重慶嘉陵江大橋鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)探討
2017-06-19
重慶嘉陵江牛角沱大橋位于渝中區(qū)牛角沱與江北區(qū)華新街，橫跨嘉陵江，全長600.56m，其中：主橋長384m（68+80+88+80+68），為上承式鋼桁梁橋和簡支梁橋組成，引橋長216.56m，為7孔（16.4+4×23.7+3×22.22+26.42）簡支梁橋，是橫跨嘉陵江聯(lián)系南北交通的大型城市橋梁。大橋于1966年1月竣工通車。目前已經(jīng)運行47年。
1. 嘉陵江牛角沱大橋鋼結(jié)構(gòu)所處地理環(huán)境
嘉陵江牛角沱大橋主橋結(jié)構(gòu)是鋼桁梁，鋼結(jié)構(gòu)表面積有5.6萬平方米，大橋地處酸雨酸霧嚴重的主城區(qū)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：重慶降水PH值年平均為4.28，絕對最低值3.00，酸雨出現(xiàn)頻率為94J%t一，幾乎達到降水必酸的程度。PH值平均為4.13，雨中陰離子、硫酸根離子占36.3，硝酸根離子占6.6%，其他污染也很嚴重。大橋的鋼梁每年銹蝕厚度達0.16毫米，如此銹蝕速度，用不了30年就會因鋼梁銹蝕而危及大橋安全。因此怎樣對大橋鋼梁進行維護，才能保證鋼梁在運營過程中的安全，和實現(xiàn)達到大橋的設(shè)計壽命等的難題就擺在了我們的面前，現(xiàn)將我司對大橋鋼梁進行維護管理的情況作逐一介紹，并對鋼梁防腐等問題進行探討。
2. 我司對大橋鋼梁進行維護管理的情況
?。?）重慶嘉陵江大橋于1966年建成通車，是一座鋼桁梁大橋，主要承重構(gòu)件都是由鋼材組成，為了保持鋼構(gòu)件使用功能經(jīng)常處于良好狀態(tài)，為了防止酸雨等有害氣體的腐蝕，我們采用涂刷油漆的方法對鋼梁進行預防性養(yǎng)護。
?。?）六、七十年代由于維修技術(shù)落后，鋼梁油漆采用的工藝是手工除銹油漆，主材采用的是醇酸磁漆，鋼梁油漆工程從北向南全部涂刷完一個周期大約要5年的時間，由兩個油漆班，兩個吊裝班，每年反復涂刷。由于酸雨酸霧影響，室外油漆每兩年須維修一次，鋼梁油漆工程5年的周期務(wù)必會造成部份鋼梁油漆不能及時維修，既費人工，又不保證質(zhì)量。
（3）八十年代，工程技術(shù)人員通過對大橋的日常巡查、經(jīng)常檢查、定期檢查，及時掌握了鋼梁的技術(shù)狀況，通過對鋼梁油漆退化規(guī)律的分柝，科學的制定了鋼梁油漆預防性養(yǎng)護計劃，并在最佳時期實施了維修。維修采用的工藝是噴砂除銹油漆（機械化施工），采用的主材是環(huán)氧富鋅漆，鋼梁油漆的質(zhì)量保證期為8年。后者的工藝、材料、機械化程度都先進于前者，質(zhì)量得到了保障，滿足了鋼梁油漆質(zhì)量的要求。由于鋼梁預防性養(yǎng)護措施到位，該橋雖經(jīng)歷了40年的酷暑嚴冬、暴雨烈日、超載提速等考驗，至今仍保持著安全運營狀態(tài)，承擔著日益繁重的交通任務(wù)，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益和社會效益。
?。?）八十年代末，日本專家到鋼梁上考查，驚嘆大橋保養(yǎng)得如此完好，很是少見，并說他們國家六十年代修建的類似橋梁已有部份是危橋了。2004年，同濟大學對大橋進行了健康檢查，通過荷載試驗和精密儀器檢測，評價大橋至少還有52年的使用壽命。
3. 對鋼梁防腐等問題的研究體會
鋼梁防腐蝕涂裝體系通常是由底層、封閉層、中間層和面層組成的綜合防腐蝕系統(tǒng)，任何一種涂料都無法保證同時對鋼鐵具有隔離、抗紫外線和陰極保護等功能，只有通過它們的互相組合，才能組成有效的防腐蝕涂裝體系。
?。?）防腐蝕底層：防腐蝕涂裝底層與鋼鐵直接接觸，對鋼鐵表面具有鈍化緩蝕作用、陰極保護作用，即含有防腐蝕底層的鋼鐵表面直接暴露在腐蝕介質(zhì)中時，它應對鋼板具有防腐蝕保護。此外，防腐蝕底層應與鋼鐵具有優(yōu)良的涂裝結(jié)合力，以保持整個涂裝層在防腐蝕壽命期內(nèi)，涂裝結(jié)合牢靠，避免因涂層附著力差而導致涂裝層脫落而提前失效，防腐蝕涂裝底層對整個涂層的耐腐蝕壽命有舉足輕重的影響。
（2）封閉涂層和中間涂層：封閉涂層對熱噴涂層的孔隙進行封閉，對環(huán)氧富鋅涂層、無機富鋅涂層和熱浸鍍鋅涂層等外露鋅粒進行遮蓋，封閉涂層的作用是當涂裝有防腐蝕底層的鋼板直接暴露在腐蝕環(huán)境中時，由于底層孔隙和外露鋅層被很好遮蓋和連接，大大降低底層電化學腐蝕速率；其次是起隔離作用，防止腐蝕介質(zhì)進入底層內(nèi)部，加強面漆附著力，延緩其電化學腐蝕發(fā)生時間，使涂層的耐腐蝕壽命獲得提高。而中間層主要在底漆和面漆之間起承上啟下作用，它增加涂裝涂層厚度，是防腐蝕涂裝體系中重要部分。
（3）面漆：面漆對涂裝底層和中間涂層具有保護作用，延緩底層腐蝕發(fā)生時間，面漆涂層應具有優(yōu)良的耐候性、抗老化性、保光保色性、耐鹽霧性、耐潮濕性能，漆膜堅硬光滑。
4. 鋼結(jié)構(gòu)銹蝕及其防治
隨著我國冶金工業(yè)的發(fā)展，應用于建筑工程中的鋼材品種、規(guī)格和數(shù)量迅速增加，質(zhì)量和性能穩(wěn)步提高，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的應用亦日益廣泛。由于鋼結(jié)構(gòu)容易銹蝕，所以，鋼結(jié)構(gòu)防銹防腐蝕成為鋼結(jié)構(gòu)工程中不可缺少的重要一環(huán)。隨著技術(shù)進步和科技的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)防銹防腐蝕措施越來越多，施工工藝也不盡相同，基于鋼結(jié)構(gòu)的形式及所處的外圍環(huán)境的不同，對鋼結(jié)構(gòu)的防銹應相應地采取不同的措施。
4.1鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)周圍的環(huán)境、空氣中的有害成分（如酸、鹽等）及溫、濕度和通風情況的不同，鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕可分為兩類：化學銹蝕和電化學銹蝕。
4.1.1化學銹蝕鋼結(jié)構(gòu)表面與周圍介質(zhì)直接起化學反應而產(chǎn)生的銹蝕稱為化學銹蝕。如鋼在高溫中與干燥的O2，NO2，SO2，H2S等氣體以及非電解質(zhì)的液體發(fā)生化學反應，在鋼結(jié)構(gòu)的表面生成鈍化能力很弱的氧化保護薄膜FeO，F(xiàn)eS等，其腐蝕的程度隨時間和溫度的增加而增加。
4.1.2電化學銹蝕鋼結(jié)構(gòu)在存放和使用中與周圍介質(zhì)之間發(fā)生氧化還原反應而產(chǎn)生的腐蝕屬于電化學銹蝕。在潮濕的空氣中，鋼結(jié)構(gòu)表面由于顯微組織不同、雜質(zhì)分布不均以及受力變形、表面平整度差異等原因，使鋼結(jié)構(gòu)表面局部相鄰質(zhì)點間產(chǎn)生電極電位差，構(gòu)成許多“微電池”。在電極電位較低的陽極區(qū)（如易失去電子的鐵素體），鐵失去電子后呈Fe2+進入電介質(zhì)水膜中；陰極區(qū)（如不活潑的滲碳體）得到的電子與水膜中溶入的氧作用后，形成OH-，兩者結(jié)合成Fe（OH）2，進一步被氧化成Fe（OH）3（鐵銹）。這種由于形成微電池、產(chǎn)生電子流動而造成鋼的腐蝕稱為電化學腐蝕。若水膜中溶有酸，則陰極被還原的H+離子沉淀，使陰極產(chǎn)生極化作用，而使腐蝕停止，但水中的溶氧與H+結(jié)合成水，除去沉積的H+，陰極極化作用消失，腐蝕繼續(xù)進行。綜上所述，在潮濕（存在電解質(zhì)水膜）和有充足空氣（水中溶有氧）的條件下，就會產(chǎn)生嚴重的腐蝕現(xiàn)象。 4.2鋼結(jié)構(gòu)的除銹、防銹及防銹涂料。
4.2.1除銹方法鋼結(jié)構(gòu)在涂刷防銹蝕涂料前，必須徹底除銹，將構(gòu)件表面的毛刺、鐵銹、油污及附著物清除干凈，否則將嚴重影響涂料的附著力，并使漆膜下的金屬表面繼續(xù)生銹擴展，使涂層破壞失效，達不到預期的防護效果。目前鋼結(jié)構(gòu)常用的除銹方法在工廠中多為人工除銹噴砂、噴丸，隨著國家標準及相關(guān)行業(yè)標準的陸續(xù)制定，鋼結(jié)構(gòu)表面除銹的質(zhì)量控制已有相應的規(guī)定，如GB50205-1995《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》對噴射、拋射或手工、動力工具等劃分了相應的等級。手工除銹，盡管其工效低，勞動條件差，除銹不徹底，但因其人工除銹費用低，僅為噴砂除銹的1 6～1 9，在漆種對鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求不高的情況下，此種方式仍可采用。但在除銹質(zhì)量要求較高的情況下，就要采用噴砂除銹。噴砂除銹是一種較為先進的除銹方法，對于同一種油漆，同樣條件下，噴射除銹較手工除銹的漆膜壽命可延長3～5倍。它不僅除銹較徹底，而且工效高，操作簡便，目前已廣泛采用。酸洗除銹及酸洗磷化處理雖然除銹徹底，工效高，但僅適用于形狀復雜及小型和薄壁型鋼結(jié)構(gòu)件。因酸洗槽設(shè)備的限制，目前大型構(gòu)件尚應用不多。
4.2.2常用的防銹措施。
（1）綜合考慮廠房的整體布置，隔離散發(fā)侵蝕性介質(zhì)的區(qū)域（即改進工藝設(shè)備和生產(chǎn)過程），采用有利于自然通風的廠房布置方案，以降低有害物的含量。
?。?）盡可能選用含有適量合金元素的耐大氣腐蝕的低合金鋼材和正確配套的涂料。
（3）在結(jié)構(gòu)選型上采用不易銹蝕的合理方案。如在構(gòu)造上選取合理的截面型式，以避免積灰、積水，易于清理和涂漆；節(jié)點構(gòu)造要簡單；在加工制作的過程中保證焊接質(zhì)量，避免焊縫夾渣；盡量避免或減少涂刷油漆后進行焊接，以防止破壞漆膜的完整性；對施工過程中破壞的漆膜應及時補涂油漆。
?。?）采用先進、科學的管理方法和合理的防腐措施。
4.2.3防銹涂料鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕，除了要徹底除銹外，還應選擇使用防銹性能好的涂料。選用涂料時應根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、使用功能、經(jīng)濟性和耐久性、穩(wěn)定性等因素來選用合適的防銹涂料。
4.2.3.1紅丹防銹漆在一般的鋼結(jié)構(gòu)工程中，常選用防銹能力強，有較好的堅韌性、防水性和附著力的油性紅丹防銹漆作為防銹底漆，醇酸磁漆為面漆。紅丹防銹漆處于晶格外層的鉛離子與腐蝕初始階段的鐵離子產(chǎn)生離子置換生成難溶物質(zhì)，紅丹在水和氧的存在下與油基漆生成鉛皂，其裂解的單羥酸鉛、二羥酸鉛鹽具有緩蝕作用。鉛離子與許多腐蝕介質(zhì)生成如硫酸鉛等不溶性鹽，鉛皂的封閉作用隨時間生成物愈來愈致密和結(jié)實，這是油性紅丹漆的特性。但由于生產(chǎn)紅丹漆需要大量的有色金屬鉛，為保證工人身體健康，許多科研和制造單位正積極研制替代紅丹防銹底漆的漆料。
4.2.3.2環(huán)氧富鋅和無機富鋅漆，環(huán)氧富鋅即有機富鋅，由鋅粉、環(huán)氧樹脂和固化劑配制而成。主要用于鋼結(jié)構(gòu)的重防腐涂裝體系作長效通用底漆，也可用作鍍鋅件的防銹漆，其應用的適宜溫度為10～35℃，并避免在雨、霧、雪天施工涂刷。無機富鋅漆主要以水玻璃為基料，加入鋅粉、漂浮劑和固化劑等配制而成。此漆具有與鍍鋅層相同的陰極保護作用，為可焊漆。其耐候性及耐老化性能良好，可耐450℃的溫度，但耐酸堿度差。這種涂料對鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求較高，一般規(guī)定應達到Sa21 2級標準。在低溫、高溫情況下，該涂料不可施工。它與鋼結(jié)構(gòu)表面之間有優(yōu)異的物理、力學性能，因此，它的結(jié)合力牢固。以延緩鋼材的銹蝕。
4.3總之，在鋼結(jié)構(gòu)防腐過程中，除了綜合考慮工程造價，對鋼構(gòu)件進行良好的涂層選擇和涂裝外，設(shè)計和施工人員還必須清楚地了解涂料性能和掌握涂料的施工技術(shù)，再加上嚴格的施工管理體系，才能更好地完成鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的指標和要求，延長鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。
