桥梁钢结构防腐技术

PAGEPAGE10桥梁钢结构防腐蚀技术探析摘要：简要介绍了国内外钢结构各种防腐方法的机理及优缺点,特别是热喷涂长效防腐在国内外的应用,从而说明电弧热喷涂在当前我国桥梁建设上的必要性。关键词：钢结构桥梁防腐电弧热喷涂1钢桥特点及腐蚀危害钢桥具有跨越能力大、强度高、建设速度快、施工期限短等特点。1955年武汉长江大桥的建成使万里长江耸立起中国人民征服长江的第一座丰碑;近年来,随着国家基础设施建设速度的加快,大型钢结构桥梁不断涌现。修建一座跨江或跨海的特大型钢桥,使用钢材的数量一般都在万ｔ甚至10万ｔ以上。而腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳是使这种特大钢桥构件退出工作、寿命降低的重要原因之一。在20世纪20～30年代欧洲和北美发达国家建造一些钢桥,因当时防腐技术不能提供长久的腐蚀保护,使得这些钢桥投入运营后腐蚀严重,即使进行定期的刷油漆维护也不能获得满意的保护,只得将这些钢桥降级使用或续建第二座桥,给国家造成巨大的经济损失;1967年美国东部快乐岬与诺加之间的一座铁桥,在使用40年后塌落于俄亥俄河中,使46人丧生,调查表明,倒塌原因系大气腐蚀造成的应力腐蚀开裂。为此钢铁桥梁的腐蚀已引起各国的高度重视。据1997年报道,武汉长江大桥每年投入维护费100多万元,但仍远远不够;腐蚀不仅浪费了大量的人力物力,也大大缩短了桥梁的使用年限。桥梁钢结构的腐蚀防护日渐成为人们关注的课题。只有在设计建造的同时,对其进行卓有成效的防腐,才能确保钢桥的长久寿命。2国内外桥梁钢结构防腐发展的历史沿革在欧洲和北美地区钢桥的防腐发展过程是:20世纪40年代为油漆防腐;50～70年代为重防腐涂料防腐、热浸锌防腐、火焰喷涂防腐、电弧喷涂防腐并存;80年代以后,随着电弧喷涂技术的发展,电弧喷涂防腐与火焰喷涂相比涂层与基体结合力高、生产效率高,因而得到广泛应用,初期大多为喷涂锌,现在电弧喷涂铝日渐成为防腐发展的趋势。对环境污染严重的含重金属涂装底漆和大量有机挥发物的重防腐涂料基本不再在这些发达国家本土使用。我国钢桥梁腐蚀到目前为止,仍集中采用刷油漆防腐。建国50年来,钢桥梁防腐技术的变化也主要集中在对油漆的种类进行调整。如20世纪50～60年代钢桥梁防腐采用红丹防锈漆加云铁醇酸面漆的铅系环境污染涂料,并一直主导着我国钢桥梁的防腐。随着大型钢桥梁的建设,其防腐问题开始突出,铅系涂装体系的防腐耐久性差和维护费用高昂的缺点日渐显现,80年代开发了重防腐涂料,经过对底、中、面漆的配套使用,使钢桥的防腐寿命有较大提高,90年代国外重防腐同类涂料开始涌入国内市场。重防腐涂料仅能提供钢桥10年左右的防腐寿命,10年后必然面临巨大的防腐维护费用,这在欧洲已被事实所证实。3桥梁钢结构防腐的各种方法3.1重防腐油漆涂装防腐蚀3.1.1重防腐油漆的作用机理油漆防腐具有美丽的外观,简单的涂装工艺,多年来一直被广泛采用。随着涂装工艺的发展,重防腐涂装成为钢桥防腐的主流。在重防腐涂料中,无论是国外名牌油漆,还是国内品牌油漆,其防腐涂装工艺和涂料品种都非常相似,即涂装工艺由底漆、中间漆和面漆组成的多层涂装体系;油漆品种均为环氧(无机)富锌底漆、环氧云母氧化铁中间漆和环氧聚氨酯或环氧各色面漆或氯化橡胶面漆等组成。其作用机理为:①屏蔽作用:油漆涂层将钢铁与腐蚀环境机械隔离开。②钝化缓蚀作用:油漆涂装体系中,第一道车间底漆对钢铁有钝化缓蚀作用,增加油漆层附着力,防腐作用很微弱。③阴极保护作用:防腐底漆中如添加锌粉(如富锌底漆),对钢铁提供阴极保护。3.1.2重防腐油漆的失效机理油漆对钢桥梁提供的腐蚀保护以机械屏蔽的隔离防护为主,油漆涂层的老化、粉化使这种隔离作用减弱或失去作用;其阴极保护作用的锌粉是靠油漆中有机粘合才能与钢铁相结合,随着有机物的裂解、老化使锌粉无法与钢铁相结合,这样阴极保护作用自然消失。其次,油漆涂层本身有无数微针孔,长期处在盐雾、潮湿环境下,氯离子、水分子等会透过针孔腐蚀基体金属,在油漆层与基体金属交界处钢铁腐蚀产物体积积聚膨胀,导致油漆层剥落,腐蚀并沿着油漆层剥落处四周迅速扩展,导致整个防腐体系失效。重防腐油漆的国内外使用状况随着防腐技术的发展,人类生存环境的不断恶化,涂料对环境的污染性逐渐被人们认识,国外已不再在钢桥上大面积使用重防腐涂料,目前发达国家将其销售市场直接转向发展中国家和经济不发达的国家。如果我们在新建钢桥中继续使用有机重防腐涂料进行防腐,那么10年后我们将会步发达国家后尘,面对的是庞大的钢桥防腐维护费用,严重时甚至会影响桥梁的安全性。采用重防腐涂料防腐的钢桥,最多在建设后10年就需要进行例行维护,除去浮锈和旧油漆,这不仅影响交通正常进行,同时维护的效果也不可能达到建设初期水平,还消耗大量涂料,旧油漆重金属颜料也会污染周围环境,甚至还要专门成立一支钢桥防腐养护队伍。因此每座钢桥梁都不得不为此支付一笔相当数量的维护费用,这种开支还不是一次性的,而是以后每隔3～5年就得进行一次。姻重防腐涂料的僻防腐寿命一般拔为逝8归～克1坝0山年呼,须世界各国大量睡应用实例都证雄明了这一点。瓜英国标准Ｂ注Ｓ洒5493[1象]悬中规定无论何颂种环稍境概,脊防腐年限泳在行1魄0蒸～论1磨5系年以上主张采愧用热喷涂锌、晃铝防腐。驻3.净2驴熔热浸镀锌防腐冲钢桥的护拦、叶扶梯及拼装式气小型钢桥梁采缠用热浸锌防渔腐拴,烂热浸锌镀层一欲般无法超炼过昼8杂0溪μ械ｍ厚因度进,亭在一般工业大设气环境下可以忍提扇供浇1希0电年左右的有效铺保护。热浸锌落防腐工艺需要弹将工件浸入熔绞融的金属锌镀允槽裁中浓,镜受镀槽容积所练限缸,捎不能对较大尺纤寸的钢桥部件规进行防腐施工那。其治次孩,辆不能到现场进塘行热浸锌防买腐特,汪只能在固定的加工厂施惜工允,道势必造成大量步的往返运输费把用键,刑再脏次腥,驶热浸锌镀层碰匀伤种后迎,草自身无法进行柿修复。因此采挣用热浸锌方法即对钢桥全面防痒腐有很大的局林限性答。案3.裳3稼热喷涂防差腐服[2]额热喷涂技术是逮利用热源对金杂属、非金属、氏陶瓷等喷涂材礼料进行加身热展,该将熔融的粒子障雾化、喷射并鸽沉积到基材表断面编上傍,倾形成特殊表面时涂层的方法。等喷涂使用的热挖源主要有三锤种抹:展一是电弧热独源合,螺二是等离子热煎源典,享三军是燃气热源。弱并由此把热喷矿涂分为纤电纳∨慰缤阻俊谷⒌次壤胱优缤亢突荡鹧媾奋缤早?奸用于防腐领域券的主要有火焰禁喷涂和电弧喷絮涂。买致降火焰喷涂步火焰喷涂是采示用可燃性气体垃的燃烧作为热蒜源栏,支将金属丝材或浸粉末熔融、雾默化、吹喷于基毕体表面的方法篮。在欧洲及北沾美钢桥梁早期扁热喷涂防腐为效氧、乙炔火焰虎喷裂涂交,咽取得很好的防史腐效果。我国满于脏196监5层年曾在南京长鸦江大桥钢板纵购梁上盖板采用贫火焰喷锌加耐线磨漆方式进行老防唐腐皮,1灭3兄年后检查效果妇良好。但火焰杠喷涂生产效率鸽低纲,沃严重制约钢桥貌的加工工干期蜘,君因此仅对钢桥核长期积水、阴严暗面和主要受枯力构件进行喷巷涂防腐。若对绝整个大桥采用坛氧、乙炔火焰测喷涂防腐可能票会出现防腐施担工效率与工期央矛安盾松,千喷涂层长久附丛着有效与涂层劣结合力的矛盾屋等肯,岗因此国内没有蓝大面积采用火爸焰喷涂进行钢垃桥防腐的例子旱。智楼询电弧喷涂乔电弧喷涂防腐握原理是利用电叠弧喷涂设玉备雀,洁对两根带电的退金属吐丝稠(融如锌、铝伙等薪)者进行加热、熔丽融、雾化、喷党涂形成防腐涂乘层抽,清外加有机封闭萍涂层的长效防写腐复合涂棒层乞,泻该涂层的显著贝特点克是历:(1驶)进具有较长久的惑耐腐蚀寿市命庆,内其防腐寿命可产达敌到青5狱0腰年以像上怜,方同时该防腐涂该层炉在译3宜0迫年使用期内无灯须其它任何防掘腐维灭护础;3谣0葛年以后的维愉护耐,农仅须在电弧喷些涂层上刷封闭削涂灿料遇,橡无须重新喷孕涂株,额实现一次防既腐充,肥涂层经久有效觉。迁(2乞)纸电弧喷涂层与守金属基体具有故优良的涂层结匆合莫力传,灵金属喷涂层以厌机械镶嵌和微思冶金与基体金梦属相结港合产,当在轻微的弯曲尸、冲击或碰撞冲下也能确保防枝腐涂层不脱落忘、不起皮、结素合牢固、防腐热长久有析效候,途这一点是其它雪任何表面防腐码涂层无法达到鞠的警。运(3偿)洲电弧喷涂锌、葬铝涂层防腐原司理为阴极保戒护图,焰在腐蚀环境仗下趋,庆即使防腐涂层队局部破炕损什,总仍具有牺牲自薄己保护钢铁基乐体之效果。涂藏层邪(精阳议极晴)探与钢铁基叼体嘱(促阴惭极音)富的面积郑比踏≥狼1伟;缴而富锌涂料的阳阳极与阴极比蛮都半<1捡,球其保护效果和薪结合力也远远孕低于电弧喷涂岗防腐涂层。预3.3.宵3始夕电弧喷涂和火粒焰喷涂的比较盒电弧喷涂同火房焰喷涂相柳比胡,贺由于采用了电喉能代替气体燃带烧业,蒸大大提高了工脆作效率和工作便安全尤性企,束特别是电弧喷帝涂机械化设备顾的出熟现释,弓电弧喷涂技术宰已完全可以满殊足桥梁建设工贡期的需娃要阅,电且电弧温度远身高于火用焰什,搏涂层结合力也座远大于火焰喷朴涂舟,披因此涂层质量粱也完全可以满宽足长效防腐的站需要。美国由扮于人工费用巡高暖,扶使用电弧喷涂快防腐施工的费归用甚至低于重聚防腐油漆。经疗过几十年的考捞验证陵明呢,玩热喷涂技术是徐钢铁结构长效忧防腐的最好方口法枣,踢这个结论已经害得到世界许多旅国家的政府部采门和工程界的尺认可。佳4找殖国内外热喷涂英长效防腐技术清研究进展锻4.础1犯孝国外热喷涂长桐效防腐涂层的毒腐蚀试验昏195算3翻年美国焊接学容会对热喷涂锌毙、铝涂层在工铲业环境、海水母环止境个(即半浸在不流动诊海水和全浸在滑流动海拒水须)钳和海洋性环境腊三大类环境进套行长仿达滩1捉9持年的工业挂片丙试子验漏,乒投放试轿片氧424花8茂片摄,香试验结果表达明汗,翁喷锌、铝加封蛇闭涂层都能对证以上三大类环夏境的钢结构构欺件提供长期有散效防腐保皇护剧,君公布了世界著麻名的热喷承涂动1舰9盯年试验报告Ａ匀ＷＳ迅Ｃ翁214-7贱4[3票]脚。墨美国ＬＡＱＵ驴Ｅ腐蚀技术中滑心在海洋大畏气掉3白4撑年防腐涂层性竿能试验报告证灌实煤,记热喷涂锌、铝诊涂层在各种有裤害环境中长期访有富效虎,宗美国在此基础买上并结据合提1羊9秧年报眠告冬,蓄制定了ＡＷＳ宾Ｃ泊218-9充3皆热喷涂操作指烘南挡,懂作为热喷涂施诊工企业质量控浆制手纪册辱,率以期指导生产僻。惊美国海军土木胀工程实验室诵对污7还5报μ思ｍ厚的喷锌、避铝涂层进召行习10名5轮年的耐海洋气腿候和海水试对验知,珠未发现红锈出幻现疲,送证明涂层防腐墨有效。贪法国地下铁道辨公司对喷锌、规铝涂层进束行餐1烛0祖年的暴露试幕验三,敞结果表明防腐夕有效。科前苏联第比利忌斯地下矿井水鸽试验指霞出魂:至喷锌防腐至少仓提时供报3润0汽年的耐腐蚀性彻。唯不同国家技术厅人员的试验结券果是一致的。票即热喷涂锌、从铝涂层均能够安提供钢铁在海缴洋大气、工业钉大气、海水环拨境下的长久有痛效保护。这些谋试验结果直接辈被作为热喷涂季防腐技术标准捡制定依锣据京,榨直接推动度了辜2送0行世播纪绞6挥0膜年代以后世界俩发达国家大型鼓钢铁桥梁热喷假涂防腐的应已用已,棍为世界的热喷仙涂发展作出巨执大贡献。绵4.2堤热喷涂长效防蜂腐在国外钢结灵构桥梁的应用壁热喷涂在桥梁羊上的应程用琴,居在蜡2役0尽世俱纪兰3熔0枝年代已开像始出,制发展型至间6敢0夕～烦7雷0医年代洋时今,杆欧洲每年用于草热喷涂防腐的请锌丝着达绵400著0踪万枪磅范,圾美国每年热喷象涂用锌丝谣达破20旗0徒万妥磅做;孔一般热喷涂复唱合涂层的耐腐悉蚀寿命傍为柄2咬0砌～饼4蝶0饿年以上。吉英国的许多大不桥都山有抛2荐5题年以上的喷锌偿防腐蚀经验。榆负责桥梁维修御的工程师维们晃,鼠根据他们对大陷型结构喷锌的蕉经验认拖为妥,伸处于恶劣环境孩的桥饼梁辫,屠尤以桥上难以煌接近或不可能收接近的部阔位就,渡喷锌、铝是一怒种有效的处理溉方法。英国列叹举了全国各地从大型钢铁桥梁丑采用热喷涂进颤行防腐的应用概实铃例恒,洁它们都达到方了晃2社5絮年以上无需维愿修的长效防腐共效果。其中昆沸斯费里梅登里渐德第四公路大其桥讲,踩在炒7洒0擦年代是世界最太大钢示桥橡,凡耗钢最材悦2怠万允ｔ御,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