金属的腐蚀。影响电偶腐蚀的因素有环境、介质导电性、阴阳极曲面积比等。在潮湿大气中也会发生电偶腐蚀，湿度越大或大气中含盐越多(如靠近海边)，则电偶腐蚀越快。大阴极小阳极组成的电偶，阳极腐蚀电流密度愈大，腐蚀愈严重。电偶腐蚀首先取决于异种金属之间的电位差，这里的电位指的是两种金属分别在电解质溶液(腐蚀介质)中的实际电位，即该金属在溶液中的腐蚀电位。电位差越大，其他条件不变，腐蚀可能越大。
为了防止电偶腐蚀，要尽量避免电位差悬殊的异种金属有电接触；避免形成大阴极小阳极的不利面积比，面积小的部件宜用腐蚀电位较正的金属；电位差大的异种金属组装在一起时，中间一般要加绝缘片，垫片紧固不吸湿，避免形成缝隙腐蚀；设计时，选用容易更换的阳极部件，或将它加厚以延长寿命；可能时加入缓蚀剂或涂漆以减轻介质的腐蚀，或加上第二块金属进行阴极保护等。
（4）缝隙腐蚀。
是一种严重的局部腐蚀。经常发生于金属表面缝隙中。桥梁结构非常复杂，金属孔隙、密封垫片表面、螺丝和铆钉下的缝隙内等，都会有溶液的积留而引起缝隙腐蚀。
并个是一定要有缝隙才可以发生这种腐蚀，它也能因为在金属表面上覆盖的泥沙、灰尘、脏物等而发生。几乎所有的腐蚀性介质，包括淡水，都能引起金属的缝隙腐蚀，而含氯离子的溶液通常是最敏感的介质。
为了防止缝隙腐蚀，主要是在结构设计中避免形成缝隙，避免造成容易产生表面沉积的条件。因此，对接焊比铆接或螺栓连接要好。容器设计上要避免死角和尖角，以便于排除流出液体。垫片要
采用非吸湿件材料，以免吸水后造成腐蚀条件。此外也可以来用电化学保护的方法来防止，方法是外加电流。
（5）应力腐蚀
在一定环境中外加或本身残余的应力，加之腐蚀的作用，导致金属的早期破裂现象，叫应力腐蚀。
金属应力腐蚀破裂只在对应力腐蚀敏感的合金上发小，纯金属极少产生。合金的化学成分、金相组织、热处理对合金的应力腐蚀破裂有很大影响。处于应力状态下，包括残余应力、组织应力、焊接应力或工作应力在内，可以引起应力腐蚀破裂。对于一定的合金来说，要在特定的环境中才会发生应力腐蚀破裂。例如不锈钢在海水中、铜合金在氨水中，碳钢在硝酸溶液中。
防止应力腐蚀破裂的主要方法是消除一切应力或施以压应力，设备加工或焊接后最好进行除应力退火，或进行喷砂处理造成表面压应力。改变介质的腐蚀性，使其完全不腐蚀(添加缓蚀剂)，或者使其转为全面腐蚀，选用耐应力腐蚀破裂的金属材料，使其不能构成材料和环境组合，也可防止应力腐蚀破裂。
（6）腐蚀疲劳。
钢铁在交变应力作用和腐蚀介质的共同作用下产生的腐蚀叫做腐蚀疲劳。它往往成群出现。高强度钢丝绳经常出现腐蚀疲劳。
1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌，事故调查的结果就是因为应力腐蚀和腐蚀疲劳产生的裂缝所致。
减少腐蚀疲劳的主要方法是选择在预定环境中抗腐蚀的材料，以及在材料表面镀锌、涂漆等以减轻腐蚀疲劳的作用。
三、国内外钢桥的防腐系统和借鉴
1．日本的钢桥梁涂装
日本的桥梁早期使用的也是与同时期我国常用的红丹底漆和长油度醋酸面漆的体系。在1967年以后，日本开始采用氯化橡胶涂料和环氧涂料；1968年后，从英国进进口了专利技术，开始采用新的涂装体系喷锌十酚醛系面漆，主要体现在1970年建造的关门桥上面。表2体现了日本一般的钢桥涂装体系。需要注意的是，氯化橡胶涂料目前已经不大使用，主要的涂装体系是“体系3”。
表2 日本钢桥涂装体系
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涂装环境 |
涂装体系 |
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一般乡村大气 |
磷化底漆
（15μm） |
油性防锈底漆
（2×35μm） |
长油度醇酸中间漆
（30μm） |
长油度醇酸面漆
（30μm） |
|
海岸及工业大气 |
体系1 |
磷化底漆
（15μm） |
油性防锈底漆（2×35μm） |
酚醛云铁底漆（40μm） |
氯化橡胶中间漆
（35μm） |
氯化橡胶中间漆
（30μm） |
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体系2 |
富锌底漆
（15μm） |
氯化橡胶底漆（2×35μm） |
|
氯化橡胶中间漆
（35μm） |
氯化橡胶中间漆
（30μm） |
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体系3 |
富锌底漆
（15μm） |
环氧底漆（2×35μm） |
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聚氨酯中间漆
（35μm） |
聚氨酯面漆
（30μm） |
日本钢管加用技术研究所在1974年开始在连接濑户内海的新两国桥进行的实桥涂装试验，多种涂料配套体系分别在1、3、5、7、10、15（1989年）的检查，综合评定的结果是删除了厚膜型无机富锌+酚醛云铁+氯化橡胶及镀锌的涂装体系。1991年l0月日本“钢质公路桥涂装便览”进行厂大修订，底漆是无机富锌和超厚膜型环氧涂料，氟树脂涂料作为面漆正式列入桥梁涂装规格书。典型的涂装体系如下：
底逐 厚膜型无机富锌涂料 面漆 氟碳中涂漆
中间漆 厚膜到环氧树脂底漆 面漆 氟树脂面漆
该涂装体系在横跨东京湾公路桥，关西新国际机场联络桥的上部钢结构及海上大气部分钢结构上得到了具体应用，见表3。
表3 90年代后日本钢桥典型涂装系统
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工序 |
涂料名称、处理 |
使用量/g·m-2 |
膜厚/μm |
涂装间隔 |
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一次表面处理 |
钢板喷砂到SIS Sa2.5 |
－ |
|
－ |
|
车间底漆 |
无机富锌底漆 |
200 |
20 |
|
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二次表面处理 |
构件喷砂到SIS Sa2.5 |
－ |
|
－ |
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第一层 |
厚膜型无机富锌底漆 |
700 |
75 |
不超过6个月 |
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第二层 |
雾喷涂层 |
160 |
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2天内 |
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第三层 |
厚膜型环氧底漆 |
500 |
100 |
一天～1个月 |
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第四层 |
厚膜型环氧底漆 |
500 |
100 |
一天～3个月 |
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第五层 |
氟树脂中涂漆 |
170 |
30 |
1～7天 |
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第六层 |
氟树脂面漆 |
140 |
20－30 |
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2、英国的钢桥涂装体系
英国的钢桥涂装体系主要是由铁路部门的工程专家进行研究制订的，这和其他国家一样，因为铁路是当时最主要的交通动脉。据统计，在英国约有1万座不同大小和类型的钢桥，其中大型的有10座。
1960年，英国提出了BR-70规格，明确要求取消含铅油漆和采用无气喷除法作为主要的施工方法，经过铁路工程专家4年多的广泛调查，于同年产生《国内油漆工程手册》第10版，内容涉及到表面处理、表面保护和结构的装饰。
金属涂层由于有着突出的优点，开始作为基本的保护体系，与有机涂层组成复合型保护体系。第一座使用喷铝保护的钢质桥梁是位于南威尔士的莫色提维，于1954年施工，30多年的运行使用说明防护效果很好。这也是在英同为什么富锌底漆不太被采用于桥梁方面的主要原出。
玻璃鳞片涂料在1992年应用于英国的一座桥梁，但是并不为公路局所采用。
公路饲桥的涂装规范由英国公路局(原交通部)制订(表4)。
表4 涂装规格书草案（1995～1996）
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环境 |
体系 |
金属喷涂 |
第1道 |
第2道 |
第3道 |
第4道 |
第5道 |
第6道 |
最小干膜厚度 |
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内陆 |
4 |
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丙烯酸磷酸锌喷射底漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸面漆 |
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250μm |
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内陆 |
4替代 |
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厚浆型环氧磷酸锌快干漆 |
厚浆型环氧快干中间漆 |
双组分或湿固化聚氨酯面漆 |
|
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300μm |
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海洋 |
8 |
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丙烯酸磷酸锌喷射底漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸中间漆 |
丙烯酸面漆 |
300μm |
|
海洋 |
8替代 |
|
厚浆型环氧磷酸锌快干漆 |
厚浆型环氧快干中间漆 |
双组分或湿固化聚氨酯面漆 |
|
|
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300μm |
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海洋或内陆 |
10 |
喷铝（100μm） |
环氧铝粉封闭漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸面漆 |
|
250μm |
|
海洋或内陆 |
10替代 |
喷铝（100μm） |
环氧铝粉封闭漆 |
厚浆型环氧磷酸锌快干漆 |
厚浆型环氧云铁快干面漆 |
双组分或湿固化聚氨酯面漆 |
|
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300μm |
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箱梁内部 |
11 |
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丙烯酸磷酸锌喷射底漆 |
厚浆型环氧云铁快干面漆 |
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200μm |
注：粗线条表示工厂预制到现场的涂装间隔
3、我国常见的涂装体系
除了铁路桥上的涂料体系严格按照铁路部门的标难来执行外，在长江上面近十年来建造的大量公路钢桥的涂装体系，特别是主要的涂装部位钢箱梁外表面基本上按5的方案处理。
表5 我国近年典型的钢箱梁外表面涂装方法
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钢板车间预处理 |
抛丸处理ISO Sa21/2，表面粗糙度RZ40～75μm |
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车间底漆 |
无机硅酸锌车间底漆20μm |
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二次表面处理 |
喷砂处理到ISO Sa21/2，表面粗糙度RZ40～75μm |
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底漆 |
无机硅酸锌底漆1×80μm |
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封闭漆 |
环氧封闭漆1×30μm |
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中间漆 |
环氧云铁中间漆100μm |
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面漆 |
丙烯酸聚氨酯面漆2×40μm |
(1)车间底漆。
车间底漆对钢箱梁的保护时间较短，主要用于喷砂后钢结构不超过1年的短期保护，钢箱梁组装完成后，需要重新喷砂，去除车间底漆后，再进行二次涂装。钢箱梁外表面采用醇溶性无机硅酸锌车间底漆，其防腐蚀原理是利用金属锌对钢板起阴极保护的电化学作用，主要用于钢箱梁的防锈、防油、防水、防热。
(2)醇溶性天机富锌底漆。
当钢箱梁运至拼装广时，还需要对梁段进行二次表面处理。钢箱梁底、斜腹板等的外表面二次涂装时，采用醇溶性无机富锌底漆，其成膜机理是依靠硅酸乙酯(基料)吸收空气中的水分，发生水解反应，自身发生缩聚，并同时与钢铁反应生成复合盐类，在干燥的同时牢固地附着于钢材表面。由于锌的电极电值为一0.76v，与铁的电极电位(一0.409V)相比较低，这样由锌作为阳极,铁作为阴极受到保护。锌的含量达到理论值80％时，会在钢结构表面形成一层锌粉膜，一旦锌粉与空气中的二氧化碳、二氧化硫或盐分子中的氯离间接触生成锌的各种盐类，均为难溶的碱式盐，会填没涂层中的间隙，起到保护作用。
(3)环氧封闭漆。二次处理时，在底漆上再涂一层环氧封闭漆，环氧封闭漆是双组分产品，主要组分是环氧树脂，因化剂为聚酰胺及多元胺，一般使用湿度在5℃以上，低于这一温度固化反比将停止，但如果涂装时环境温度较低，可以加入特殊的催化剂以适应低温环境的使用。环氧封闭漆用于填充、封闭无机富锌漆表面空隙，由了与下一道中层漆具有相同组分－环氧树脂，因此涂层之间黏结力较紧密!
（4）环氧(云铁)漆以云母氧化铁作为原料，云母氧化铁光敏性较弱，不易起化学反应．目能一定程度上防止紫外线辐射，遇到风霜雨雪及日光不易破坏，云母氧化铁呈鳞片状，加大了水汽渗透阻力，并有利于面漆黏结。
环氧树脂涂料具有优异的耐碱性，附着力强，成膜后涂层强度高，涂装后起泡及剥离的可能件，但其在太阳下易受紫外线作用而导致涂层粉化，所以作为中间漆使用。
(5)聚氯酯面漆。可以看到的钢结构的外表面采用聚氨酯而漆，聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，但由于其不能由氨基甲酸配单体聚合，因此用多元醇和化学性较为活泼的异氰醒酪R—N＝C＝O聚合而成。在聚合过程中没有其他副产品生成，因此固化后体积收缩很小。其漆膜耐磨性特别强，附着力强，耐水性及耐化学品性都十分好，其中芳香族聚氨酯涂料的耐候件较差，似脂肪族聚氨酌涂料的耐候性较好，实例证明其保光、保色及抗紫外线和抗老化能力较强。
四、典型的钢结构防腐涂层介绍与分析
1、热喷涂锌铝及其合金防腐涂料
热喷涂技术早在1910年就已经形成，国外在三十年代开始广泛采用此技术来防护钢铁构件的大气腐蚀及特殊要求的处理，我国在五十年代引进了热喷涂技术，并将其应用在大型钢铁构筑物的防腐。热喷涂锌铝及其合金防腐涂料主要用于大气和水腐蚀环境中，使用寿命20-30年。金属锌和铝均具有很好的耐大气腐蚀特性。在钢铁构件上喷涂锌，锌是负电位和钢形成牺牲阳极保护作用，从而使钢铁基体得到了保护。目前大气防护金属喷涂层更多地倾向于喷涂铝涂层。一般热喷涂锌铝及其合金防腐涂料的前处理要求很高，喷砂除锈到Sa3级标准，很难达到
[3]。而且，原料Zn和铝的纯度要求很高（Zn要求99.99％，Al要求99.5％），否则将大大缩短使用热喷涂涂层的防腐寿命。热喷涂锌铝及其合金防腐涂料还需要外封闭层，主要采用环氧树脂涂料和聚氨酯涂料。由于此类防腐涂料成本很高，国内应用不多。代替的方法之一就是采用性能好而价格便宜的环氧富锌涂层。
1) 涂层与基体结合牢固，涂层寿命长，长期经济效益好；
2) 工艺灵活，适用于重要的大型及难于维护的钢铁结构的长效防护，且可现场施工；
3) 涂层经封闭及涂装处理，可大大延长涂层的使用寿命，从理论和实际应用的效果来看，热喷锌或喷铝的涂层是涂装的最好底层。二者结合起来即形成金属喷涂层与涂装涂层的复合涂层。此复合涂层的防护寿命较金属喷涂层和涂料防护层二者寿命之和还要长，常为单一涂料防护层防护寿命的数倍；
4) 施工工艺要求严格，表面处理必须达到Sa3级，要求有专业熟练操作工人。工程施工周期较长。
2、富锌底漆
重防腐长效涂料系统中，多采用无机或有机富锌涂料作底漆。因富锌涂料底漆组分中，含有大量的金属锌，除具有良好的屏蔽性及渗入焊接处等优点外，有牺牲阳极保护作用。
2.1无机富锌漆具有耐水、耐盐雾、耐湿热、耐候等特点，对基体表面处理要求严格， 否则涂层不牢固， 注意与面漆的配套性，否则会发生起泡、脱落现象。
2.2有机富锌漆是环氧富锌漆或聚氨酯富锌漆，具有良好的附着力，具有耐油、耐水、耐溶剂、耐冲击好的特点，对基体表面处理要求比无机富锌漆要低一些， 电化学保护作用比无机富锌漆稍差。常用环氧富锌漆作底漆。
3、环氧中间漆
环氧中间漆是底漆或面漆之间的中间层，它既联底又接面，起承上启下作用，增强屏蔽作用，又可提高涂膜厚度，长效重防腐涂料体系中环氧云铁防锈漆是首选中间漆。云母氧化铁是稳定的α-Fe2O3，是六角形片状晶体，在涂膜中以平行的方向重叠排列，可以有效地防止水汽的渗透，对阳光反射力强，还能吸收红外线，延缓漆膜的老化，因此有很好的防锈性能和耐候性。在环氧云铁防锈漆中，环氧基团提供了漆膜优异的附着力。它常与富锌底漆配套使用，具有良好的封闭性能、耐候性、耐久性及耐磨性等。表面具有一定的粗糙度，对面漆有良好的附着力。常与环氧、聚氨酯面漆配套使用。
4、氯化橡胶防腐涂料
氯化橡胶的Cl-Cl键有一定的极性，有良好的附着力，又因它的组成中不含酯键，故耐腐蚀，漆膜透水率低。在我国大量应用于船舶、港湾结构等重防腐场合，效果良好，所以有人将氯化橡胶作为使用寿命长达30～50防腐方案的面漆涂层唯一选择
[5]，这忽视了氯化橡胶比较低劣的装饰性能。由于氯化橡胶中氯的质量分数高达65%以上，所以在受紫外线照射时，常析出氯化氢而降解，用于钢结构表面，这种面漆的装饰性较差，其外观寿命一般不超过五年，在户外使用一、二年后就会严重失光、失色，装饰性能极差，无法适应现代社会同时强调防腐和装饰的新要求。
5、氯乙烯－醋酸乙烯共聚物防腐涂料
氯乙烯－醋酸乙烯共聚物涂料，－在美国及海湾地区广泛使用。耐腐蚀性优良，漆膜坚韧性及流平性好，耐老化，保色性好，制成的漆不泛黄，但存在溶解性差，黏度高，固体含量低，价格高，污染严重等缺点。
6、脂肪族丙烯酸聚氨酯涂料
脂肪族丙烯酸聚氨酯涂料是以HDI缩二脲为主要原料的脂肪族聚氨酯与丙烯酸树脂聚合改性的各色丙烯酸聚氨酯漆，它同时兼有丙烯酸树脂和脂肪族聚氨酯的优良性能，又具有优异的耐候性、抗粉化、抗龟裂和优异的耐蚀性、耐油、耐碱、耐工业废料，此外漆膜坚韧耐磨、丰满光亮、美观，具有良好的装饰性，常用于高档装饰。但其户外耐候性寿命也只有12年左右。
7、氟树脂涂料
氟碳涂料是在氟树脂基础上经改性、加工而成的一种新型涂层材料。其基料氟树脂所含碳－氟键的分子结构是已知最强的分子键，键能高达110千焦/mol，而且碳一氟键长度短，因此氟碳涂料有远比一般涂层材料优异的耐酸、耐碱、抗腐蚀、耐候性和摩擦系数小、憎油、憎水、抗粘、抗污染等优异性能。其户外寿命可达20年以上。
五、钢桥长效防腐涂层设计
我国常用的钢结构长效防腐方案如下：
(1)环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆；
(2)正硅酸乙醋锌粉漆（无机富锌漆）―环氧云铁涂层―聚氨醋面漆/氟碳面漆；
(3)热喷（锌、铝）层―雾化环氧云铁封闭漆－环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆。
上述（1）、（2）两种底漆（环氧富锌底漆和正硅酸乙酯锌粉漆（无机富锌漆，以下简称）中，均有采用，效果良好。从理论上、研究试验结果上以及实际使用上无机富锌漆的防腐蚀性能均要比环氧富锌漆要好，因它可与钢面反应生成硅酸铁，所以附着力很强；环氧富锌底漆涂层的孔隙电阻率要比无机富锌涂层的孔隙电阻率小得多；受损伤的钢铁表面用无机富锌要比用环氧富锌的要好。但是由于无机富锌底漆的施工性能以及与后续中间漆的附着力没有环氧富锌底漆来得好，一般情况下还是选择环氧富锌底漆。所以国内一般采用的比较好的涂层体系是：环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆。
“全寿命经济分析法”（LCCA）是在成本—效益分析的基础上，将工程的使用年限作为主要考虑指标的一种经济分析方法。它起源于美国，当今世界许多国家也在效仿使用此方法。由于美国在基础设施腐蚀方面经济损失巨大，美国政府用“立法”形式强力推行“全寿命经济分析法”，并优先在基础设施工程方面推广采用。
在美国，“全寿命经济分析法”首先是是法令。美国《联邦基础设施投资原则》（第12893号政府令）明确要求，投资成本要细化、量化、合理化，工程项目的投资成本包含整个使用寿命期内的一切费用。美国联邦公路局（FHWA）于1994年发布公文《关于实施全寿命经济分析法的政策声明》（FHWA-94-15），文件指明：凡联邦和与地方联合管理的基础建设项目的投资评估，均执行“全寿命经济分析法”。美国运输部也下发指令，要求对桥梁、路、人行道等工程，在设计、施工阶段，实施LCCA。1995年美国发布国家公路系统（NHS）设计指令，要求在路、桥等设计阶段，贯彻执行LCCA。
LCCA 作为法令是必须执行的，同时它又是一个可以具体操作的方法，是重要的投资评估和经济分析方法。美国典（ＵＳＣ）给ＬＣＣＡ的定义是“ＬＣＣＡ是一个程序和方法，用于评价可行计划项目的总经济价值。包括初始成本和经折扣的进一步成本——整个寿命期内的维护、修复、重建和表面翻新处理成本”。
以往的工程项目，往往主要考虑初建成本。工程进入使用后再花多少钱，则很少事先考虑，乃至不予考虑。实践证明，仅考虑初建成本的做法往往是技术、经济都不合理的。执行ＬＣＣＡ方法，要求每一个工程立项，首先对其投入资金及其合理性进行评估。全部投资资金资金包括初始投资和进一步投资两部分组成。第一部分是指建设时的设计、施工相关费用（初建成本）；第二部分包括保证达到寿命期所必须的“进一步费用”。这两项花费的分配要合理，并按程序对其进行评估。只有评估结果符合ＬＣＣＡ标准的，才可立项。设计、施工的投标方案，也要按程序对其进行评估。
建立在全寿命经济分析法分析基础上的钢结构防腐蚀设计和施工，与传统的涂层相比，在技术、经济上要更为合理、更具竞争性。钢结构涂装不仅应重视初期投资，而且更应该重视钢结构在运转、维修、保养、停工等费用。我们应该避免走“眼前少花钱，而后花大钱”的老路。因此，钢结构桥梁要求采用半永久性涂装甚至永久性涂装,即在整个钢桥服役期间只进行一次大修或不进行大修,只需进行维护涂装，就能保证钢桥防腐蚀效果，即要求钢结构桥梁的涂层寿命在20～30年以上。
为了达到以上目的，新建钢桥宜采用表面涂装富锌类防腐漆或进行喷金属处理,再涂装其它配套漆。为此，铁道科学研究院提出了铁路钢桥保护的3个新涂装体系：①水性自固型无机富锌涂料+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系；②环氧富锌防锈漆+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯；③电弧喷铝镀层+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系。其中使用最多的是②涂装体系以及环氧富锌防锈漆+灰云铁环氧中间漆+氯化橡胶漆体系。
衡峰公司采用全寿命经济分析法，在总结国内外钢结构防腐设计上的各种经验基础上，在2001年就提出了以超耐候的常温固化FC-S200氟碳涂料为面漆的FUVIT－ST钢结构涂装系统（表2），其中所采用的涂层体系就是环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―FC-S200氟碳涂料面漆，估计室外使用寿命可达20年以上。已经达到全寿命经济分析法要求的钢结构桥梁的使用寿命。
六、钢桥长效防腐的设计
恶劣的环境，如沿海高盐雾环境、内陆高酸雨区，对钢结构及其涂层的破坏特别严重，因此就必须选用重防腐涂装系统，增加各涂层的厚度，选用高耐腐蚀的涂料。比如，一般涂层总厚度在40-60μm之间，而高耐腐蚀涂层总厚度在200-300μm之间；一般的丙烯酸涂层耐盐雾实验不足100小时，而氟碳涂料的耐盐雾实验可超过4000小时。目前我国普遍存在的酸雨现象、工业性大气或海洋性大气等恶劣环境，而现代随着经济的发展对于钢结构的防腐涂层提出了长期长效防腐（20年以上）同时要求兼顾装饰美观的要求，这些普通的防腐涂层是难以胜任的，而性能优异的氟碳涂料系统正是能够满足这些要求的涂层材料。
在进行钢结构涂装设计时，最重要的是一定要根据建筑物给定的条件，在初期设计阶段就将防腐蚀问题考虑进去。对于钢结构受到外界因素的侵蚀要充分加以考虑，还要考虑这些外界因素对建筑物的各种条件的作用有多大，比如，场地情况、房屋结构、部位、构件和空间条件等等。考虑到建筑物涂装设计的给定因素后，将其等级化，然后，在这个等级范围内进行涂装设计的取舍。对于漆膜的综合耐久性能，还必须考虑到施工条件、维护管理和经济等因素。
应用ISO 12944进行涂装设计指导，基本可以分成以下几个步骤：
(U确定钢结构的腐蚀环境；
(2)确定保护钢结构的期望年限；
(3)确定涂料品种和漆膜厚度。
1、 应用ISO 12944进行涂装设计指导－钢结构防腐设计体系的依据
中国在1996实施的GB／T 15957—1995《大气环境腐蚀性分类》具体规定4类大气环乡村大气、城市大气、工业大气和海洋大气。对于普通碳钢在这4类环境下的腐蚀等类测和空气中的腐蚀性物质含量作了规定。
表6 我国大气环境腐蚀性分类
腐蚀类型 |
腐蚀速率/mm·a-1 |
腐蚀环境 |
等级 |
腐蚀程度 |
腐蚀气体类型 |
相对湿度（年平均）/％ |
大气环境 |
I |
无腐蚀 |
<0.001 |
A |
<60 |
乡村大气 |
II |
弱腐蚀 |
0.001～0.025 |
A B |
60～70 <60 |
乡村大气 城市大气 |
III |
轻腐蚀 |
0.025～0.050 |
A B C |
>75 60～75 <60 |
乡村大气 城市大气和工业大气 |
IV |
中等腐蚀 |
0.050~0.20 |
B C D |
>75 60～75 <60 |
城市大气、工业大气和海洋大气 |
V |
较强腐蚀 |
0.20～1.00 |
C D |
>75 60～75 |
工业大气 |
VI |
强腐蚀 |
1～5 |
D |
>75 |
工业大气 |
其他国家，如英国BS 5493腐蚀环境分类见表7，其中，对于大气腐蚀环境的分类有很好酌参考价值，可以看出，对于大气环境、污染和潮湿是决定腐蚀性大小的重要因素。
表7 英国BS 5493腐蚀环境分类见
腐蚀环境 |
环境污染状况 |
污染的内陆 |
城市大气，指某些无工业区域可能受远处污染源的污染，空气中含有二氧化硫等。 |
无污染的海滨 |
海洋大气，离海岸小于0.25～3km的地区 |
无污染的海滨 |
海洋大气和随主风和地形而变，经常有可见盐雾 |
室外潮湿 |
游泳池等区域 |
室外掩蔽 |
与内陆环境相同，无雨水冲刷，通常有阴暗、潮湿和冷凝现象 |
淡水 |
江河湖水 |
海水淹没 |
海水全浸或盐水里 |
海水飞溅 |
码头、海堤或经常有盐雾的地方 |
土壤 |
泥土、砂砾、岩石等，主要指埋入地下的结构物 |
几十年来，防腐蚀专家在腐蚀领域取得了重大进展，开发出了许多高性能涂料产品。许多组织机构，如，NACE和SSPC等的专家也一直在致力于标准、程序和培训方案的改进。一些国家也建立了自己的国家标椎，以供本国的涂料供应商制订规格书。但是，却一直没有一个国际化的涂装规格书和工艺标准。直到1988年，国际标准化组织ISO推出了ISO12944，这是一个全球防腐蚀技术人员期待已久的公用标准。
ISO12944是国际标准化组织为那些从事涂料防腐蚀工作的业主、设计人员、咨询顾问、涂装承包商、涂料生产企业等汇编的标准，为这些人员单位和组织机构提供了重要的参考。这份标准同时也通过了欧洲委员台的批准认可，所以它实际上取代了一些国家标准，如英国的BS5493．德国的DIN55928等。ISO12944共分八个部分，编号与内容如下：IS012944—1总则；IS012944—2腐蚀环境分类；IS012944--3设计要点；IS012944一04表面处理的种类和等级；IS012944—5涂料配套系统； IS012944—6实验室性能测试方法；IS012944—7涂装工作的管理和检查；IS012944—8新建涂装工程及维修规格书的制订。
IS012944标准同时通过欧洲专业委员会的批准与认可，取代了英国BS5493标准、德国 DIN55928标准。但在美国仍使用他们的国家标准 SSPC和相关的行业标准NACE。
表8 IS012944标准各种环境下的腐蚀性
|
腐蚀等级 |
单位面积内、材料损失（第一年暴露后） |
温和气候下的典型环境 |
|
低碳钢 |
锌板 |
室外 |
室内 |
|
质量损失g/m2 |
厚度损失μm |
质量损失g/m2 |
厚度损失μm |
|
Ｃ1（腐蚀性非常低） |
≤10 |
≤1.30 |
≤0.7 |
≤0.1 |
--- |
洁净空气中的受热建筑，如办公室、商店、学校、宾馆等。 |
|
Ｃ2（腐蚀性低） |
>10～200 |
>1.3～25 |
>0.7～5 |
>0.1～0.7 |
腐蚀程度低的大气，多指乡村 |
未受热且可能结露的建筑，如仓库、体育馆。 |
|
Ｃ3（腐蚀性中等） |
>200～400 |
>25～50 |
>5～15 |
>0.7～2.1 |
含有低度二氧化硫的城市和工业环境或低盐度的沿海地区 |
高湿度和空气污染的车间，如食品厂、洗衣店、酿酒厂、乳制品厂。 |
|
Ｃ4（腐蚀性高） |
>400～650 |
>50～80 |
>15～30 |
>2.1～4.2 |
盐度较低的工业区和沿海地区 |
化工厂、游泳池、海边的船码头 |
|
Ｃ5-1 （腐蚀性非常高的工业环境） |
>650～1500 |
>80～200 |
>30～60 |
>4.2～8.4 |
高湿度和腐蚀性的工业环境 |
经常结露的污染严重的建筑和区域 |
|
Ｃ5-Ｍ（腐蚀性非常高的海洋环境） |
>650～1500 |
>80～200 |
>30～60 |
>4.2～8.4 |
高盐度的沿海和海上钻井平台 |
经常结露的污染严重的建筑和区域 |
目前，在进行重防腐涂料的配套设计时，必须最大限度依据1S012944—1998(E)国际标准，尤其是下列三个方面：
(1)腐蚀环境的分类
在IS012944标准中对不同大气环境(C2、C3、 C4、C5—1、C5-M)和淡水(1M1)、海水(1M2)、没水环境作了定义和说明；并对上述环境条件下钢铁及锌的年腐蚀量作了数值上的规定，这是涂装配套设计的依据(见表8)。
一般来说，边远地区、低污染的地区、有暖气的建筑内部等是C1和C2环境，典型的如：机场。
城市及工业环境：中等程度的污染，如，二氧化硫含量高，湿度高的生产区域是C3环境，典型的如，处于城市中的体育场馆。
工业区、沿海和化工厂等可以视作是C4环境，典型的如：电厂。
高湿度的工业区域污染特别厉害的地方是C5I工业腐蚀环境，高湿度加L高盐度就是
C5M海洋腐蚀环境。
(2)涂层的耐用年限
ISO12944—6—1998(E)规定了处于不同环境下涂层耐用年限分低(2～5年)、中(5～15年)、高 (15年以上)三档。
低耐久性(Low) 设计寿命F年以厂；
中耐久性(Medium) 设计寿命5—15年；
局耐久性(High) 设计寿命15年以广。
需要注意的是，预期的耐久性并非担保时间，涂层不可能永远是完好的。耐久件与涂料
配套的设计寿命可以看作是一个概念，都是指涂料系统达到所要求的一直到第一次大修前的使用寿命。在此之前，应该定期进行小修小补的保养工作。涂料系统的状况可以按照标准ISO 4628 1－6进行判定。出于防腐蚀的考虑，根据ISO 4628—3．涂料系统的第一次维修应该在涂料损坏达到Ri3时就进行。
对于漆膜厚度的规定，也是根据腐蚀环境及使用寿命来定(表9)
表9 腐蚀环境、使用寿命和涂膜厚度的关系
|
腐蚀环境 |
耐用年限 |
干膜厚度／μm |
|
C2 |
低
中
高 |
80
150
200 |
|
C3 |
低
中
高 |
120
160
200 |
|
C4 |
低
中
高 |
160
200
240(含锌粉)
280(不含锌粉) |
|
C5-1,C5-M |
低
中
高 |
200
280
320 |
（3）涂层种类及厚度的选择
这里ISO 12944有比较详尽的分类，当然在实际应用中，每家公司都应该结合自身公司实际，推出符合防腐要求的涂装体系。
2、钢桥涂装前的表面处理
防腐蚀涂层受到破坏是多因素造成的，其主要原因是涂层材料不当和涂层施工方法不当。
一般来说，未经过特殊处理的钢材（如碳钢），都是容易生锈的，而经过特殊处理的钢材（如不锈钢、镀锌钢、耐候钢、经氟碳涂装的碳钢），则不容易生锈。因此，要选用特殊处理过的钢材。
选用了不当的保护涂层。不同的保护涂层赋予钢材不同的保护期限，如醇酸树脂类涂料在户外1-2年就完全被破坏，无法再保护钢结构；丙烯酸类则在5-8年，硅丙类8-10年；而氟碳涂料则可在户外使用20年以上仍然漆膜完好。
选用了不当的涂装工艺。优秀的涂料还必须配上优秀的涂装工艺，才能体现其完美的价值。涂装工艺不当，再好的涂料也不能起到应有的保护作用。比如，前处理中没有彻底清除钢结构表面的油脂、锈蚀，会造成涂膜附着不良，锈蚀继续扩散；防锈底漆或氟碳面漆的膜厚未达到规定厚度，会造成涂装系统提前结束使用寿命。
长期以来，人们对钢材的防腐蚀处理，片面强调了涂料品种的选择及涂膜厚度的检测和监督，而忽视了喷漆前钢材的表面处理质量，日本学者曾研究过影响涂膜质量和寿命的各种因素，并得出如下结论(见表10)。
表10 影响涂膜质量的因素
|
序号 |
主要因素 |
影响程度，％ |
|
1 |
表面处理质量 |
50 |
|
2 |
涂装道效 |
20 |
|
3 |
涂料品种(同一系列) |
5 |
|
4 |
涂装技术及环境等 |
25 |
由此可见，喷漆前表面处理质量是影响涂膜保护性能的最主要因素．也就是说高性能的重防腐涂料，对表面处理质量极为敏感，不适当的表面处理，高性能的重防腐涂料也不能得到好的防蚀效果。
(1)影响表面处理质量的因素
钢材表面的氧化皮、锈蚀产物、油污、灰尘等，还有钢材表面的结构问题。如锐边、侧角、焊孔、焊瘤、毛刺等，必须通过表面处理将它们磨平或去除。表面粗糙度的存在会提高涂膜和被涂表面之间的结合，它是通过几个方面起作用的：
表面粗糙度的存在增大了表面积，重防腐涂料中的无机硅酸锌底漆在成膜固化时具有相当大的引力，易使涂膜开裂表面粗糙度的存在可以抵抗这类张力，防止裂纹产生；表面粗糙度可以支承部分涂膜的质量，对于垂直表面涂装尤有良好作用；
钢材表面合适的粗糙度有利于涂膜保护性能的提高，反之粗糙度太大或太小不利于涂膜的保护性能。在涂料用量固定时，粗糙度太大，会造成涂膜厚度分布不均匀，特别是波峰处膜厚不足引起早期锈蚀；在波谷凹坑内会截留气泡，成为涂膜起泡的根源。粗糙度太小不利于膜的附着。钢桥钢材表面粗糙度一般控制在40～80μm。
(2)表面处理的内容与方法
钢结构表面存在油污、铁锈和旧防腐层。这些污染物的存在会降低新的防腐涂层与钢结构表面的结合强度，影响防腐层的使用寿命。大量实践证明，涂层质量、耐久性与表面预处理关系重大，在一定情况下甚至起着决定性的作用。因此，钢结构的表面除锈处理是保证涂装工程质量的基础。
钢结构表面处理的方法有溶剂清洗、手工除锈、机械处理、喷砂处理、火焰喷射处理、化学处理、电化学处理等多种方法和工艺。对于钢结构来说，最常用的是喷砂处理，对于一些部件，也使用化学或电化学处理方法。处理后要求基材表面干净、无污染、暴露出基材本色，达到良好的浸润、胶合、附着的目的。
象造船和建造桥梁等大型钢结构工程，由于建造时间长，为防止钢材在工序中锈蚀，出现了钢板 (或型材)预处理流水线，在流水线中有抛丸设备，进行高度自动化的除锈并预涂上车间底漆。
溶剂清洗：用溶剂或其蒸汽、乳化液、碱或水蒸气完全除去油脂、蜡、尘及其它污物。
手工除锈：用钢丝刷、铲刀、锤、纱布等除去浮锈
机械处理：利用机械动力工具以冲击、摩擦作用进行除锈。
喷砂处理：喷射砂，完全除干净锈、氧化皮及杂质。
火焰喷射处理：用乙炔火焰烧除油污，脱除锈及松的氧化皮，再接着用钢丝刷或喷射除锈。
化学处理：利用酸溶液与铁的腐蚀产物进行化学反应，生成溶于水的铁盐除去锈。
电化学处理：利用电化学方法对钢结构表面处理生成钝化层，一提高防腐性能。
(3)钢材表面处理质量的评定
a、表面清洁度的评定：我国在1988年颁布了等效采用ISO 8501－l的国家标准GB 8923—1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。
评定钢表面预处理质量时，一般采用和标准照片比较的目视法判断，应在良好的散射日光下或照度相当的人工照明条件下进行，要求标准照片尽量靠近需评定的表面。未涂装过的钢材表面原始锈蚀程度分为四个“锈蚀等级”，将未涂装过的钢材表面和全面清除过原有涂层的钢材表面除锈后的质量分为若干个“除锈等级”。钢材表面的锈蚀等级和除锈等级，通过标准文件中的文字说明和对照标准附带的典型样板照片共同确定。
1、 锈蚀等级及评定方法 根据钢材表面氧化皮的覆盖程度和锈蚀情况，将原始锈分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四个等级。
Ａ级：全面覆盖氧化皮，几乎没有铁锈的钢材表面；
Ｂ级：部分氧化皮已经脱落，已发生锈蚀的钢材表面；
Ｃ级：氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并已少量点蚀的钢材表面。
Ｄ级：因锈蚀，氧化皮已全面剥离，普遍发生点蚀的钢材表面。
对照国家标准ＧＢ8923中有原始锈蚀等级标准中的4张彩色照片及文字说明进行评定。
b．表面粗糙度的评定：表面粗糙度的大小与磨料的粒度、形状、材料、喷射的速度和作用时间等工艺参数有关，其中以磨料的粒度影响为最主要。参照国际标准，我国电制定了相应的国家标准GB／T 13288《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定（比较样块法）》。对粗糙度数值的表示，一般是指：平均最大峰谷高度。对于通常防腐蚀涂料来讲，钢材表面合适的粗糙度范围是40～75μm，最大粗糙度不应超过100μm。以GB／T 13288对钢材表面喷射清理形成的粗糙度来分，中级是比较合适的粗糙度。
粗糙度评定传统方法是采用带有触针和千分表的粗糙度测量仪。我国新制订的国标是一种比较样块法，是将合适的标准样块与被测表面一起进行对照比较，必要时可用放大镜观测。另外，如果目视方法评定有困难，还可采用触摸法比较。
2、除锈等级及评定方法：该标准对经过喷丸（砂）或抛丸除锈、手工除锈、动力工具除锈和火焰除锈的钢材表面的清洁度，规定了除锈等级，分别用Sa（ 喷丸或砂、抛丸等机械除锈）、St (手工和动力工具除锈)、F1（火焰除锈）代表除锈方法，其后缀以阿拉伯数字表示除锈等级。
Sa1 轻度喷射或抛射除锈 钢材表面无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物；
Sa2 彻底喷射或抛射除锈 钢材表面无可见的油脂和污垢，已经基本除净氧化皮、铁锈、涂层筹附着物；
Sa2.5 非常彻底的喷射或抛射陈锈 钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和涂层等附着物，任何残留的痕迹仅是点状或条纹状的轻微色斑；
Sa3 改善钢材表观沾净度的喷射或抛射除锈 钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和涂层等附着物，表面呈现均匀的金属光泽。
St2 彻底的手工和动力工具除锈 钢材表而无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物；
St3 非常彻底的手工和动力工具除锈 钢材表面无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物。比St2除锈更彻底，底材显露部分的表面，有金属光泽。
F1 火焰除锈 钢材表面无氧化皮、铁锈和涂层等附着物，任何残留的痕迹仅为表面变色。
3、涂料的涂装施工
“三分涂料，七分涂装。”涂装施工对涂料性能的发挥有重要影响。采用先进的涂装方法和设施对增进涂层质量、提高涂料利用率有积极的作用，并能改善涂装施工环境和符合环保要求。
(1)喷漆前的准备工作
按例行规定做好开桶、熟化、搅拌等准备工作。目前的重防腐涂料，一般无需稀释，开罐、搅拌后即可进行无气喷涂，稀释剂更多用于清洗工具。
(2)高压无气喷涂技术问题
随着科学技术的发展，在涂料施工上已形成了很多先进的方法。对重防腐涂料主要采用的涂装方式有：刷(辊)涂、空气喷涂、无气喷涂、热喷涂等等，但最主要的是无气喷涂。
目前钢结构行业应用最普遍的是无气喷涂法。无气喷涂是使涂料通过加压泵(0．14～0．69MPa)被加压，通过特制的硬质合金喷嘴(0.17～1.8mm)喷出，其速度非常高，当高压漆流离开喷嘴到达大气后，随着冲击空气和高压的急剧下降，涂料内溶剂剧烈膨胀而分散雾化，高速地涂覆在被涂物件上。因涂料雾化不用压缩空气，所以称之为无空气喷涂。这种施工方法的优点是：无空气喷涂比一般喷涂的生产效率可提高几倍到十几倍；喷漆的漆雾比空气喷涂少，涂料利用率提高，且减少了漆雾的污染，可实现高固体分、高粘度涂料的喷涂，一次形成较厚的涂膜；由于漆流中没有空气，避免了因压缩空气含有水分、油污、尘埃等杂质而引起的漆膜缺陷，涂膜附着力好，即使在缝隙、棱角处也能形成良好的漆膜。
此种施工方法的缺点是：操作时喷雾的幅度和喷出量不能调节，必须更换喷嘴才能达到调节的目的。漆料损耗大，对环境有一定的污染；不适宜用于喷涂面积较小的物件。
在重防腐涂料的涂装行业中，基本上使用的是气动型无气喷漆机。它的最大特点是安全、容易操作。在易燃的溶剂蒸气的环境中使用无任何危险。缺点是动力消耗大和产生噪音。
在无气喷涂机使用中．应注意下列技术问题：
a．喷漆压力：是无气喷涂时重要的技术参数。
确定每种重防腐涂料喷漆压力的主要依据是涂料生产厂家提供的技术说明书。
喷漆压力应低于该喷漆机所允许的最高压力。
虽然，提高喷漆压力可以增加涂料喷出量，在一定范围内可提高喷漆效率，但压力过高，对无气喷漆机来说，会造成设备过早磨损，影响使用寿命。
b．喷嘴的选择：无气喷漆机喷嘴当量孔径大小决定了流量的大小，通过对喷嘴孔径和喷幅(或喷射角度)大小的选择，以获得重防腐涂料的规定膜厚和合适的喷涂效率。
各厂商生产的喷嘴都有一系列的规格型号，从型号可以看出喷嘴的孔径(或流量)、喷嘴的喷幅与喷射角。
c.无气喷漆机类型的选择：为适应各种重防腐涂料的喷涂，设备生产厂家改善了无气喷涂设备的某些性能，研制了许多新型的专用无气喷涂设备。如富锌涂料专用喷涂机。无机硅酸锌底漆、环氧富锌底漆等是重防腐配套涂料中第一道漆。
常用的富锌专用高压无气喷漆机有：美国Gra—co公司的ＢＵＬＬＤＯＧ33：1、德国WIWA的38032、中国重庆长江机械厂生产的QPT 3256 C型，中国船舶总公司船舶工艺所的ＢＤ•30-150等。
(3)涂装环境条件
涂装作业时，周围的环境条件对涂装质量起着很大的作用。一是温度，温度对涂装的影响十分大，尤其是在使用环氧系列涂料时。环氧树脂涂料(包括焦油环氧)在10℃以下时，固化缓慢，在5℃以下时停止固化。若需继续作业，必须采用低温固化类涂料，或采取保温措施。而氯化橡胶、乙烯树脂等重防腐涂料，只要表面无霜、无水，可以在0℃以下时涂装施工。
当环境温度高于40℃时，对醇溶性无机富锌等快干型涂料，极易引起干喷。喷涂时，要求喷枪与被涂面保持最小距离，并始终保持垂直，必要时，添加稀释剂，以缓和干喷状态。
若施工温度过高，还会缩短化学固化涂料的混合使用时间，通常情况下，温度每升高l0℃，固化时间缩短一半，施工前，需进行周密的计划，以免造成涂料的浪费。
另一个环境条件是相对湿度和露点。涂装时的相对湿度一般规定不能超过85％。同时还必须进行露点管理。
露点是指在该环境温度和相对湿度的条件下，物体表面刚刚开始发生结露的温度，该温度即为该环境条件下的露点。
涂装环境还包括照明条件，要求采光好，亮度均匀，照明度为150～3001x．但又要避免日光直射，以利涂装操作。同时通风良好，换气适当，涂装区域的空气保持干燥、清洁、少尘或无尘。
(4)预涂装
钢结构涂装工艺中的预涂装是保证涂装质量的重要环节。一般针对钢结构工程中大量的电焊缝；各种孔及槽沟的切割边缘；结构上的“死角”如H型钢、衍材的背面、特殊的加强梁等无气喷涂难以喷到的部位；喷涂车间底漆后的二次锈蚀部位等等，见图3。
图2 预涂装部位图示
对预涂装的次序，亦应根据工程具体情况作精细安排，为保证喷砂后钢构件不重新泛锈，应先对特别容易漏涂部位，如流水孔内、螺帽和背对背钢板部位先行预涂。而焊缝、自由边等其他部位在喷涂中层漆之前进行预涂；同样能收到好的效果，至于预涂的漆料，必须按涂装配套方案中的与钢铁接触的底漆相同，为增加该底漆的渗透力，且易于操作，底漆预涂时应作适当稀释。
4．重防腐涂料的干燥与固化
涂料的成膜过程就是涂料的固化过程，对溶剂型涂料俗称为涂料的干燥。重防腐涂料只有通过干燥或固化形成漆膜后，才能发挥其保护作用，因而涂膜干燥是涂料施工的三个主要内容之一。
(1)涂料的成膜机理
根据粘结剂的不同，目前钢结构配套涂料可分为物理干燥型和化学固化型两大类(见表11)。
表11 涂料的成膜机理
|
成膜方式 |
涂料举例 |
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物理干燥 |
溶剂型 |
沥青涂料
氯化橡胶涂料
丙烯酸涂料
乙烯基涂料 |
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水溶性 |
丙烯酸涂料 |
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化学固化 |
氧化聚合固化 |
油性漆
醇酸、酚醛涂料
环氧酯涂料 |
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双组分固化剂固化 |
环氧涂料
聚氨酯涂料
聚酯涂料
常温固化氟碳涂料 |
|
湿气固化 |
聚氨酯涂涂
无机硅酸锌涂料 |
物理干燥型涂料的粘接剂分子在湿膜和干膜中是相同的，树脂的组成、分子结构及大小都没有变化，仅仅是稀释剂的挥发的物理过程，涂膜干燥后留下树脂分子在涂层中相互缠绕交织。
物理干燥型涂料有以下4个特性
Ａ.层间互溶性，也就是说，有可逆性。这类涂层在喷涂后数月或数年，在它本来的溶剂或更强的溶剂中可以重溶。溶剂分子穿透到树脂分子之间，分离后重新液化，溶解粘接剂，实现了层间互溶，因此这类涂料无涂装间隔的限制，重涂性能极佳。
Ｂ.不耐溶剂，对溶剂有敏感性。这些涂料对它们本身的溶剂或更强的溶剂没有耐抗力。这类涂料不耐溶剂，也不耐油脂。
Ｃ.物理干燥型涂料的涂膜在形成过程中不涉及化学反应，涂膜形成对温度无依赖性，可以在较低的温度下施工。合适的烘干温度可以促进稀释剂的挥发速度，加速成膜。
Ｄ．热塑性，物理干燥型涂料的涂层，在较高温度下会变得柔软。
化学固化型涂料一般是双组分。树脂(粘接剂)和固化剂两种成分混合后发生化学反应，较小的“湿”分子已形成了新的固化了的树脂分子，涂膜是由于互相交织聚结而形成的，但也存在溶剂的挥发过程。
化学固化类涂料的特性
a．不可逆性，也就是说，固化了的涂层不能重溶；
b．由于化学固化的不可逆性，化学固化涂料干燥后，不能再用溶剂溶解，它的涂层有耐溶解性；
c.化学固化类涂料在固化过程中化学反应的速率与温度有关，因此，形成涂膜时．对温度有一定要求，在额定温度下，涂膜不会形成。合适的烘干温度可以促进化学作用的反应速度；
d．非热塑性，在较高温度条件下，化学固化类涂膜不会软化；
e.有重涂间隔的限制。重涂必须在固比结束前进行。如果固化已经完成。那么表面须用机械方法粗糙后，才可复涂。
(2)干燥时间和最佳涂装间隔
表12 各类涂料有不同的于燥时间和涂装间隔
|
涂料类型 |
干燥时间（23℃+2℃） |
最佳涂装间隔（23℃+2℃） |
|
表干，h |
实干，h |
最短，h |
最长，d |
|
沥青类 |
2 |
24 |
14～24 |
5 |
|
氯化橡胶类 |
0.5 |
2 |
9 |
7 |
|
环氧沥青类 |
8 |
24 |
20 |
5 |
|
醇酸类 |
4 |
24 |
14 |
7 |
|
环氧类 |
4 |
24 |
9 |
5 |
|
乙烯类 |
1 |
4 |
6 |
3 |
|
聚氨酯类 |
2 |
6 |
14 |
5 |
|
丙烯酸类 |
0.5 |
4 |
6 |
5 |
|
氟碳类 |
|
|
|
|
|
无机类 |
4 |
24 |
2 |
2 |
具体的要根据重防腐涂料的说明书来掌握。涂层的固化干燥过程按程度可分为三个阶段：
触指干燥(又称指干)：手指轻触涂层感到发粘，但涂料不附在手指上。
半硬干燥：手指轻压涂层感到发粘，涂料不附在手指上。
完全干燥：手指强压涂层也不残留指纹。
一般在前手指强压涂层也不残留指纹。—道涂层完全干燥后进行下一道涂装。
重防腐蚀涂料干燥的速度还与涂膜厚度有关，在溶剂挥发成膜的情况下，涂膜厚度是一个重要因素。有资料报道，溶剂开始挥发时，其速度取决于膜厚的一次方，当溶剂挥发速度增加时，溶剂在涂膜中扩散速度则取决于膜厚的二次方。因此重防腐蚀涂料涂膜较厚时，完全干燥时间延长。完全干燥越慢，施工中应严格控制它的厚度。
(3)重防腐蚀涂料的干燥固化方法
根据重防腐蚀涂料的成膜机理和钢结构的涂装工艺流程，有两种干燥固化的方法：
a．自然干燥：也称空气干燥，包括溶剂挥发型、氧化—聚合型漆、室温固化型漆。除去车间底漆和少数大型钢结构厂有烘房外，绝大多数闲结构厂还是采用自然干燥法。自然干燥并不是指钢结构被涂物在露天场所自然晾干，自然干燥必须有满足环保、消防和劳动卫生法规的固定场所；但它受自然条件的影响比较严重。如一般温度高能加速自然干燥，建议在10～35℃范围内，但在气温特高的情况下，溶剂挥发过快也会影响干燥后涂膜质量；自然干燥时，环境湿度是影响干燥速度和涂膜质量的一个重要因素，湿度高时，空气中所含大量水分。对湿膜中溶剂的挥发起抑制作用，一旦遇到低温，溶剂反被湿膜表面冷却，使空气中水气冷凝，造成涂膜泛白，影响涂膜质量。
同时，自然干燥的固定场所应清洁、无灰尘。
b.加热固化(或称烘干)是现代钢结构涂装中主要的涂膜干燥方式。它具有下列优点：干燥速度快，少占用场地和设备；在一定程度上，能增强涂层的物理机械性能；同时能减少涂层沾染灰尘，减少有害溶剂蒸气的挥发。
环氧富锌底漆、环氧面漆、环氧磷酸锌底漆属化学固化类涂料，涂料成膜时，对温度有一定的要求，固化过程中发生的化学反应的比率与温度直接相关。
氯化橡胶、丙烯酸、乙烯等钢结构面漆，属物理干燥类涂料。温度高，溶剂的挥发就快，涂膜的干燥也快，所以钢结构采用加热干燥，设置烘干室是最理想的方法。
5．涂装工艺的质量检查
涂料质量：涂料进场应查验产品合格证，并取样复验，对照涂料说明书，符合产品质量标准后，才可使用。按GB3186标准规定随机取样数应大于 (n／2)1/2(n为交货产品桶数)，同时取样两份，每份0.25kg，其中一份校验，另一份储存备用。
涂层外观质量：按GB50205—2001标准14.2.3条，构件表面没有误涂、漏涂，涂层无脱皮和返锈。涂层均匀，无明显皱皮、流挂、针孔和气泡。全部构件目测检查。
附着力检查：附着力检查方法按国家GB1720标准或GB9286标准用划格法测定，附着力至少达到l级。检查数量：按构件数1％抽查，不应少于3件，每件测3处。
膜厚质量：用干漆膜测厚仪，认真检测每层涂层的干膜厚，必须达到规定膜厚的要求。检查方法按 GB50205—2001标准(钢结构工程施工质量验收规范)中14.2.2条。每个构件检测5处，每处的数值为3个相距50mm测点涂层干漆膜厚度的平均值。
在很多钢结构厂采用两个85％的膜厚质量检查法。即85％的膜厚检测值能达到规定膜厚的要求；15％不到规定膜厚的膜厚检测值，能达到规定膜厚的85％。必须检测涂层配套中的每一道膜厚，特别是保证富锌涂料的规定膜厚。
七、衡峰已完成的典型大型钢结构工程介绍
近几年，衡峰公司完成了几个典型的大型钢结构工程。
上海科技城：该工程的钢结构采用焊接的连接方式，因此衡峰公司在涂装上采用工厂加工和现场施工相结合的涂装工艺。工厂加工部分为：喷砂除锈等前处理——涂环氧富锌底漆；现场施工部分为：焊接后的机械整平——局部的腻子修补——补涂环氧富锌底漆——涂环氧云铁底漆——涂氟碳面漆——涂氟碳罩光漆——保养维护。
图3 上海科技城
图4 上海东方艺术中心
东方艺术中心：该工程的钢结构采用螺栓联结方式，因此衡峰公司在涂装上采用完全工厂内施工的工艺。从开始的表面处理到涂覆各种底漆、面漆，到最后的保养维护，全部在工厂内进行，然后运输到现场安装，最后只要进行简单的局部修补。全部工厂化施工工艺：钢材表面―喷砂除锈、打磨等前处理－涂富锌底漆（大于70微米）－晾干－涂环氧云铁底漆（大于80微米）－晾干－涂氟碳面漆二道（大于30微米）－涂氟碳罩光漆一道（大于15微米）－干燥－包装－运输至现场－现场螺栓链接
上海市政电话亭工程：电话亭工程所用的材料包括镀锌钢、铝合金、玻璃钢、不锈钢，对外观装饰性要求也非常高，要求在户外长期使用不变色、不掉粉、不脱落，易清洁，耐划伤，因此衡峰公司选用综合性能优异的FC-S200系列常温固化氟碳涂料，针对不同基材使用不同工艺。从而解决了业主的所有要求。
图5 上海市政电话亭工程
上海火车南站钢结构：整个南站工程投资主体多达9个，除国务院批准的投资33.8亿元的主体工程外，上海市政府还投资近20亿元，陆续完成了轨道交通一号线、三号线上海南站站改建工程等多项配套工程。同时，铁道部也投入了相应资金对线路电气化等设备进行了改造。此外，上海南站交, 通枢纽工程的基本建成也开创了铁道部和上海市在大型基础设施建设方面合作的良好典范。该工程不仅是上海市重大工程，也是国家重大工程，工程的合作形式、投资模式、管理体制、施工组织等各个方面都体现了现代化大型基础设施建设中的部市协作精神。南站主站屋钢结构工程是直径为278米的圆形建筑，由中心内压环、钢柱、分叉钢梁、钢檩条和钢棒等组成。屋盖钢结构通过54根永久钢柱支承在9.9米标高的环型砼结构平台上。
我们公司涂装的是上海南站的采光顶和屋顶钢架，采用螺栓链接和现场焊接符合连接方式，因此衡峰公司在涂装上采用工厂加工和现场施工相结合的涂装工艺。工厂加工部分为：喷砂除锈等前处理——涂环氧富锌底漆；现场施工部分为：焊接后的机械整平——局部的腻子修补——补涂环氧富锌底漆——涂环氧云铁底漆——涂氟碳面漆——涂氟碳罩光漆——保养维护。一共施工和供料 30000平方米。
图6 上海南站交通枢纽
杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖1号特大桥为净跨252米钢管混凝土桁架式上承拱桥，这在我省目前已建成的同类型桥梁中是“第一主跨”，为全国第二主跨长度。该桥整体式断面桥宽为23米，分离式断面为2×11.75米，设计荷载为汽车—超20级、挂车—120。
图7 杭千高速SQD3合同段千岛湖I号钢拱桥
八、结论
使用全寿命经济法（LCCA）来评价氟碳涂料与原有防腐工艺的比较，就可以发现寿命在20年以上的氟碳涂装系统以及面漆体系所具有的优势：尽管初期投资大，但维护和重涂成本低，整个钢桥使用费用低。随着交通事业发展，对钢桥维修、大修的要求更高，不可能象过去那样经常在桥梁上进行施工操作，这都要求研制防腐蚀性能更好、使用寿命更长的涂装体系，在整个钢桥使用过程中只进行一二次保护涂装，因此氟碳涂料在钢桥上的应用前景一片光明。
九、参考文献
一、 介绍
钢结构是大量基础设施的重要组成部分，而钢结构桥梁由于结构轻巧、耐用而有很悠久的使用历史，在十九世纪末期和20世纪早期，国内就开始在沿海经济发达地区出现钢结构桥梁，如上海的外白渡桥和宁波的灵桥，并一直使用到现在。虽然现今钢结构桥梁通用的碳钢与一些低合金钢有很好的力学性能与合理的价格，但它们存在十分严重的腐蚀问题
[1]，不解决这些问题，将产生十分严重的经济损失。据估计，全球每年因为钢结构腐蚀造成的损失高达7000亿美元，而中国在2003年为约3000亿人民币。
钢结构桥梁一般会一直处于比较恶劣的环境，如沿海高盐雾环境、沿江河高湿度大气、城市工业污染大气、内陆高酸雨区，对钢结构及其, 涂层的破坏特别严重。以往，由于受各种原因的限制，钢结构的防腐在国内没有受到应有的重视，只采用手工除锈，涂刷一般红丹底漆和普通醇酸油漆，使用半年或一年以后，就会发生涂层起泡、返锈、脱落，钢材受到腐蚀，返修十分困难，造成很大的损失。使用全寿命经济分析法分析钢结构桥梁的防腐体系，钢结构涂层的耐久性(使用寿命)应该是钢结构防腐的首要问题。为了保证钢结构桥梁安全使用，不受腐蚀破坏，必须选用性能良好和使用时间长（20年以上）的防腐涂装系统，同时增加各涂层的厚度，选用高耐腐蚀的涂料。比如，一般涂层总厚度在40-60 μm之间，而桥梁防腐蚀涂层总厚度一般在200～300 μm。
在我国，原有的钢结构桥梁涂装体系可以从铁道部推出的铁路钢结构桥梁的涂装体系可见一斑
[2]。
表1 我国钢桥使用的涂装体系及使用年限
|
涂装系统 |
第一涂装系 |
第二涂装系 |
第三涂装系 |
第四涂装系 |
|
底漆 |
红丹酚醛（醇酸） |
红丹酚醛（醇酸） |
环氧富锌 |
环氧富锌 |
|
中间漆 |
－ |
－ |
－ |
环氧云铁 |
|
面漆 |
灰铝锌醇酸 |
灰云铁醇酸 |
灰云铁氯化橡胶 |
灰铝粉石墨醇酸 |
|
使用寿命（年） |
<10 |
<10 |
- |
15～20 |
注:①使用年限是指不重涂罩面漆的寿命；②第3涂装系因使用少，缺少数据；③第4涂装系在武汉长江大桥(中部)、柳江桥(11、12孔)使用已有15年；状态良好；根据实际使用情况及实验室研究结果推断其使用年限为15～20年。
从以上的涂装体系来看，第一涂装系和第二涂装系的防腐蚀效果耐久性很差，户外十年后便出现明显的腐蚀，已经被淘汰。而第四涂装系尽管具有比较好的防腐蚀效果，但其装饰效果一般，所以也逐渐将被取代。因此，我们需要寻找新的耐久性的钢结构桥梁的防腐蚀涂层。
二、 钢结构桥梁腐蚀的原因
钢铁的腐蚀在自然界里是不可避免的，如何防止钢铁大桥的腐蚀，延长大桥的使用寿命，是桥梁建设中的重要任务。防止钢铁的腐蚀。就有必要首先了解钢铁腐蚀的机理。
1、钢铁的自然腐蚀趋势。
除了少数贵金属外，金属都是由其自然态的矿石，通过消耗能量的冶炼、电解等方法而获得的。在自然界里发现的铁都不是纯铁，铁是铁矿石放在高炉里或是加热炉里提炼出来的。冶炼过程中还加入了煤矿或焦炭，并加热至很高的温度。在这个过程中，铁矿石吸收了大量的能量，这种能量一部分就贮藏在钢铁中。因此，任何一块钢铁都可以看做是一个充了电的蓄电池。这块钢铁以后就会以电的形式将贮存的能量释放出来。钢铁在能量释放过程中，某些成分耗费了即钢铁产生了腐蚀。这样钢铁就回到了能够稳定存在的自然态。因此，金属随时随地都有恢复到自然化合态(矿石)的倾向，并释放出能量。腐蚀的过程就是合属
2、钢铁的电化学腐蚀。
腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀是金属与腐蚀介质问发生化学作用而产生的腐蚀，比如钢铁在非电解质溶液和有机溶剂中发生的腐蚀。化学腐蚀的过程中没有电流的产生。
电化学腐蚀是金属和介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀过程中有隔离的阴极区和阳极区，电流可以通过金属在一定的距离内流动。钢铁的腐蚀绝大多数情况下是电化学腐蚀。在金属表面形成原电池是电化学腐蚀最为主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线连接，我们可以发现导线上有电流通过。这种装置我们称之为原电他。原电池放电所产生电化学反应，在阳极进行的是氧化反应。在阴极进行的是还原反应。
从理论上说，单一金属在电解质溶液里只能形成双电层，不会产生腐蚀。实际上除了金、铂等呈现惰性的金属外，其他金属单独放在电解质溶液中，由于表面电化学性的不均匀，从而产生了许多极小的阴极和阳极，构成了无数的微电池，也会产生电化学腐蚀。许多原因造成了金属表面化学性不均匀。
①化学成分不均匀：一般金属都含有—定的杂质或其他化学成分。
②组织的不均匀：金属或合金中，金属晶粒与晶界电位往往不相同。
③物理状态的不相同：金属在机械加工中会造成金属各部分形变及内应力不均匀。
④表面膜不均匀：金属表面的膜(氧化膜)通常是不完整的，具有空隙或裂缝，
⑤氧气溶度差异：金属与含氧量不同的溶液相接触会形成氧浓差电池。氧浓度小的地方金属电位较低，成为阳极而易发生腐蚀；氧浓度高的地方金属电位较高，成为阴极。盐分或其他腐蚀物质浓度差异也会形成浓差电池。
⑧宏电池腐蚀；指电池中阴极和阳极的尺寸较大，肉眼可以辨别阴极和阳极，这种腐蚀电池在生产和生活中是多见的。常见方式有电偶腐蚀和氧浓差电池。
⑦电偶腐蚀，当不问的金属互相接触处于同一电解质溶液中时，就会构成宏电池，这时电位较负的金届为阳极，发生腐蚀。
钢铁在大气环境中，表面会吸附有氧气水分等，加上溶有其他腐蚀性介质，就会形成电解溶液。由于金属表面化学性的不均匀，这样就连通了能够发生电化学腐蚀的微电他的两极，如图—5所示。
我们把钢铁在大气环境腐蚀中产生的微电池表示为：
Fe／O2(阳极) H2O／C(阴极)
电极反应过程以方程式来表达为：
阳极：铁原于失去电子，被氧化为Fe2+
2Fe一4e→2Fe2+
氧原子获得电子，与水分结合形成OH-
O2+2H2O十4e→4OH-
腐蚀电他的总反应为：
2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2＝4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
这里的Fe2O3·H2O及其脱水化合物Fe2O3就是我们常见的铁锈的主要成分(图1)。
图1 钢铁在大气环境电化学腐蚀
3 桥梁钢结构的腐蚀形态
桥梁钢结构的腐蚀形态有多种多样，可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。在局部腐蚀中，又可以细分多种形态。
（1）均匀腐蚀。
均匀腐蚀的腐蚀作用是均匀地发生在整个金属表面上，并在平面上逐步地使金属腐蚀并降低其各项性能：
（2）点蚀
局部性腐蚀状态，可以形成大大小小的孔眼，但绝大多数情况下是相对较小的孔隙。从表面上看，点蚀互相隔离或靠得很近，看上去呈粗糙表面。点蚀是大多数内部腐蚀形态的一种，即使是很少的金属腐蚀也会引起设备的报废。
（3）电偶腐蚀。
也称之为双金属腐蚀。由多种金属组合而成的部位，如铝与铜，铁与锌，铜与铁等等。在电解质水膜下，形成腐蚀宏电池，会加速其个负电位金属的腐蚀。影响电偶腐蚀的因素有环境、介质导电性、阴阳极曲面积比等。在潮湿大气中也会发生电偶腐蚀，湿度越大或大气中含盐越多(如靠近海边)，则电偶腐蚀越快。大阴极小阳极组成的电偶，阳极腐蚀电流密度愈大，腐蚀愈严重。电偶腐蚀首先取决于异种金属之间的电位差，这里的电位指的是两种金属分别在电解质溶液(腐蚀介质)中的实际电位，即该金属在溶液中的腐蚀电位。电位差越大，其他条件不变，腐蚀可能越大。
为了防止电偶腐蚀，要尽量避免电位差悬殊的异种金属有电接触；避免形成大阴极小阳极的不利面积比，面积小的部件宜用腐蚀电位较正的金属；电位差大的异种金属组装在一起时，中间一般要加绝缘片，垫片紧固不吸湿，避免形成缝隙腐蚀；设计时，选用容易更换的阳极部件，或将它加厚以延长寿命；可能时加入缓蚀剂或涂漆以减轻介质的腐蚀，或加上第二块金属进行阴极保护等。
（4）缝隙腐蚀。
是一种严重的局部腐蚀。经常发生于金属表面缝隙中。桥梁结构非常复杂，金属孔隙、密封垫片表面、螺丝和铆钉下的缝隙内等，都会有溶液的积留而引起缝隙腐蚀。
并个是一定要有缝隙才可以发生这种腐蚀，它也能因为在金属表面上覆盖的泥沙、灰尘、脏物等而发生。几乎所有的腐蚀性介质，包括淡水，都能引起金属的缝隙腐蚀，而含氯离子的溶液通常是最敏感的介质。
为了防止缝隙腐蚀，主要是在结构设计中避免形成缝隙，避免造成容易产生表面沉积的条件。因此，对接焊比铆接或螺栓连接要好。容器设计上要避免死角和尖角，以便于排除流出液体。垫片要
采用非吸湿件材料，以免吸水后造成腐蚀条件。此外也可以来用电化学保护的方法来防止，方法是外加电流。
（5）应力腐蚀
在一定环境中外加或本身残余的应力，加之腐蚀的作用，导致金属的早期破裂现象，叫应力腐蚀。
金属应力腐蚀破裂只在对应力腐蚀敏感的合金上发小，纯金属极少产生。合金的化学成分、金相组织、热处理对合金的应力腐蚀破裂有很大影响。处于应力状态下，包括残余应力、组织应力、焊接应力或工作应力在内，可以引起应力腐蚀破裂。对于一定的合金来说，要在特定的环境中才会发生应力腐蚀破裂。例如不锈钢在海水中、铜合金在氨水中，碳钢在硝酸溶液中。
防止应力腐蚀破裂的主要方法是消除一切应力或施以压应力，设备加工或焊接后最好进行除应力退火，或进行喷砂处理造成表面压应力。改变介质的腐蚀性，使其完全不腐蚀(添加缓蚀剂)，或者使其转为全面腐蚀，选用耐应力腐蚀破裂的金属材料，使其不能构成材料和环境组合，也可防止应力腐蚀破裂。
（6）腐蚀疲劳。
钢铁在交变应力作用和腐蚀介质的共同作用下产生的腐蚀叫做腐蚀疲劳。它往往成群出现。高强度钢丝绳经常出现腐蚀疲劳。
1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌，事故调查的结果就是因为应力腐蚀和腐蚀疲劳产生的裂缝所致。
减少腐蚀疲劳的主要方法是选择在预定环境中抗腐蚀的材料，以及在材料表面镀锌、涂漆等以减轻腐蚀疲劳的作用。
三、国内外钢桥的防腐系统和借鉴
1．日本的钢桥梁涂装
日本的桥梁早期使用的也是与同时期我国常用的红丹底漆和长油度醋酸面漆的体系。在1967年以后，日本开始采用氯化橡胶涂料和环氧涂料；1968年后，从英国进进口了专利技术，开始采用新的涂装体系喷锌十酚醛系面漆，主要体现在1970年建造的关门桥上面。表2体现了日本一般的钢桥涂装体系。需要注意的是，氯化橡胶涂料目前已经不大使用，主要的涂装体系是“体系3”。
表2 日本钢桥涂装体系
|
涂装环境 |
涂装体系 |
|
一般乡村大气 |
磷化底漆
（15μm） |
油性防锈底漆
（2×35μm） |
长油度醇酸中间漆
（30μm） |
长油度醇酸面漆
（30μm） |
|
海岸及工业大气 |
体系1 |
磷化底漆
（15μm） |
油性防锈底漆（2×35μm） |
酚醛云铁底漆（40μm） |
氯化橡胶中间漆
（35μm） |
氯化橡胶中间漆
（30μm） |
|
体系2 |
富锌底漆
（15μm） |
氯化橡胶底漆（2×35μm） |
|
氯化橡胶中间漆
（35μm） |
氯化橡胶中间漆
（30μm） |
|
体系3 |
富锌底漆
（15μm） |
环氧底漆（2×35μm） |
|
聚氨酯中间漆
（35μm） |
聚氨酯面漆
（30μm） |
日本钢管加用技术研究所在1974年开始在连接濑户内海的新两国桥进行的实桥涂装试验，多种涂料配套体系分别在1、3、5、7、10、15（1989年）的检查，综合评定的结果是删除了厚膜型无机富锌+酚醛云铁+氯化橡胶及镀锌的涂装体系。1991年l0月日本“钢质公路桥涂装便览”进行厂大修订，底漆是无机富锌和超厚膜型环氧涂料，氟树脂涂料作为面漆正式列入桥梁涂装规格书。典型的涂装体系如下：
底逐 厚膜型无机富锌涂料 面漆 氟碳中涂漆
中间漆 厚膜到环氧树脂底漆 面漆 氟树脂面漆
该涂装体系在横跨东京湾公路桥，关西新国际机场联络桥的上部钢结构及海上大气部分钢结构上得到了具体应用，见表3。
表3 90年代后日本钢桥典型涂装系统
|
工序 |
涂料名称、处理 |
使用量/g·m-2 |
膜厚/μm |
涂装间隔 |
|
一次表面处理 |
钢板喷砂到SIS Sa2.5 |
－ |
|
－ |
|
车间底漆 |
无机富锌底漆 |
200 |
20 |
|
|
二次表面处理 |
构件喷砂到SIS Sa2.5 |
－ |
|
－ |
|
第一层 |
厚膜型无机富锌底漆 |
700 |
75 |
不超过6个月 |
|
第二层 |
雾喷涂层 |
160 |
|
2天内 |
|
第三层 |
厚膜型环氧底漆 |
500 |
100 |
一天～1个月 |
|
第四层 |
厚膜型环氧底漆 |
500 |
100 |
一天～3个月 |
|
第五层 |
氟树脂中涂漆 |
170 |
30 |
1～7天 |
|
第六层 |
氟树脂面漆 |
140 |
20－30 |
|
2、英国的钢桥涂装体系
英国的钢桥涂装体系主要是由铁路部门的工程专家进行研究制订的，这和其他国家一样，因为铁路是当时最主要的交通动脉。据统计，在英国约有1万座不同大小和类型的钢桥，其中大型的有10座。
1960年，英国提出了BR-70规格，明确要求取消含铅油漆和采用无气喷除法作为主要的施工方法，经过铁路工程专家4年多的广泛调查，于同年产生《国内油漆工程手册》第10版，内容涉及到表面处理、表面保护和结构的装饰。
金属涂层由于有着突出的优点，开始作为基本的保护体系，与有机涂层组成复合型保护体系。第一座使用喷铝保护的钢质桥梁是位于南威尔士的莫色提维，于1954年施工，30多年的运行使用说明防护效果很好。这也是在英同为什么富锌底漆不太被采用于桥梁方面的主要原出。
玻璃鳞片涂料在1992年应用于英国的一座桥梁，但是并不为公路局所采用。
公路饲桥的涂装规范由英国公路局(原交通部)制订(表4)。
表4 涂装规格书草案（1995～1996）
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环境 |
体系 |
金属喷涂 |
第1道 |
第2道 |
第3道 |
第4道 |
第5道 |
第6道 |
最小干膜厚度 |
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内陆 |
4 |
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丙烯酸磷酸锌喷射底漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸面漆 |
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250μm |
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内陆 |
4替代 |
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厚浆型环氧磷酸锌快干漆 |
厚浆型环氧快干中间漆 |
双组分或湿固化聚氨酯面漆 |
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300μm |
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海洋 |
8 |
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丙烯酸磷酸锌喷射底漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸中间漆 |
丙烯酸面漆 |
300μm |
|
海洋 |
8替代 |
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厚浆型环氧磷酸锌快干漆 |
厚浆型环氧快干中间漆 |
双组分或湿固化聚氨酯面漆 |
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|
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300μm |
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海洋或内陆 |
10 |
喷铝（100μm） |
环氧铝粉封闭漆 |
丙烯酸磷酸锌中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸云铁中间漆 |
丙烯酸面漆 |
|
250μm |
|
海洋或内陆 |
10替代 |
喷铝（100μm） |
环氧铝粉封闭漆 |
厚浆型环氧磷酸锌快干漆 |
厚浆型环氧云铁快干面漆 |
双组分或湿固化聚氨酯面漆 |
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300μm |
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箱梁内部 |
11 |
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丙烯酸磷酸锌喷射底漆 |
厚浆型环氧云铁快干面漆 |
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200μm |
注：粗线条表示工厂预制到现场的涂装间隔
3、我国常见的涂装体系
除了铁路桥上的涂料体系严格按照铁路部门的标难来执行外，在长江上面近十年来建造的大量公路钢桥的涂装体系，特别是主要的涂装部位钢箱梁外表面基本上按5的方案处理。
表5 我国近年典型的钢箱梁外表面涂装方法
|
钢板车间预处理 |
抛丸处理ISO Sa21/2，表面粗糙度RZ40～75μm |
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车间底漆 |
无机硅酸锌车间底漆20μm |
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二次表面处理 |
喷砂处理到ISO Sa21/2，表面粗糙度RZ40～75μm |
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底漆 |
无机硅酸锌底漆1×80μm |
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封闭漆 |
环氧封闭漆1×30μm |
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中间漆 |
环氧云铁中间漆100μm |
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面漆 |
丙烯酸聚氨酯面漆2×40μm |
(1)车间底漆。
车间底漆对钢箱梁的保护时间较短，主要用于喷砂后钢结构不超过1年的短期保护，钢箱梁组装完成后，需要重新喷砂，去除车间底漆后，再进行二次涂装。钢箱梁外表面采用醇溶性无机硅酸锌车间底漆，其防腐蚀原理是利用金属锌对钢板起阴极保护的电化学作用，主要用于钢箱梁的防锈、防油、防水、防热。
(2)醇溶性天机富锌底漆。
当钢箱梁运至拼装广时，还需要对梁段进行二次表面处理。钢箱梁底、斜腹板等的外表面二次涂装时，采用醇溶性无机富锌底漆，其成膜机理是依靠硅酸乙酯(基料)吸收空气中的水分，发生水解反应，自身发生缩聚，并同时与钢铁反应生成复合盐类，在干燥的同时牢固地附着于钢材表面。由于锌的电极电值为一0.76v，与铁的电极电位(一0.409V)相比较低，这样由锌作为阳极,铁作为阴极受到保护。锌的含量达到理论值80％时，会在钢结构表面形成一层锌粉膜，一旦锌粉与空气中的二氧化碳、二氧化硫或盐分子中的氯离间接触生成锌的各种盐类，均为难溶的碱式盐，会填没涂层中的间隙，起到保护作用。
(3)环氧封闭漆。二次处理时，在底漆上再涂一层环氧封闭漆，环氧封闭漆是双组分产品，主要组分是环氧树脂，因化剂为聚酰胺及多元胺，一般使用湿度在5℃以上，低于这一温度固化反比将停止，但如果涂装时环境温度较低，可以加入特殊的催化剂以适应低温环境的使用。环氧封闭漆用于填充、封闭无机富锌漆表面空隙，由了与下一道中层漆具有相同组分－环氧树脂，因此涂层之间黏结力较紧密!
（4）环氧(云铁)漆以云母氧化铁作为原料，云母氧化铁光敏性较弱，不易起化学反应．目能一定程度上防止紫外线辐射，遇到风霜雨雪及日光不易破坏，云母氧化铁呈鳞片状，加大了水汽渗透阻力，并有利于面漆黏结。
环氧树脂涂料具有优异的耐碱性，附着力强，成膜后涂层强度高，涂装后起泡及剥离的可能件，但其在太阳下易受紫外线作用而导致涂层粉化，所以作为中间漆使用。
(5)聚氯酯面漆。可以看到的钢结构的外表面采用聚氨酯而漆，聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，但由于其不能由氨基甲酸配单体聚合，因此用多元醇和化学性较为活泼的异氰醒酪R—N＝C＝O聚合而成。在聚合过程中没有其他副产品生成，因此固化后体积收缩很小。其漆膜耐磨性特别强，附着力强，耐水性及耐化学品性都十分好，其中芳香族聚氨酯涂料的耐候件较差，似脂肪族聚氨酌涂料的耐候性较好，实例证明其保光、保色及抗紫外线和抗老化能力较强。
四、典型的钢结构防腐涂层介绍与分析
1、热喷涂锌铝及其合金防腐涂料
热喷涂技术早在1910年就已经形成，国外在三十年代开始广泛采用此技术来防护钢铁构件的大气腐蚀及特殊要求的处理，我国在五十年代引进了热喷涂技术，并将其应用在大型钢铁构筑物的防腐。热喷涂锌铝及其合金防腐涂料主要用于大气和水腐蚀环境中，使用寿命20-30年。金属锌和铝均具有很好的耐大气腐蚀特性。在钢铁构件上喷涂锌，锌是负电位和钢形成牺牲阳极保护作用，从而使钢铁基体得到了保护。目前大气防护金属喷涂层更多地倾向于喷涂铝涂层。一般热喷涂锌铝及其合金防腐涂料的前处理要求很高，喷砂除锈到Sa3级标准，很难达到
[3]。而且，原料Zn和铝的纯度要求很高（Zn要求99.99％，Al要求99.5％），否则将大大缩短使用热喷涂涂层的防腐寿命。热喷涂锌铝及其合金防腐涂料还需要外封闭层，主要采用环氧树脂涂料和聚氨酯涂料。由于此类防腐涂料成本很高，国内应用不多。代替的方法之一就是采用性能好而价格便宜的环氧富锌涂层。
1) 涂层与基体结合牢固，涂层寿命长，长期经济效益好；
2) 工艺灵活，适用于重要的大型及难于维护的钢铁结构的长效防护，且可现场施工；
3) 涂层经封闭及涂装处理，可大大延长涂层的使用寿命，从理论和实际应用的效果来看，热喷锌或喷铝的涂层是涂装的最好底层。二者结合起来即形成金属喷涂层与涂装涂层的复合涂层。此复合涂层的防护寿命较金属喷涂层和涂料防护层二者寿命之和还要长，常为单一涂料防护层防护寿命的数倍；
4) 施工工艺要求严格，表面处理必须达到Sa3级，要求有专业熟练操作工人。工程施工周期较长。
2、富锌底漆
重防腐长效涂料系统中，多采用无机或有机富锌涂料作底漆。因富锌涂料底漆组分中，含有大量的金属锌，除具有良好的屏蔽性及渗入焊接处等优点外，有牺牲阳极保护作用。
2.1无机富锌漆具有耐水、耐盐雾、耐湿热、耐候等特点，对基体表面处理要求严格， 否则涂层不牢固， 注意与面漆的配套性，否则会发生起泡、脱落现象。
2.2有机富锌漆是环氧富锌漆或聚氨酯富锌漆，具有良好的附着力，具有耐油、耐水、耐溶剂、耐冲击好的特点，对基体表面处理要求比无机富锌漆要低一些， 电化学保护作用比无机富锌漆稍差。常用环氧富锌漆作底漆。
3、环氧中间漆
环氧中间漆是底漆或面漆之间的中间层，它既联底又接面，起承上启下作用，增强屏蔽作用，又可提高涂膜厚度，长效重防腐涂料体系中环氧云铁防锈漆是首选中间漆。云母氧化铁是稳定的α-Fe2O3，是六角形片状晶体，在涂膜中以平行的方向重叠排列，可以有效地防止水汽的渗透，对阳光反射力强，还能吸收红外线，延缓漆膜的老化，因此有很好的防锈性能和耐候性。在环氧云铁防锈漆中，环氧基团提供了漆膜优异的附着力。它常与富锌底漆配套使用，具有良好的封闭性能、耐候性、耐久性及耐磨性等。表面具有一定的粗糙度，对面漆有良好的附着力。常与环氧、聚氨酯面漆配套使用。
4、氯化橡胶防腐涂料
氯化橡胶的Cl-Cl键有一定的极性，有良好的附着力，又因它的组成中不含酯键，故耐腐蚀，漆膜透水率低。在我国大量应用于船舶、港湾结构等重防腐场合，效果良好，所以有人将氯化橡胶作为使用寿命长达30～50防腐方案的面漆涂层唯一选择
[5]，这忽视了氯化橡胶比较低劣的装饰性能。由于氯化橡胶中氯的质量分数高达65%以上，所以在受紫外线照射时，常析出氯化氢而降解，用于钢结构表面，这种面漆的装饰性较差，其外观寿命一般不超过五年，在户外使用一、二年后就会严重失光、失色，装饰性能极差，无法适应现代社会同时强调防腐和装饰的新要求。
5、氯乙烯－醋酸乙烯共聚物防腐涂料
氯乙烯－醋酸乙烯共聚物涂料，－在美国及海湾地区广泛使用。耐腐蚀性优良，漆膜坚韧性及流平性好，耐老化，保色性好，制成的漆不泛黄，但存在溶解性差，黏度高，固体含量低，价格高，污染严重等缺点。
6、脂肪族丙烯酸聚氨酯涂料
脂肪族丙烯酸聚氨酯涂料是以HDI缩二脲为主要原料的脂肪族聚氨酯与丙烯酸树脂聚合改性的各色丙烯酸聚氨酯漆，它同时兼有丙烯酸树脂和脂肪族聚氨酯的优良性能，又具有优异的耐候性、抗粉化、抗龟裂和优异的耐蚀性、耐油、耐碱、耐工业废料，此外漆膜坚韧耐磨、丰满光亮、美观，具有良好的装饰性，常用于高档装饰。但其户外耐候性寿命也只有12年左右。
7、氟树脂涂料
氟碳涂料是在氟树脂基础上经改性、加工而成的一种新型涂层材料。其基料氟树脂所含碳－氟键的分子结构是已知最强的分子键，键能高达110千焦/mol，而且碳一氟键长度短，因此氟碳涂料有远比一般涂层材料优异的耐酸、耐碱、抗腐蚀、耐候性和摩擦系数小、憎油、憎水、抗粘、抗污染等优异性能。其户外寿命可达20年以上。
五、钢桥长效防腐涂层设计
我国常用的钢结构长效防腐方案如下：
(1)环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆；
(2)正硅酸乙醋锌粉漆（无机富锌漆）―环氧云铁涂层―聚氨醋面漆/氟碳面漆；
(3)热喷（锌、铝）层―雾化环氧云铁封闭漆－环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆。
上述（1）、（2）两种底漆（环氧富锌底漆和正硅酸乙酯锌粉漆（无机富锌漆，以下简称）中，均有采用，效果良好。从理论上、研究试验结果上以及实际使用上无机富锌漆的防腐蚀性能均要比环氧富锌漆要好，因它可与钢面反应生成硅酸铁，所以附着力很强；环氧富锌底漆涂层的孔隙电阻率要比无机富锌涂层的孔隙电阻率小得多；受损伤的钢铁表面用无机富锌要比用环氧富锌的要好。但是由于无机富锌底漆的施工性能以及与后续中间漆的附着力没有环氧富锌底漆来得好，一般情况下还是选择环氧富锌底漆。所以国内一般采用的比较好的涂层体系是：环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆。
“全寿命经济分析法”（LCCA）是在成本—效益分析的基础上，将工程的使用年限作为主要考虑指标的一种经济分析方法。它起源于美国，当今世界许多国家也在效仿使用此方法。由于美国在基础设施腐蚀方面经济损失巨大，美国政府用“立法”形式强力推行“全寿命经济分析法”，并优先在基础设施工程方面推广采用。
在美国，“全寿命经济分析法”首先是是法令。美国《联邦基础设施投资原则》（第12893号政府令）明确要求，投资成本要细化、量化、合理化，工程项目的投资成本包含整个使用寿命期内的一切费用。美国联邦公路局（FHWA）于1994年发布公文《关于实施全寿命经济分析法的政策声明》（FHWA-94-15），文件指明：凡联邦和与地方联合管理的基础建设项目的投资评估，均执行“全寿命经济分析法”。美国运输部也下发指令，要求对桥梁、路、人行道等工程，在设计、施工阶段，实施LCCA。1995年美国发布国家公路系统（NHS）设计指令，要求在路、桥等设计阶段，贯彻执行LCCA。
LCCA 作为法令是必须执行的，同时它又是一个可以具体操作的方法，是重要的投资评估和经济分析方法。美国典（ＵＳＣ）给ＬＣＣＡ的定义是“ＬＣＣＡ是一个程序和方法，用于评价可行计划项目的总经济价值。包括初始成本和经折扣的进一步成本——整个寿命期内的维护、修复、重建和表面翻新处理成本”。
以往的工程项目，往往主要考虑初建成本。工程进入使用后再花多少钱，则很少事先考虑，乃至不予考虑。实践证明，仅考虑初建成本的做法往往是技术、经济都不合理的。执行ＬＣＣＡ方法，要求每一个工程立项，首先对其投入资金及其合理性进行评估。全部投资资金资金包括初始投资和进一步投资两部分组成。第一部分是指建设时的设计、施工相关费用（初建成本）；第二部分包括保证达到寿命期所必须的“进一步费用”。这两项花费的分配要合理，并按程序对其进行评估。只有评估结果符合ＬＣＣＡ标准的，才可立项。设计、施工的投标方案，也要按程序对其进行评估。
建立在全寿命经济分析法分析基础上的钢结构防腐蚀设计和施工，与传统的涂层相比，在技术、经济上要更为合理、更具竞争性。钢结构涂装不仅应重视初期投资，而且更应该重视钢结构在运转、维修、保养、停工等费用。我们应该避免走“眼前少花钱，而后花大钱”的老路。因此，钢结构桥梁要求采用半永久性涂装甚至永久性涂装,即在整个钢桥服役期间只进行一次大修或不进行大修,只需进行维护涂装，就能保证钢桥防腐蚀效果，即要求钢结构桥梁的涂层寿命在20～30年以上。
为了达到以上目的，新建钢桥宜采用表面涂装富锌类防腐漆或进行喷金属处理,再涂装其它配套漆。为此，铁道科学研究院提出了铁路钢桥保护的3个新涂装体系：①水性自固型无机富锌涂料+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系；②环氧富锌防锈漆+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯；③电弧喷铝镀层+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系。其中使用最多的是②涂装体系以及环氧富锌防锈漆+灰云铁环氧中间漆+氯化橡胶漆体系。
衡峰公司采用全寿命经济分析法，在总结国内外钢结构防腐设计上的各种经验基础上，在2001年就提出了以超耐候的常温固化FC-S200氟碳涂料为面漆的FUVIT－ST钢结构涂装系统（表2），其中所采用的涂层体系就是环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―FC-S200氟碳涂料面漆，估计室外使用寿命可达20年以上。已经达到全寿命经济分析法要求的钢结构桥梁的使用寿命。
六、钢桥长效防腐的设计
恶劣的环境，如沿海高盐雾环境、内陆高酸雨区，对钢结构及其涂层的破坏特别严重，因此就必须选用重防腐涂装系统，增加各涂层的厚度，选用高耐腐蚀的涂料。比如，一般涂层总厚度在40-60μm之间，而高耐腐蚀涂层总厚度在200-300μm之间；一般的丙烯酸涂层耐盐雾实验不足100小时，而氟碳涂料的耐盐雾实验可超过4000小时。目前我国普遍存在的酸雨现象、工业性大气或海洋性大气等恶劣环境，而现代随着经济的发展对于钢结构的防腐涂层提出了长期长效防腐（20年以上）同时要求兼顾装饰美观的要求，这些普通的防腐涂层是难以胜任的，而性能优异的氟碳涂料系统正是能够满足这些要求的涂层材料。
在进行钢结构涂装设计时，最重要的是一定要根据建筑物给定的条件，在初期设计阶段就将防腐蚀问题考虑进去。对于钢结构受到外界因素的侵蚀要充分加以考虑，还要考虑这些外界因素对建筑物的各种条件的作用有多大，比如，场地情况、房屋结构、部位、构件和空间条件等等。考虑到建筑物涂装设计的给定因素后，将其等级化，然后，在这个等级范围内进行涂装设计的取舍。对于漆膜的综合耐久性能，还必须考虑到施工条件、维护管理和经济等因素。
应用ISO 12944进行涂装设计指导，基本可以分成以下几个步骤：
(U确定钢结构的腐蚀环境；
(2)确定保护钢结构的期望年限；
(3)确定涂料品种和漆膜厚度。
1、 应用ISO 12944进行涂装设计指导－钢结构防腐设计体系的依据
中国在1996实施的GB／T 15957—1995《大气环境腐蚀性分类》具体规定4类大气环乡村大气、城市大气、工业大气和海洋大气。对于普通碳钢在这4类环境下的腐蚀等类测和空气中的腐蚀性物质含量作了规定。
表6 我国大气环境腐蚀性分类
腐蚀类型 |
腐蚀速率/mm·a-1 |
腐蚀环境 |
等级 |
腐蚀程度 |
腐蚀气体类型 |
相对湿度（年平均）/％ |
大气环境 |
I |
无腐蚀 |
<0.001 |
A |
<60 |
乡村大气 |
II |
弱腐蚀 |
0.001～0.025 |
A B |
60～70 <60 |
乡村大气 城市大气 |
III |
轻腐蚀 |
0.025～0.050 |
A B C |
>75 60～75 <60 |
乡村大气 城市大气和工业大气 |
IV |
中等腐蚀 |
0.050~0.20 |
B C D |
>75 60～75 <60 |
城市大气、工业大气和海洋大气 |
V |
较强腐蚀 |
0.20～1.00 |
C D |
>75 60～75 |
工业大气 |
VI |
强腐蚀 |
1～5 |
D |
>75 |
工业大气 |
其他国家，如英国BS 5493腐蚀环境分类见表7，其中，对于大气腐蚀环境的分类有很好酌参考价值，可以看出，对于大气环境、污染和潮湿是决定腐蚀性大小的重要因素。
表7 英国BS 5493腐蚀环境分类见
腐蚀环境 |
环境污染状况 |
污染的内陆 |
城市大气，指某些无工业区域可能受远处污染源的污染，空气中含有二氧化硫等。 |
无污染的海滨 |
海洋大气，离海岸小于0.25～3km的地区 |
无污染的海滨 |
海洋大气和随主风和地形而变，经常有可见盐雾 |
室外潮湿 |
游泳池等区域 |
室外掩蔽 |
与内陆环境相同，无雨水冲刷，通常有阴暗、潮湿和冷凝现象 |
淡水 |
江河湖水 |
海水淹没 |
海水全浸或盐水里 |
海水飞溅 |
码头、海堤或经常有盐雾的地方 |
土壤 |
泥土、砂砾、岩石等，主要指埋入地下的结构物 |
几十年来，防腐蚀专家在腐蚀领域取得了重大进展，开发出了许多高性能涂料产品。许多组织机构，如，NACE和SSPC等的专家也一直在致力于标准、程序和培训方案的改进。一些国家也建立了自己的国家标椎，以供本国的涂料供应商制订规格书。但是，却一直没有一个国际化的涂装规格书和工艺标准。直到1988年，国际标准化组织ISO推出了ISO12944，这是一个全球防腐蚀技术人员期待已久的公用标准。
ISO12944是国际标准化组织为那些从事涂料防腐蚀工作的业主、设计人员、咨询顾问、涂装承包商、涂料生产企业等汇编的标准，为这些人员单位和组织机构提供了重要的参考。这份标准同时也通过了欧洲委员台的批准认可，所以它实际上取代了一些国家标准，如英国的BS5493．德国的DIN55928等。ISO12944共分八个部分，编号与内容如下：IS012944—1总则；IS012944—2腐蚀环境分类；IS012944--3设计要点；IS012944一04表面处理的种类和等级；IS012944—5涂料配套系统； IS012944—6实验室性能测试方法；IS012944—7涂装工作的管理和检查；IS012944—8新建涂装工程及维修规格书的制订。
IS012944标准同时通过欧洲专业委员会的批准与认可，取代了英国BS5493标准、德国 DIN55928标准。但在美国仍使用他们的国家标准 SSPC和相关的行业标准NACE。
表8 IS012944标准各种环境下的腐蚀性
|
腐蚀等级 |
单位面积内、材料损失（第一年暴露后） |
温和气候下的典型环境 |
|
低碳钢 |
锌板 |
室外 |
室内 |
|
质量损失g/m2 |
厚度损失μm |
质量损失g/m2 |
厚度损失μm |
|
Ｃ1（腐蚀性非常低） |
≤10 |
≤1.30 |
≤0.7 |
≤0.1 |
--- |
洁净空气中的受热建筑，如办公室、商店、学校、宾馆等。 |
|
Ｃ2（腐蚀性低） |
>10～200 |
>1.3～25 |
>0.7～5 |
>0.1～0.7 |
腐蚀程度低的大气，多指乡村 |
未受热且可能结露的建筑，如仓库、体育馆。 |
|
Ｃ3（腐蚀性中等） |
>200～400 |
>25～50 |
>5～15 |
>0.7～2.1 |
含有低度二氧化硫的城市和工业环境或低盐度的沿海地区 |
高湿度和空气污染的车间，如食品厂、洗衣店、酿酒厂、乳制品厂。 |
|
Ｃ4（腐蚀性高） |
>400～650 |
>50～80 |
>15～30 |
>2.1～4.2 |
盐度较低的工业区和沿海地区 |
化工厂、游泳池、海边的船码头 |
|
Ｃ5-1 （腐蚀性非常高的工业环境） |
>650～1500 |
>80～200 |
>30～60 |
>4.2～8.4 |
高湿度和腐蚀性的工业环境 |
经常结露的污染严重的建筑和区域 |
|
Ｃ5-Ｍ（腐蚀性非常高的海洋环境） |
>650～1500 |
>80～200 |
>30～60 |
>4.2～8.4 |
高盐度的沿海和海上钻井平台 |
经常结露的污染严重的建筑和区域 |
目前，在进行重防腐涂料的配套设计时，必须最大限度依据1S012944—1998(E)国际标准，尤其是下列三个方面：
(1)腐蚀环境的分类
在IS012944标准中对不同大气环境(C2、C3、 C4、C5—1、C5-M)和淡水(1M1)、海水(1M2)、没水环境作了定义和说明；并对上述环境条件下钢铁及锌的年腐蚀量作了数值上的规定，这是涂装配套设计的依据(见表8)。
一般来说，边远地区、低污染的地区、有暖气的建筑内部等是C1和C2环境，典型的如：机场。
城市及工业环境：中等程度的污染，如，二氧化硫含量高，湿度高的生产区域是C3环境，典型的如，处于城市中的体育场馆。
工业区、沿海和化工厂等可以视作是C4环境，典型的如：电厂。
高湿度的工业区域污染特别厉害的地方是C5I工业腐蚀环境，高湿度加L高盐度就是
C5M海洋腐蚀环境。
(2)涂层的耐用年限
ISO12944—6—1998(E)规定了处于不同环境下涂层耐用年限分低(2～5年)、中(5～15年)、高 (15年以上)三档。
低耐久性(Low) 设计寿命F年以厂；
中耐久性(Medium) 设计寿命5—15年；
局耐久性(High) 设计寿命15年以广。
需要注意的是，预期的耐久性并非担保时间，涂层不可能永远是完好的。耐久件与涂料
配套的设计寿命可以看作是一个概念，都是指涂料系统达到所要求的一直到第一次大修前的使用寿命。在此之前，应该定期进行小修小补的保养工作。涂料系统的状况可以按照标准ISO 4628 1－6进行判定。出于防腐蚀的考虑，根据ISO 4628—3．涂料系统的第一次维修应该在涂料损坏达到Ri3时就进行。
对于漆膜厚度的规定，也是根据腐蚀环境及使用寿命来定(表9)
表9 腐蚀环境、使用寿命和涂膜厚度的关系
|
腐蚀环境 |
耐用年限 |
干膜厚度／μm |
|
C2 |
低
中
高 |
80
150
200 |
|
C3 |
低
中
高 |
120
160
200 |
|
C4 |
低
中
高 |
160
200
240(含锌粉)
280(不含锌粉) |
|
C5-1,C5-M |
低
中
高 |
200
280
320 |
（3）涂层种类及厚度的选择
这里ISO 12944有比较详尽的分类，当然在实际应用中，每家公司都应该结合自身公司实际，推出符合防腐要求的涂装体系。
2、钢桥涂装前的表面处理
防腐蚀涂层受到破坏是多因素造成的，其主要原因是涂层材料不当和涂层施工方法不当。
一般来说，未经过特殊处理的钢材（如碳钢），都是容易生锈的，而经过特殊处理的钢材（如不锈钢、镀锌钢、耐候钢、经氟碳涂装的碳钢），则不容易生锈。因此，要选用特殊处理过的钢材。
选用了不当的保护涂层。不同的保护涂层赋予钢材不同的保护期限，如醇酸树脂类涂料在户外1-2年就完全被破坏，无法再保护钢结构；丙烯酸类则在5-8年，硅丙类8-10年；而氟碳涂料则可在户外使用20年以上仍然漆膜完好。
选用了不当的涂装工艺。优秀的涂料还必须配上优秀的涂装工艺，才能体现其完美的价值。涂装工艺不当，再好的涂料也不能起到应有的保护作用。比如，前处理中没有彻底清除钢结构表面的油脂、锈蚀，会造成涂膜附着不良，锈蚀继续扩散；防锈底漆或氟碳面漆的膜厚未达到规定厚度，会造成涂装系统提前结束使用寿命。
长期以来，人们对钢材的防腐蚀处理，片面强调了涂料品种的选择及涂膜厚度的检测和监督，而忽视了喷漆前钢材的表面处理质量，日本学者曾研究过影响涂膜质量和寿命的各种因素，并得出如下结论(见表10)。
表10 影响涂膜质量的因素
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序号 |
主要因素 |
影响程度，％ |
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1 |
表面处理质量 |
50 |
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2 |
涂装道效 |
20 |
|
3 |
涂料品种(同一系列) |
5 |
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4 |
涂装技术及环境等 |
25 |
由此可见，喷漆前表面处理质量是影响涂膜保护性能的最主要因素．也就是说高性能的重防腐涂料，对表面处理质量极为敏感，不适当的表面处理，高性能的重防腐涂料也不能得到好的防蚀效果。
(1)影响表面处理质量的因素
钢材表面的氧化皮、锈蚀产物、油污、灰尘等，还有钢材表面的结构问题。如锐边、侧角、焊孔、焊瘤、毛刺等，必须通过表面处理将它们磨平或去除。表面粗糙度的存在会提高涂膜和被涂表面之间的结合，它是通过几个方面起作用的：
表面粗糙度的存在增大了表面积，重防腐涂料中的无机硅酸锌底漆在成膜固化时具有相当大的引力，易使涂膜开裂表面粗糙度的存在可以抵抗这类张力，防止裂纹产生；表面粗糙度可以支承部分涂膜的质量，对于垂直表面涂装尤有良好作用；
钢材表面合适的粗糙度有利于涂膜保护性能的提高，反之粗糙度太大或太小不利于涂膜的保护性能。在涂料用量固定时，粗糙度太大，会造成涂膜厚度分布不均匀，特别是波峰处膜厚不足引起早期锈蚀；在波谷凹坑内会截留气泡，成为涂膜起泡的根源。粗糙度太小不利于膜的附着。钢桥钢材表面粗糙度一般控制在40～80μm。
(2)表面处理的内容与方法
钢结构表面存在油污、铁锈和旧防腐层。这些污染物的存在会降低新的防腐涂层与钢结构表面的结合强度，影响防腐层的使用寿命。大量实践证明，涂层质量、耐久性与表面预处理关系重大，在一定情况下甚至起着决定性的作用。因此，钢结构的表面除锈处理是保证涂装工程质量的基础。
钢结构表面处理的方法有溶剂清洗、手工除锈、机械处理、喷砂处理、火焰喷射处理、化学处理、电化学处理等多种方法和工艺。对于钢结构来说，最常用的是喷砂处理，对于一些部件，也使用化学或电化学处理方法。处理后要求基材表面干净、无污染、暴露出基材本色，达到良好的浸润、胶合、附着的目的。
象造船和建造桥梁等大型钢结构工程，由于建造时间长，为防止钢材在工序中锈蚀，出现了钢板 (或型材)预处理流水线，在流水线中有抛丸设备，进行高度自动化的除锈并预涂上车间底漆。
溶剂清洗：用溶剂或其蒸汽、乳化液、碱或水蒸气完全除去油脂、蜡、尘及其它污物。
手工除锈：用钢丝刷、铲刀、锤、纱布等除去浮锈
机械处理：利用机械动力工具以冲击、摩擦作用进行除锈。
喷砂处理：喷射砂，完全除干净锈、氧化皮及杂质。
火焰喷射处理：用乙炔火焰烧除油污，脱除锈及松的氧化皮，再接着用钢丝刷或喷射除锈。
化学处理：利用酸溶液与铁的腐蚀产物进行化学反应，生成溶于水的铁盐除去锈。
电化学处理：利用电化学方法对钢结构表面处理生成钝化层，一提高防腐性能。
(3)钢材表面处理质量的评定
a、表面清洁度的评定：我国在1988年颁布了等效采用ISO 8501－l的国家标准GB 8923—1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。
评定钢表面预处理质量时，一般采用和标准照片比较的目视法判断，应在良好的散射日光下或照度相当的人工照明条件下进行，要求标准照片尽量靠近需评定的表面。未涂装过的钢材表面原始锈蚀程度分为四个“锈蚀等级”，将未涂装过的钢材表面和全面清除过原有涂层的钢材表面除锈后的质量分为若干个“除锈等级”。钢材表面的锈蚀等级和除锈等级，通过标准文件中的文字说明和对照标准附带的典型样板照片共同确定。
1、 锈蚀等级及评定方法 根据钢材表面氧化皮的覆盖程度和锈蚀情况，将原始锈分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四个等级。
Ａ级：全面覆盖氧化皮，几乎没有铁锈的钢材表面；
Ｂ级：部分氧化皮已经脱落，已发生锈蚀的钢材表面；
Ｃ级：氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并已少量点蚀的钢材表面。
Ｄ级：因锈蚀，氧化皮已全面剥离，普遍发生点蚀的钢材表面。
对照国家标准ＧＢ8923中有原始锈蚀等级标准中的4张彩色照片及文字说明进行评定。
b．表面粗糙度的评定：表面粗糙度的大小与磨料的粒度、形状、材料、喷射的速度和作用时间等工艺参数有关，其中以磨料的粒度影响为最主要。参照国际标准，我国电制定了相应的国家标准GB／T 13288《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定（比较样块法）》。对粗糙度数值的表示，一般是指：平均最大峰谷高度。对于通常防腐蚀涂料来讲，钢材表面合适的粗糙度范围是40～75μm，最大粗糙度不应超过100μm。以GB／T 13288对钢材表面喷射清理形成的粗糙度来分，中级是比较合适的粗糙度。
粗糙度评定传统方法是采用带有触针和千分表的粗糙度测量仪。我国新制订的国标是一种比较样块法，是将合适的标准样块与被测表面一起进行对照比较，必要时可用放大镜观测。另外，如果目视方法评定有困难，还可采用触摸法比较。
2、除锈等级及评定方法：该标准对经过喷丸（砂）或抛丸除锈、手工除锈、动力工具除锈和火焰除锈的钢材表面的清洁度，规定了除锈等级，分别用Sa（ 喷丸或砂、抛丸等机械除锈）、St (手工和动力工具除锈)、F1（火焰除锈）代表除锈方法，其后缀以阿拉伯数字表示除锈等级。
Sa1 轻度喷射或抛射除锈 钢材表面无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物；
Sa2 彻底喷射或抛射除锈 钢材表面无可见的油脂和污垢，已经基本除净氧化皮、铁锈、涂层筹附着物；
Sa2.5 非常彻底的喷射或抛射陈锈 钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和涂层等附着物，任何残留的痕迹仅是点状或条纹状的轻微色斑；
Sa3 改善钢材表观沾净度的喷射或抛射除锈 钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和涂层等附着物，表面呈现均匀的金属光泽。
St2 彻底的手工和动力工具除锈 钢材表而无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物；
St3 非常彻底的手工和动力工具除锈 钢材表面无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物。比St2除锈更彻底，底材显露部分的表面，有金属光泽。
F1 火焰除锈 钢材表面无氧化皮、铁锈和涂层等附着物，任何残留的痕迹仅为表面变色。
3、涂料的涂装施工
“三分涂料，七分涂装。”涂装施工对涂料性能的发挥有重要影响。采用先进的涂装方法和设施对增进涂层质量、提高涂料利用率有积极的作用，并能改善涂装施工环境和符合环保要求。
(1)喷漆前的准备工作
按例行规定做好开桶、熟化、搅拌等准备工作。目前的重防腐涂料，一般无需稀释，开罐、搅拌后即可进行无气喷涂，稀释剂更多用于清洗工具。
(2)高压无气喷涂技术问题
随着科学技术的发展，在涂料施工上已形成了很多先进的方法。对重防腐涂料主要采用的涂装方式有：刷(辊)涂、空气喷涂、无气喷涂、热喷涂等等，但最主要的是无气喷涂。
目前钢结构行业应用最普遍的是无气喷涂法。无气喷涂是使涂料通过加压泵(0．14～0．69MPa)被加压，通过特制的硬质合金喷嘴(0.17～1.8mm)喷出，其速度非常高，当高压漆流离开喷嘴到达大气后，随着冲击空气和高压的急剧下降，涂料内溶剂剧烈膨胀而分散雾化，高速地涂覆在被涂物件上。因涂料雾化不用压缩空气，所以称之为无空气喷涂。这种施工方法的优点是：无空气喷涂比一般喷涂的生产效率可提高几倍到十几倍；喷漆的漆雾比空气喷涂少，涂料利用率提高，且减少了漆雾的污染，可实现高固体分、高粘度涂料的喷涂，一次形成较厚的涂膜；由于漆流中没有空气，避免了因压缩空气含有水分、油污、尘埃等杂质而引起的漆膜缺陷，涂膜附着力好，即使在缝隙、棱角处也能形成良好的漆膜。
此种施工方法的缺点是：操作时喷雾的幅度和喷出量不能调节，必须更换喷嘴才能达到调节的目的。漆料损耗大，对环境有一定的污染；不适宜用于喷涂面积较小的物件。
在重防腐涂料的涂装行业中，基本上使用的是气动型无气喷漆机。它的最大特点是安全、容易操作。在易燃的溶剂蒸气的环境中使用无任何危险。缺点是动力消耗大和产生噪音。
在无气喷涂机使用中．应注意下列技术问题：
a．喷漆压力：是无气喷涂时重要的技术参数。
确定每种重防腐涂料喷漆压力的主要依据是涂料生产厂家提供的技术说明书。
喷漆压力应低于该喷漆机所允许的最高压力。
虽然，提高喷漆压力可以增加涂料喷出量，在一定范围内可提高喷漆效率，但压力过高，对无气喷漆机来说，会造成设备过早磨损，影响使用寿命。
b．喷嘴的选择：无气喷漆机喷嘴当量孔径大小决定了流量的大小，通过对喷嘴孔径和喷幅(或喷射角度)大小的选择，以获得重防腐涂料的规定膜厚和合适的喷涂效率。
各厂商生产的喷嘴都有一系列的规格型号，从型号可以看出喷嘴的孔径(或流量)、喷嘴的喷幅与喷射角。
c.无气喷漆机类型的选择：为适应各种重防腐涂料的喷涂，设备生产厂家改善了无气喷涂设备的某些性能，研制了许多新型的专用无气喷涂设备。如富锌涂料专用喷涂机。无机硅酸锌底漆、环氧富锌底漆等是重防腐配套涂料中第一道漆。
常用的富锌专用高压无气喷漆机有：美国Gra—co公司的ＢＵＬＬＤＯＧ33：1、德国WIWA的38032、中国重庆长江机械厂生产的QPT 3256 C型，中国船舶总公司船舶工艺所的ＢＤ•30-150等。
(3)涂装环境条件
涂装作业时，周围的环境条件对涂装质量起着很大的作用。一是温度，温度对涂装的影响十分大，尤其是在使用环氧系列涂料时。环氧树脂涂料(包括焦油环氧)在10℃以下时，固化缓慢，在5℃以下时停止固化。若需继续作业，必须采用低温固化类涂料，或采取保温措施。而氯化橡胶、乙烯树脂等重防腐涂料，只要表面无霜、无水，可以在0℃以下时涂装施工。
当环境温度高于40℃时，对醇溶性无机富锌等快干型涂料，极易引起干喷。喷涂时，要求喷枪与被涂面保持最小距离，并始终保持垂直，必要时，添加稀释剂，以缓和干喷状态。
若施工温度过高，还会缩短化学固化涂料的混合使用时间，通常情况下，温度每升高l0℃，固化时间缩短一半，施工前，需进行周密的计划，以免造成涂料的浪费。
另一个环境条件是相对湿度和露点。涂装时的相对湿度一般规定不能超过85％。同时还必须进行露点管理。
露点是指在该环境温度和相对湿度的条件下，物体表面刚刚开始发生结露的温度，该温度即为该环境条件下的露点。
涂装环境还包括照明条件，要求采光好，亮度均匀，照明度为150～3001x．但又要避免日光直射，以利涂装操作。同时通风良好，换气适当，涂装区域的空气保持干燥、清洁、少尘或无尘。
(4)预涂装
钢结构涂装工艺中的预涂装是保证涂装质量的重要环节。一般针对钢结构工程中大量的电焊缝；各种孔及槽沟的切割边缘；结构上的“死角”如H型钢、衍材的背面、特殊的加强梁等无气喷涂难以喷到的部位；喷涂车间底漆后的二次锈蚀部位等等，见图3。
图2 预涂装部位图示
对预涂装的次序，亦应根据工程具体情况作精细安排，为保证喷砂后钢构件不重新泛锈，应先对特别容易漏涂部位，如流水孔内、螺帽和背对背钢板部位先行预涂。而焊缝、自由边等其他部位在喷涂中层漆之前进行预涂；同样能收到好的效果，至于预涂的漆料，必须按涂装配套方案中的与钢铁接触的底漆相同，为增加该底漆的渗透力，且易于操作，底漆预涂时应作适当稀释。
4．重防腐涂料的干燥与固化
涂料的成膜过程就是涂料的固化过程，对溶剂型涂料俗称为涂料的干燥。重防腐涂料只有通过干燥或固化形成漆膜后，才能发挥其保护作用，因而涂膜干燥是涂料施工的三个主要内容之一。
(1)涂料的成膜机理
根据粘结剂的不同，目前钢结构配套涂料可分为物理干燥型和化学固化型两大类(见表11)。
表11 涂料的成膜机理
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成膜方式 |
涂料举例 |
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物理干燥 |
溶剂型 |
沥青涂料
氯化橡胶涂料
丙烯酸涂料
乙烯基涂料 |
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水溶性 |
丙烯酸涂料 |
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化学固化 |
氧化聚合固化 |
油性漆
醇酸、酚醛涂料
环氧酯涂料 |
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双组分固化剂固化 |
环氧涂料
聚氨酯涂料
聚酯涂料
常温固化氟碳涂料 |
|
湿气固化 |
聚氨酯涂涂
无机硅酸锌涂料 |
物理干燥型涂料的粘接剂分子在湿膜和干膜中是相同的，树脂的组成、分子结构及大小都没有变化，仅仅是稀释剂的挥发的物理过程，涂膜干燥后留下树脂分子在涂层中相互缠绕交织。
物理干燥型涂料有以下4个特性
Ａ.层间互溶性，也就是说，有可逆性。这类涂层在喷涂后数月或数年，在它本来的溶剂或更强的溶剂中可以重溶。溶剂分子穿透到树脂分子之间，分离后重新液化，溶解粘接剂，实现了层间互溶，因此这类涂料无涂装间隔的限制，重涂性能极佳。
Ｂ.不耐溶剂，对溶剂有敏感性。这些涂料对它们本身的溶剂或更强的溶剂没有耐抗力。这类涂料不耐溶剂，也不耐油脂。
Ｃ.物理干燥型涂料的涂膜在形成过程中不涉及化学反应，涂膜形成对温度无依赖性，可以在较低的温度下施工。合适的烘干温度可以促进稀释剂的挥发速度，加速成膜。
Ｄ．热塑性，物理干燥型涂料的涂层，在较高温度下会变得柔软。
化学固化型涂料一般是双组分。树脂(粘接剂)和固化剂两种成分混合后发生化学反应，较小的“湿”分子已形成了新的固化了的树脂分子，涂膜是由于互相交织聚结而形成的，但也存在溶剂的挥发过程。
化学固化类涂料的特性
a．不可逆性，也就是说，固化了的涂层不能重溶；
b．由于化学固化的不可逆性，化学固化涂料干燥后，不能再用溶剂溶解，它的涂层有耐溶解性；
c.化学固化类涂料在固化过程中化学反应的速率与温度有关，因此，形成涂膜时．对温度有一定要求，在额定温度下，涂膜不会形成。合适的烘干温度可以促进化学作用的反应速度；
d．非热塑性，在较高温度条件下，化学固化类涂膜不会软化；
e.有重涂间隔的限制。重涂必须在固比结束前进行。如果固化已经完成。那么表面须用机械方法粗糙后，才可复涂。
(2)干燥时间和最佳涂装间隔
表12 各类涂料有不同的于燥时间和涂装间隔
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涂料类型 |
干燥时间（23℃+2℃） |
最佳涂装间隔（23℃+2℃） |
|
表干，h |
实干，h |
最短，h |
最长，d |
|
沥青类 |
2 |
24 |
14～24 |
5 |
|
氯化橡胶类 |
0.5 |
2 |
9 |
7 |
|
环氧沥青类 |
8 |
24 |
20 |
5 |
|
醇酸类 |
4 |
24 |
14 |
7 |
|
环氧类 |
4 |
24 |
9 |
5 |
|
乙烯类 |
1 |
4 |
6 |
3 |
|
聚氨酯类 |
2 |
6 |
14 |
5 |
|
丙烯酸类 |
0.5 |
4 |
6 |
5 |
|
氟碳类 |
|
|
|
|
|
无机类 |
4 |
24 |
2 |
2 |
具体的要根据重防腐涂料的说明书来掌握。涂层的固化干燥过程按程度可分为三个阶段：
触指干燥(又称指干)：手指轻触涂层感到发粘，但涂料不附在手指上。
半硬干燥：手指轻压涂层感到发粘，涂料不附在手指上。
完全干燥：手指强压涂层也不残留指纹。
一般在前手指强压涂层也不残留指纹。—道涂层完全干燥后进行下一道涂装。
重防腐蚀涂料干燥的速度还与涂膜厚度有关，在溶剂挥发成膜的情况下，涂膜厚度是一个重要因素。有资料报道，溶剂开始挥发时，其速度取决于膜厚的一次方，当溶剂挥发速度增加时，溶剂在涂膜中扩散速度则取决于膜厚的二次方。因此重防腐蚀涂料涂膜较厚时，完全干燥时间延长。完全干燥越慢，施工中应严格控制它的厚度。
(3)重防腐蚀涂料的干燥固化方法
根据重防腐蚀涂料的成膜机理和钢结构的涂装工艺流程，有两种干燥固化的方法：
a．自然干燥：也称空气干燥，包括溶剂挥发型、氧化—聚合型漆、室温固化型漆。除去车间底漆和少数大型钢结构厂有烘房外，绝大多数闲结构厂还是采用自然干燥法。自然干燥并不是指钢结构被涂物在露天场所自然晾干，自然干燥必须有满足环保、消防和劳动卫生法规的固定场所；但它受自然条件的影响比较严重。如一般温度高能加速自然干燥，建议在10～35℃范围内，但在气温特高的情况下，溶剂挥发过快也会影响干燥后涂膜质量；自然干燥时，环境湿度是影响干燥速度和涂膜质量的一个重要因素，湿度高时，空气中所含大量水分。对湿膜中溶剂的挥发起抑制作用，一旦遇到低温，溶剂反被湿膜表面冷却，使空气中水气冷凝，造成涂膜泛白，影响涂膜质量。
同时，自然干燥的固定场所应清洁、无灰尘。
b.加热固化(或称烘干)是现代钢结构涂装中主要的涂膜干燥方式。它具有下列优点：干燥速度快，少占用场地和设备；在一定程度上，能增强涂层的物理机械性能；同时能减少涂层沾染灰尘，减少有害溶剂蒸气的挥发。
环氧富锌底漆、环氧面漆、环氧磷酸锌底漆属化学固化类涂料，涂料成膜时，对温度有一定的要求，固化过程中发生的化学反应的比率与温度直接相关。
氯化橡胶、丙烯酸、乙烯等钢结构面漆，属物理干燥类涂料。温度高，溶剂的挥发就快，涂膜的干燥也快，所以钢结构采用加热干燥，设置烘干室是最理想的方法。
5．涂装工艺的质量检查
涂料质量：涂料进场应查验产品合格证，并取样复验，对照涂料说明书，符合产品质量标准后，才可使用。按GB3186标准规定随机取样数应大于 (n／2)1/2(n为交货产品桶数)，同时取样两份，每份0.25kg，其中一份校验，另一份储存备用。
涂层外观质量：按GB50205—2001标准14.2.3条，构件表面没有误涂、漏涂，涂层无脱皮和返锈。涂层均匀，无明显皱皮、流挂、针孔和气泡。全部构件目测检查。
附着力检查：附着力检查方法按国家GB1720标准或GB9286标准用划格法测定，附着力至少达到l级。检查数量：按构件数1％抽查，不应少于3件，每件测3处。
膜厚质量：用干漆膜测厚仪，认真检测每层涂层的干膜厚，必须达到规定膜厚的要求。检查方法按 GB50205—2001标准(钢结构工程施工质量验收规范)中14.2.2条。每个构件检测5处，每处的数值为3个相距50mm测点涂层干漆膜厚度的平均值。
在很多钢结构厂采用两个85％的膜厚质量检查法。即85％的膜厚检测值能达到规定膜厚的要求；15％不到规定膜厚的膜厚检测值，能达到规定膜厚的85％。必须检测涂层配套中的每一道膜厚，特别是保证富锌涂料的规定膜厚。
七、衡峰已完成的典型大型钢结构工程介绍
近几年，衡峰公司完成了几个典型的大型钢结构工程。
上海科技城：该工程的钢结构采用焊接的连接方式，因此衡峰公司在涂装上采用工厂加工和现场施工相结合的涂装工艺。工厂加工部分为：喷砂除锈等前处理——涂环氧富锌底漆；现场施工部分为：焊接后的机械整平——局部的腻子修补——补涂环氧富锌底漆——涂环氧云铁底漆——涂氟碳面漆——涂氟碳罩光漆——保养维护。
东方艺术中心：该工程的钢结构采用螺栓联结方式，因此衡峰公司在涂装上采用完全工厂内施工的工艺。从开始的表面处理到涂覆各种底漆、面漆，到最后的保养维护，全部在工厂内进行，然后运输到现场安装，最后只要进行简单的局部修补。全部工厂化施工工艺：钢材表面―喷砂除锈、打磨等前处理－涂富锌底漆（大于70微米）－晾干－涂环氧云铁底漆（大于80微米）－晾干－涂氟碳面漆二道（大于30微米）－涂氟碳罩光漆一道（大于15微米）－干燥－包装－运输至现场－现场螺栓链接
上海市政电话亭工程：电话亭工程所用的材料包括镀锌钢、铝合金、玻璃钢、不锈钢，对外观装饰性要求也非常高，要求在户外长期使用不变色、不掉粉、不脱落，易清洁，耐划伤，因此衡峰公司选用综合性能优异的FC-S200系列常温固化氟碳涂料，针对不同基材使用不同工艺。从而解决了业主的所有要求。
上海火车南站钢结构：整个南站工程投资主体多达9个，除国务院批准的投资33.8亿元的主体工程外，上海市政府还投资近20亿元，陆续完成了轨道交通一号线、三号线上海南站站改建工程等多项配套工程。同时，铁道部也投入了相应资金对线路电气化等设备进行了改造。此外，上海南站交, 通枢纽工程的基本建成也开创了铁道部和上海市在大型基础设施建设方面合作的良好典范。该工程不仅是上海市重大工程，也是国家重大工程，工程的合作形式、投资模式、管理体制、施工组织等各个方面都体现了现代化大型基础设施建设中的部市协作精神。南站主站屋钢结构工程是直径为278米的圆形建筑，由中心内压环、钢柱、分叉钢梁、钢檩条和钢棒等组成。屋盖钢结构通过54根永久钢柱支承在9.9米标高的环型砼结构平台上。
我们公司涂装的是上海南站的采光顶和屋顶钢架，采用螺栓链接和现场焊接符合连接方式，因此衡峰公司在涂装上采用工厂加工和现场施工相结合的涂装工艺。工厂加工部分为：喷砂除锈等前处理——涂环氧富锌底漆；现场施工部分为：焊接后的机械整平——局部的腻子修补——补涂环氧富锌底漆——涂环氧云铁底漆——涂氟碳面漆——涂氟碳罩光漆——保养维护。一共施工和供料 30000平方米。
杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖1号特大桥为净跨252米钢管混凝土桁架式上承拱桥，这在我省目前已建成的同类型桥梁中是“第一主跨”，为全国第二主跨长度。该桥整体式断面桥宽为23米，分离式断面为2×11.75米，设计荷载为汽车—超20级、挂车—120。
八、结论
使用全寿命经济法（LCCA）来评价氟碳涂料与原有防腐工艺的比较，就可以发现寿命在20年以上的氟碳涂装系统以及面漆体系所具有的优势：尽管初期投资大，但维护和重涂成本低，整个钢桥使用费用低。随着交通事业发展，对钢桥维修、大修的要求更高，不可能象过去那样经常在桥梁上进行施工操作，这都要求研制防腐蚀性能更好、使用寿命更长的涂装体系，在整个钢桥使用过程中只进行一二次保护涂装，因此氟碳涂料在钢桥上的应用前景一片光明。
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。