趙清泊，李敏風

（1.蘭州蘭渝鐵路有限責任公司，甘肅 蘭州 730050；2.上海斐然國際貿(mào)易公司，上海 200136）

橋梁鋼結構防腐蝕涂層配套和涂層使用壽命

趙清泊1，李敏風2,*

（1.蘭州蘭渝鐵路有限責任公司，甘肅 蘭州 730050；2.上海斐然國際貿(mào)易公司，上海 200136）

介紹了橋梁鋼結構防腐涂層設計的相關依據(jù)：ISO 12944-5:2007、BS EN ISO 14713:1999和JT/T 722–2008。從防腐方法的選擇、鋼結構設計、涂層配套方案及膜厚確定、涂裝管理、涂裝設計以及完善的涂層維護計劃的建立等方面對影響橋梁鋼結構防腐效果的因素進行了探討。

橋梁鋼結構；防腐；涂層配套；涂層使用壽命

1 前言

近年來，隨著國民經(jīng)濟和基建設施建設步伐的加快，我國建造了大量的鋼結構或混凝土橋梁，如杭州灣大橋、舟山連島工程的 5座大橋等等。它們的建成有利于推動地區(qū)間和國家的經(jīng)濟發(fā)展，也使我國的建橋技術達到了世界先進水平。在橋梁建造中，橋梁的防腐蝕涂料和涂裝成為其技術中的關鍵。近期，青島海灣大橋、寧紹杭州灣大橋等陸續(xù)開工，尤其是世界上最長的跨海大橋——港珠澳大橋(全長49.968 km，總投資729.4億元)的開工，將使我國的橋梁建設邁上一個新臺階。在港珠澳大橋的設計中，其鋼結構設計壽命為120年，可抗8級地震、16級大風，用鋼量超過11個“鳥巢”(約50萬噸)。因此，提高橋梁鋼結構防腐壽命成為橋梁設計、業(yè)主、總包、涂裝分包、涂料制造商和監(jiān)理等單位最關心的問題。為了澄清某些模糊的認識，本文對照國內(nèi)外相關標準，結合國內(nèi)某些大橋工程實際，對橋梁鋼結構的防腐設計、配套方案和涂層使用壽命等問題作一概述，供業(yè)界參考。

2 橋梁防腐涂層設計及其使用壽命相關標準

國內(nèi)許多著名的大橋如杭州灣跨海大橋、上海東海大橋、青島海灣大橋等業(yè)主提出了大橋的使用壽命可達到一百年，這說明我國的大型橋梁建設技術已達到了世界領先水平，但這與涂層的使用壽命設計是兩個完全不同的概念。對于橋梁鋼結構防腐涂料配套涂層和熱噴金屬鋅、鋁層加防腐涂料復合涂層，涂層的設計壽命應依據(jù)國內(nèi)外相關標準來判定。

2. 1 ISO 12944-5:2007標準[1]

該標準的1998年版是由歐洲18國共同發(fā)起，并由世界標準化組織批準后形成的國際標準，2007年作適當?shù)母淖兒笾匦掳l(fā)布。它是鋼結構涂料、涂裝工作的最好依據(jù)。它不僅涉及到橋梁鋼結構工程的設計，業(yè)主，監(jiān)理和涂裝總包、分包，也涉及到涂料供應廠商和他們的技術服務人員。在這個標準中，將涂層的使用壽命分成3個范圍：低(Low)2 ～ 5年，中(Medium) 5 ～ 15年，高(High)＞15年。而涂層使用壽命與腐蝕環(huán)境(環(huán)境分類按 ISO 12944-2:2007)、漆膜厚度(ISO 12944-5:2007)有一定的關系，如表1所示。

從表1可見，ISO 12944-5:2007所有配套中對最高使用壽命的提法是大于15年；而判定涂層使用壽命的辦法則是依據(jù)ISO 4628-3:1998國際標準，即銹蝕等級達到Ri 3級(銹蝕面積占1%)時的年限。此時，進行第一次大修是最經(jīng)濟有效的。

表1 腐蝕環(huán)境、使用壽命和漆膜厚度的關系Table 1 Relationship between corrosion environment, service life and coating thickness

2. 2 BS EN ISO 14713:1999國際標準[2]

該標準全名為《鋼結構防腐蝕保護 鋅、鋁涂層 指南》(Protection Against Corrosion of Iron and Steel in Structures — Zinc and Aluminium Coatings — Guidelines)，也是在1995年由歐洲18國共同發(fā)起，由世界標準化組織批準后形成的國際標準。該標準中，對腐蝕環(huán)境的分類與ISO 12944標準一致。BS EN ISO 14713:1999標準中關于涂層使用壽命≥20年的熱噴涂防腐涂層體系規(guī)定如表2所示。

表2 BS EN ISO 14713規(guī)定的使用壽命≥20年的熱噴涂防腐蝕涂層體系Table 2 Thermal sprayed corrosion protection coating systems of service lives ≥20 years stipulated by BS EN ISO 14713

從上述兩個國際標準中可以看出，熱噴鋅、鋁作底層，防腐涂料作封閉層等復合涂層的防腐年限肯定高于重防腐涂料配套。

2. 3 中華人民共和國交通行業(yè)標準JT/T 722–2008[3]

該標準的全名為《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》。它根據(jù) ISO 12944:2007標準和 BS EN ISO 14713:1999標準，結合我國實際情況，對橋梁鋼結構防護年限、涂裝壽命和涂層體系保護年限(第一次大修前)的判定等作了具體的規(guī)定，其要點為：

(1) 腐蝕環(huán)境的分類按ISO 12944-2。

(2) 橋梁鋼結構涂裝部位的劃分。橋梁鋼結構按涂裝部位分為 7類：外表面，非封閉環(huán)境內(nèi)表面，封閉環(huán)境內(nèi)表面，鋼橋面，干濕交替區(qū)及水下區(qū)，防滑摩擦面和附屬鋼構件(包括防撞護欄、扶手護欄及底座，燈座，泄水管，鋼路緣石等)。而按保護年限分為2類：普通型(10 ～ 15年)，S01 ～ S03均為重防腐涂料配套；長效型(15 ～ 25年)，其中配套S10、S11為C5-M環(huán)境條件下用熱噴鋅、鋁作底層的復合涂層配套，其余6個配套S04 ～ S09為C3、C4、C5-I和C5-M環(huán)境條件下重防腐涂料配套。

(3) 涂層保護年限的判定。在涂層體系保護年限內(nèi)，涂層95%以上區(qū)域的腐蝕等級不大于ISO 4628規(guī)定的Ri 2級，無氣泡、剝落和開裂現(xiàn)象。

該標準將涂層的綜合技術參數(shù)與腐蝕環(huán)境、防護壽命掛鉤，這對配套選擇有一定的指導意義。JT/T 722–2008標準規(guī)定的涂層體系性能要求(附著力均大于等于5 MPa)如表3所示。

3 影響橋梁鋼結構防腐蝕效果的因素

橋梁鋼結構的長效防腐工程是一個系統(tǒng)工程，直接關系到橋梁的安全運行與使用壽命。故鋼結構的腐蝕與防護成為當今材料科學、涂料工業(yè)、鋼結構制造業(yè)等領域中的重大課題，引起人們高度重視。影響橋梁鋼結構防腐蝕效果的主要因素包括以下方面。

3. 1 防護方案的設計

3. 1. 1 防腐蝕方法的選擇

目前，鋼結構防腐蝕的方法很多，如熱浸涂鋅、噴涂冷涂鋅或粉末涂料涂裝、采用外加電流或安裝犧牲陽極等的陽極保護法。

當前，國內(nèi)外大型橋梁鋼結構防腐配套主要有兩種：第一種是重防腐涂料涂層體系，如杭州灣大橋扶欄的配套方案(見表4)；第二種是電弧噴鋅、鋁層與防腐涂料形成的復合涂層體系[4-5]，如川、鄂交界的四渡河特大橋鋼箱梁外側的配套(見表5)。

表4 杭州灣大橋扶欄重防腐涂料配套方案Table 4 Accessory project of heavy corrosion protection coatings for handrail of Hangzhou Bay Bridge

表5 四渡河特大橋鋼箱梁配套方案Table 5 Accessory project for steel box girder of large Sidu River Bridge

前幾年，我國很多橋梁鋼結構采用了電弧噴鋅、鋁作為底層，復涂重防腐涂料。該復合涂層收到了很好的防腐蝕效果。如武漢君山大橋、上?？弥晟酱髽?、舟山西堠門大橋、巫山大橋等。從總體分析，我國大部分的橋梁鋼結構還是通過重防腐涂料的配套涂層來進行防腐，這種發(fā)展趨勢與國際上橋梁防腐蝕技術發(fā)展保持一致。隨著重防腐涂料技術的發(fā)展和社會節(jié)能環(huán)保的需要，國外大部分橋梁鋼結構也采用重防腐涂料配套。2009年底，上海振華重工集團公司承接了美國舊金山奧克蘭海灣大橋鋼箱梁外側的防腐工程，其業(yè)主指定的配套方案見表6。

表6 奧克蘭海灣大橋鋼箱梁外側配套方案Table 6 Accessory project for outside steel box girder of the New Oakland Bay Bridge

關于該橋，值得說明的是：

(1) 表面處理清潔度為ISO 8501-1 Sa 2?級，粗糙度為ISO 8503 R2= 65 ～ 85 μm。

(2) 特殊的無機硅酸鋅底漆和聚硅氧烷面漆，一次無氣噴漆達到規(guī)定膜厚。

(3) 膜厚質量的判定辦法：兩個95%。

(4) 涂層使用壽命大于15年，銹蝕等級Ri 3級。

對于橋梁鋼結構的兩種主要防腐方法，不能機械下結論：一律采用防護效果較好的電弧噴鋅、鋁等金屬層加封閉涂料法。該方案從總體上分析，應考慮到下列4點：

(1) 對表面的處理要求高。上海地區(qū)表面處理等級、價格如表7所示。

表7 上海地區(qū)表面處理等級及價格Table 7 Surface pretreatment grades and prices in Shanghai area

在鋼結構制造中，若采用鋼板預處理流水線，則鋼板需經(jīng)拋丸、噴涂20 μm的車間底漆。車間底漆作為防銹底層的一部分，可相對減少二次除銹的工作量，且其每平方米的價格僅為6元。

(2) 環(huán)保方面。電弧噴鋅、鋁，尤其是電弧噴鋅會對周邊大氣環(huán)境造成污染；氧化鋅、鋁氣體還會對熱噴涂、電焊等操作人員的健康造成危害。另外，由于電弧噴鋅、鋁時對表面處理要求高，常用的開放式噴砂法若采用石英砂作磨料，也會對環(huán)境和操作工人的健康帶來危害。

(3) 能耗高。電弧噴鋅、鋁時，需要一定的電壓和空氣壓力施工，能耗高；而且噴涂速度慢，效率低。因此，噴涂金屬涂層的防腐層初期成本投資較高，工料費一般比噴涂重防腐涂料高出60% ～ 100%。

(4) 重防腐涂料的封閉與噴涂。金屬涂層(特別是電弧噴鋁層)的表面有孔隙，且較粗糙。在橋梁鋼結構復合涂層中，必須使用環(huán)氧涂料封閉，并復涂環(huán)氧云鐵等中層涂料和高性能聚氨酯等面漆。這樣不僅提高了復合涂層的防腐蝕性能，還使復合涂層表面光滑平整，具有光彩奪目的顏色。但使用有機涂料的面漆，不可能有20年以上的年限而不退色、不粉化。因此，在防腐蝕方法選擇上，設計單位應根據(jù)各部位橋梁鋼結構的腐蝕環(huán)境，業(yè)主對涂層使用壽命的規(guī)定與要求以及資金狀況，認真進行性能價格比的分析，因地制宜，選擇適宜的防腐蝕方法。

3. 1. 2 從防腐角度進行鋼結構設計

根據(jù)ISO 12944-3:1998國際標準之規(guī)定，鋼結構設計時應考慮防腐蝕施工的需要，如在質量檢查、維護時，應有合適的工作距離，以避免縫隙、電偶腐蝕以及銳邊、切口、內(nèi)外角等引起的腐蝕，還應對電焊縫等重要防腐環(huán)節(jié)作具體規(guī)定。

3. 1. 3 涂層配套方案及膜厚的確定

原則上按照 ISO 12944:2007和 BS EN ISO 14713:1999兩個國際標準進行各部分橋梁鋼結構涂層配套方案和規(guī)定膜厚的設計。須注意的是，配套方案要因地制宜，可根據(jù)橋梁工程的具體情況和國內(nèi)重防腐涂料的實際作適當?shù)淖儎?。另外，必須強調(diào)環(huán)保和節(jié)能：要大力推廣高固含量、觸變性能好、VOC低的重防腐涂料和水性涂料；大力推廣無需作嚴格表面處理的Mastic類型高性能涂料。

3. 2 涂裝

3. 2. 1 涂裝管理的重要性

“三分涂料，七分涂裝?！睙o論采取何種防腐蝕方案，決定橋梁鋼結構涂層使用壽命長短的關鍵還在于涂裝。橋梁鋼結構涂裝具有下列特點：

(1) 涂裝的每個環(huán)節(jié)自始自終都貫穿在橋梁鋼結構的制作和安裝上。

(2) 橋梁鋼結構有 7個部位，處于不同腐蝕條件下，針對不同的部位，有不同的配套。

(3) 涂裝管理是重中之重。橋梁鋼結構涂裝不僅包括表面處理、噴漆、干燥等工藝，還包括與上述工藝相關的工藝條件管理、質量管理(膜厚管理)、耗漆量管理等等。涂裝管理是降低成本、保證涂裝質量和提高經(jīng)濟效益的最有效的辦法。但與重防腐涂料技術相比，我國涂裝管理的水平是比較落后的。

2009年，筆者對上海周邊地區(qū)橋梁鋼結構工程的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成橋梁鋼結構漆膜弊病的原因與涂裝質量息息相關。這也說明了涂裝管理的重要性。表 8為部分橋梁鋼結構漆膜弊病的原因分析。

3. 2. 2 工程案例分析──涂裝設計的重要性

建于上海黃埔江上的3座大橋是上海標志性建筑，從橋梁設計到鋼結構制作，應用的重防腐涂料大多為國產(chǎn)涂料。為迎接2010年世博會，上海有關單位對這3座大橋的鋼結構防腐涂層情況作調(diào)查，以便重新涂裝。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，最好的涂層是南浦大橋。2009年對南浦大橋鋼箱梁進行大修時發(fā)現(xiàn)，已有17年涂層壽命的漆膜，有 60%可以作為低表面處理涂層的底層，附著力良好。上海黃浦江大橋鋼箱梁外側涂料、涂裝狀況見表9。

雖然這 3座大橋均處于黃浦江上，但腐蝕環(huán)境各有不同。楊浦大橋毗臨楊浦電廠、上海船廠、滬東船廠，空氣中H2S、SO2含量高，屬腐蝕性工業(yè)大氣(C4條件)，距離海洋又比其他兩座橋近。故同樣的配套體系，楊浦大橋的橋梁鋼結構腐蝕也就嚴重些。

表8 部分橋梁鋼結構漆膜弊病原因分析Table 8 Cause analysis of coating faults of part of bridge steel structure

表9 上海黃浦江大橋鋼箱梁外側涂料、涂裝狀況Table 9 Paint and coating status of outside steel-box girder of Shanghai Huangpu River Bridge

從徐浦大橋的涂層配套上看，用上了先進的水性無機富鋅底漆(美國IC531)，由于該漆料對表面處理要求極高，對施工環(huán)境條件的限制也十分苛刻，加工該涂料干膜中鋅粉含量高達 90%，一次無氣噴漆要達到70 μm干膜，當時的無氣噴漆設備和噴漆技術無法達到如此高的水平，結果造成了徐浦大橋涂層銹蝕、脫落面積比南浦大橋嚴重的后果。

上述案例分析可以明顯看出，不是重防腐涂層配套的防腐蝕性能差，而是涂層及涂裝設計必須因地制宜，才能收到更好的效果。

3. 3 建立完善的涂層維護計劃

定期檢查和維護完工后的涂層質量，是延長涂層壽命的必要措施[6]。按照ISO 12944:2007國際標準的有關規(guī)定和Akzo Nobel等國際大公司的工作經(jīng)驗，在防腐設計年限內(nèi)，前期每隔兩年、后期每隔一年對鋼結構防護涂層進行整體檢查、分析，并做詳細記錄和報告。臨近設計年限，應對橋梁鋼結構防護涂層進行更為全面的檢查分析和判斷，以確定涂層大修的時間和方案，并出具相應的計劃書。該項工作由涂料廠家和涂裝工程隊跟蹤服務，并將上述內(nèi)容寫入橋梁鋼結構工程的技術文件中。上述工作經(jīng)費也應包括在涂料和涂裝的價格之中。

在JT/T 695–2007的交通行業(yè)標準中，橋梁涂裝階段分成3類：

(1) 初始涂裝。新建橋梁鋼結構的初次涂裝(包括2年缺陷責任期內(nèi)的涂裝)。

(2) 維修涂裝。橋梁在其運營過程中，對涂層進行的維護保養(yǎng)。

(3) 重新涂裝。徹底除去舊涂層、重新進行表面處理后，按照完整的涂裝規(guī)格進行的涂裝。

上述要求其基本精神與ISO 12944國際標準相符合，應該在全國相關行業(yè)中推廣，以保證涂層使用壽命。

4 結論

(1) 橋梁鋼結構涂層防腐使用壽命應根據(jù) ISO 12944-5:2007和BS EN ISO 14713:1999國際標準來判斷。

(2) 橋梁鋼結構的涂層配套等涂裝設計、涂裝工藝和涂層維修設計是保證涂層設計壽命的關鍵。

(3) 貫徹執(zhí)行國內(nèi)外相關標準，發(fā)展提高橋梁鋼結構防腐技術，是我國橋梁建設中的頭等大事。

[1] International Organization for Standardization. ISO 12944-5:2007 Paints and varnishes — Corrosion protection of steel structures by protective paint systems — Part 5: Protective paint systems [S].

[2] Finnish Standards Association SFS. BS EN ISO 14713:1999 Protection against corrosion of iron and steel in structures — Zinc and aluminium coatings — Guidelines [S].

[3] 中華人民共和國交通部. JT/T 722–2008 公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件[S]. 北京: 人民交通出版社, 2008.

[4] 劉新. 防腐蝕涂料與涂裝應用[M]. 北京: 北京化工出版社, 2008.

[5] 晁宇, 洪偉, 賈平, 等. 電弧噴涂復合涂層防護技術在杭州九堡大橋上的應用[J]. 電鍍與涂飾, 2010, 29 (2): 67-70.

[6] 龐啟財. 橋梁防腐蝕涂裝和維護保養(yǎng)[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2003.

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Accessory and durability of corrosion protection paint system of bridge steel structure //

ZHAO Qing-bo, LI Min-feng*

The corresponding standards of ISO 12944-5:2007, BS EN ISO14713:1999 and JT/T 722–2008 used for design of corrosion protection coatings for bridge steel structure were introduced. Influencing factors on corrosion protection effect of bridge steel structure were discussed from the following aspects: selection of corrosion protection methods, design of steel structure, ascertaining of coating accessory project and thickness, coating management, coating design and establishment of perfect coating maintenance plan, etc.

bridge steel structure; corrosion protection; coating accessory; durability of paint system

Lan Yu Tie Lu Co., Ltd., Lanzhou 730050, China

TQ639

A

1004 – 227X (2010) 08 – 0064 – 05

2010–05–25

趙清泊（1964–），男，河南省長垣縣人，大學，參加過多項國家大型鐵路建設，研究方向為適應國家鐵路和橋梁大規(guī)模建設的各種新型材料、復合材料及施工工藝。

李敏風，高級工程師，(Tel) 021–61001722-807。