大桥钢箱梁防腐设计

    关键词：大桥防腐;钢箱梁防腐;桥梁；钢箱梁；锈蚀；防腐设计 
   摘  要： 随着当前对桥梁耐久性、美观、环保等方面的重视，桥梁表面的防护、防腐及涂装已作为桥梁建设中的重要一环，日渐成为人们关注的关键问题。防护、涂装可使桥梁不受外界腐蚀介质的侵害，延长桥梁的使用寿命，同时可对桥梁进行装饰，起美化和标志的作用，对城市景观有促进作用。本文结合国内外大跨径桥梁钢箱梁的防腐方法，论述广州珠江黄埔大桥钢箱梁防腐设计方案。防止大跨径桥梁钢箱梁锈蚀，可延长桥梁使用寿命。文中结合国内外大跨径桥梁钢箱梁的防腐方案和广州珠江黄埔大桥钢箱梁特点，论述了黄埔大桥钢箱梁的防腐设计方案。     
   1  工程概况
    广州珠江黄埔大桥位于广州市东部，是京珠(北京一珠海)国道主干线的一部分，也是珠江三角洲经济区重要的交通干线。广州珠江黄埔大桥北汊桥为383m+197m+62．5m十62．5m单跨独塔双索面钢箱梁斜拉桥，为目前“世界同类桥梁第一”的大跨径桥梁；南汊桥为290m+1108m+350m的单跨钢箱梁悬索桥，为目前“华南第一”的大跨径桥梁。
    广州珠江黄埔大桥地处亚热带海洋性季风气候区，全年温暖湿润，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温21．80℃，年日照时间长，气温高；且地处广州市经济发展区域，周边工厂、民用设施多，桥位周边码头、船坞多，往来的船舶多，过往车辆、船舶排放的废气较多。
2  钢箱梁腐蚀特性
    钢铁的腐蚀主要有自然腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀3种形式，大多数的腐蚀是电化学腐蚀，即金属和腐蚀介质发生电化学反应而引起腐蚀。钢铁在大气环境中，表面吸附有氧和水分，加上其他腐蚀性介质，形成电解溶液，两个电极在电解溶液作用下发生电化学反应，生成物Fe203就是铁锈的主要成分。
3  钢箱梁的防腐方案
    钢箱梁属于桥梁的主要承重结构，实施后难更换，而钢铁在自然界中腐蚀是不可避免的，因此，在施工中必须进行防护。钢箱梁的防腐主要采用热喷铝(锌)法、涂料涂层保护及两者的联合防腐。目前国内外大跨径桥梁钢箱梁的防腐方案见表1。以下论述广州珠江黄埔大桥钢箱梁的防腐设计。
3．1  钢箱梁内表面的防腐
    传统的钢箱梁内表面防腐方法是加工时在内表面涂装车间底漆，建成后安装抽湿机保持箱内干燥。这种方法在理论上是可行的，但实际上钢箱梁从加工制作到拼装使用一般需要一年甚至几年的时间，而车间底漆一般只有9—14个月的保护寿命，所以在拼装时前部分车间底漆实际上已失去防腐功效；钢箱梁在加工和拼装过程中，钢板的焊接整形面积较大，极易
损伤车间底漆，加工部位在外界腐蚀介质的作用下也容易产生腐蚀；钢箱梁拼装至安装抽湿机前，尚需要一段时间，在这期间，由于箱内空气存在湿度，空气中的水分在白天温度升高后变成水汽弥漫在空气中，晚上温度下降，水汽在箱梁内表面凝结形成水珠，更易导致箱梁内已失去防护的部位和涂装死角的腐蚀。因此，箱梁内表面在正式交付使用前已存在部分锈蚀的隐患，难以达到良好的防腐效果。
    为了更有效地进行防腐，尽可能降低加工过程中的腐蚀，设计使用寿命大于30年的大桥防腐设计参考方案为：喷砂(Sa2．5)+环氧富锌底漆(60μm)十改性环氧耐磨漆(2X40μm)，同时在箱内设置抽湿机，保持箱内湿度小于50％，防止水汽产生。
3．2  钢箱梁外表面的防腐
    钢箱梁外表面不同于内表面，受外界大气、阳光和水等腐蚀介质的影响较大，较易侵蚀。根据表1可得出目前国内大跨径桥梁的钢箱梁外表面防腐方案主要有：①钢箱梁在车间内进行除锈；②预涂车间底漆或电弧喷铝(锌)；③涂中间漆或封闭漆；④钢箱梁拼装后进行除锈修补；⑤涂面漆。
    上述防腐方案除采用不同的涂料和涂层结构及厚度外，最大区别主要是采用涂料防腐还是采用电弧喷铝(锌)工艺。电弧喷铝(锌)和涂料涂装的防腐机理均基于阴极保护电化学理论，两种工艺均将铝(锌)喷或涂在钢箱梁表面，与钢紧密接触，由于铝(锌)的电位比钢铁低，铝(锌)作为阳极，钢铁作为阴极，腐蚀电流从铝(锌)流向钢铁，铝(锌)首先被腐蚀从而保护钢铁。同时，铝(锌)的腐蚀产物为难溶碱式盐，填没于涂层中，也具有一定的保护作用。
    电弧喷铝(锌)和涂料涂装均为目前较常采用的防腐工艺，各有特点。电弧喷铝(锌)作为底层，有最好的防腐性能，使用寿命为20—30年，其处理速度慢，施工周期长，施工标准高，使得初期费用相对较高，但日后养护方便，不用重新进行喷涂，仅处理涂层即可。电弧喷铝(锌)的性能及寿命由高质量施工，包括表面处理、使用材料、施工设备、喷涂技术等因素来保证，施工技术要求高。
    涂料涂装作为底层防锈漆，有很好的防锈功能，能适应于多种环境，与环氧云铁中间漆搭配具有长久的防腐性，使用寿命达15～20年，且涂层间有很好的相容性，附着力好。涂料涂装对施工标准、施工机械的要求没有电弧喷铝(锌)高，而且施工方便、简单，施工周期短，前期费用较低，但日后养护较电弧喷铝(锌)多且复杂，后期养护费用投入较大。
    目前，我国仅有武汉军山长江大桥、香港青马大桥、广州内环高架桥、舟山桃天门大桥等几座桥的钢箱梁采用电弧喷铝(锌)环氧十面漆作为防腐，其余大多数大跨径桥梁均采用富锌底漆+环氧+面漆的防腐形式。国外大跨径桥梁也较多采用第二种防腐方式。
    考虑到黄埔大桥受海洋气候及周边环境等因素影响较大，而且大桥建成后将作为广州市标志性建筑，从经济及技术角度考虑，钢箱梁外表面防腐设计参考方案为：喷砂(Sa3)+电弧喷铝(200μm)+环氧封闭漆+环氧中间漆(2×40μm)+氟碳树脂面漆或脂肪族丙烯酸聚氨脂面漆(2×40μm)，能确保防腐年限大于30年。
3．3  钢桥面的防腐
    钢桥面作为直接承重的主要结构面，除了须具有足够的强度外，还必须与桥面铺装有很好的粘结力，以防桥面铺装滑移和脱落，影响行车安全。而钢桥面受外界影响大，易生锈而影响桥面铺装质量，造成铺装脱落等现象，所以铺装前须进行除锈防腐处理。
    目前，钢桥面防腐主要采用电弧喷铝(锌)加封闭层和富锌底漆涂装两种方法。电弧喷铝(锌)施工工期长，施工技术要求高，前期费用大，但维修方便，无需对底层进行维修。由于电弧喷铝(锌)中的铝或锌与钢铁具有不同的伸长系数，在桥面荷载、温度变化、台风产生的扰度和变形的作用下，易产生脱落和分离，而目前尚未很好地解决电弧喷铝(锌)与桥面铺装的兼容性问题，所以较少采用电弧喷铝(锌)。富锌底漆施工工期短，前期费用低，但维修时易损坏，需重新喷砂涂漆，养护成本较高。富锌底漆涂装能满足要求，工期短、施工简单、经济，是较为经济有效的方案。该桥的桥面防腐设计参考方案为：喷砂(Sa3)十环氧富锌底漆(60μm)。
4  结束语
    钢箱梁是桥梁的主要承重结构，钢箱梁的防护效果将影响桥梁的安全使用和寿命，所以钢箱梁防腐十分关键。除采用好的防腐方案外，还应考虑以下防腐措施：
    1)选用合适、有效的涂料。涂料决定防腐效果及防腐年限，应根据大桥所处位置的气候、环境、设计方案等选用。
    2)严格控制施工工作环境。应在相对独立的空间进行钢箱梁加工和涂料涂装、喷涂，严格控制施工时的温度、湿度。如涂装应在85％湿度、钢材表面温度高于露点温度3℃以上的环境下进行施工，尽量避免外界环境、自然环境影响防腐施工质量。
    3)钢箱梁防腐与桥面附属结构物统一考虑。把路缘石、挡水板、防撞栏杆底座结合一起，在加工钢箱梁时统一焊接，一同进行防腐，可减少焊缝处理及焊接对涂层的破坏。立柱与底座可采用螺栓连接，因为焊接易破坏已有的防腐层。
    4)应加强施工管理。现场施工管理和操作人员素质直接影响防腐质量，施工前应对操作、管理人员进行培训，加强质量意识，熟练操作方法。
    5)建立一套长期的桥梁健康监测系统，通过电子仪器监测钢箱梁的防腐情况，及时对隐患部位进行处理和防护，可大大减少腐蚀的产生。