钢铁桥梁的防腐涂装探究

时间：2024-07-28

卢文浩（浙江大合检测有限公司,浙江杭州 310000）

钢铁桥梁的防腐涂装探究

卢文浩
（浙江大合检测有限公司,浙江杭州 310000）

1979年世界上第一所铁桥在英国建立，自此铁桥迅速发展，为人类社会的交通运输等方面提供了极大的便利，极大的节省了陆路运输的时间。但即使是有钢铁制成的铁桥，也难以拥有金钢不坏之身，人工环境和自然环境的双重破坏，使得铁桥的腐蚀和防护成为桥梁工程家们必须关注的重点问题。在保护铁桥的腐蚀过程中，涂装成为了其中的重要手段，本文旨在对桥梁防腐及其涂装方法做了进一步探析，以进一步了解我国大规模的桥梁建设。

桥梁；防腐；涂装

引言

钢铁作为现代建筑中最常使用同时较木材和水泥等坚固的建筑材料，大其使用寿命也有一定时间的限制，在不同的外部环境的压力和自身原因的情况下会导致钢铁材料的损坏。其遭受损坏的原因主要有自身原因和外部原因，自身原因主要是由于长期承压而产生的内部断裂或变形等情况，然而受这类原因而产生的建筑材料的损坏几率是相对较低的，因为作为基础设施建设而采用的建筑材料在质量和耐用程度上都是相对坚固的，个别情况下除外。因此导致钢铁材料损坏的情况下主要是来自外部环境的影响。外部环境的影响主要包括两大部分，一是自然环境中所自然产生的有害物质对钢铁桥梁的腐蚀，如大气污染物、酸雨、土壤腐蚀以及水腐蚀等；而是人工环境如工业生产所产生的污染物对桥梁的危害，如酸、盐溶液等。两种主要的影响因素中，以自然环境对钢铁桥梁产生的腐蚀最为严重，所造成的不可避免的损失也最大。

1、涂装防腐分析

1.1 涂装的概念

涂装是目前在工程设施建设中对建筑材料的一种最有效的防止腐蚀的方法，涂装技术主要是通过对建筑材料的表面涂层来使得大气中的一些污染物等腐蚀介质粘连在桥梁表面而导致的材料腐蚀的一种方法。涂装过程中所采用的涂料多种多样，从最初的天然树脂涂料、到红丹醇酸涂料，在到现在的环氧涂料、氟碳涂料等1，形式的多样化使得我国在桥梁防腐涂装工作取得了巨大的进步，同时也将我国的钢铁桥梁的使用时间延长到了数十年甚至近百年。

1.2 涂料的分类

涂料的发展史从世界上第一所钢铁桥建设之初便开始投入使用和研究，到目前也将近百年的历史。长时间的涂料发展史使得其种类和规模是庞大的并多种多样的。广泛的用途和不同程度的金属防腐功能使得对涂料的分类方式也是多种多样的。对涂料的分类主要有一下几种分类方法:

①施工方法：辊涂涂料、喷涂涂料、浸涂涂料、电泳涂料、刷涂涂料

②涂料形态：粉末涂料、溶剂型涂料、高固体分涂料、水性涂料

③功能：装饰涂料、防腐涂料、防锈涂料、示温涂料、隔热涂料、耐高温涂料、导电涂料

④用途：建筑涂料、罐头涂料、汽车涂料、飞机涂料……

在日常施工之中常用的建筑材料的防腐涂料，如车间底漆常使用的环氧富锌车间底漆、聚乙烯醇缩丁醛车间底漆（PVB）、环氧铁红车间底漆和无机硅酸锌车间底漆等，防锈底漆如上述提到的红丹防锈漆和锌黄防锈漆是使用时间较早的两种，其他的还有磷酸盐防锈漆和锌粉以及玻璃鳞片等防锈漆。此外在其他底涂层中还有环氧封闭漆和金属热喷涂层等。另外中间漆以环氧云铁中间漆为代表，面漆常使用的是醇酸面漆、环氧面漆、FEVE氟树脂面漆和工程聚硅氧烷涂料为代表。这些不同种类和形式的涂料在建筑材料的防腐过程中发挥着不同的作用和功能，并共同形成了对桥梁钢结构和混泥土结构的主流防护涂层体系。

1.3 涂料的防腐蚀机理

涂料的防腐机理针对不同的建筑材料会有不同的防腐程度，我国从建桥以来，对桥梁钢结构采用的一直是配套涂料对其进行涂层保护，因此，用涂料的涂层多钢结构进行防腐保护最主要有3个防腐蚀机理：物理涂层覆盖作用、防腐颜料缓蚀作用和阴极保护作用。下面重点对该三种防腐蚀机理作用进行介绍：

2、防腐蚀涂层的失效机理及其寿命预测

尽管防腐蚀涂层在一段时间内有效的保护了钢结构，但任何事物都有保质期，

长时间暴露在空气中的防腐涂层会在其保质期后出现褪色、泛黄、失光、剥落和开裂的现象，同时，不同防腐涂层所遭受的破坏的时间和地点是不一样的，在不同的环境里所受伤害的程度也是不一样的，因此，决定防腐涂层的使用寿命和年龄的主要因素是钢铁桥梁其所处的大气环境和人工环境以及防腐涂层自身的性质和结构。防腐涂层被破坏的因素是多种形式的，由此防腐涂层的使用寿命也会有长有短，加强对防腐涂层的失效机理的研究和阻碍其进程并延长其使用寿命是目前建筑师针对钢桥防护的重点问题。

导致防腐涂层老化和破坏的重要原因主要有太阳辐射、大气环境的温度和湿度，另外酸雨、空气污染和风沙等也会导致防腐涂层的失效，各项因素的综合效果加速了防腐涂层的失效和老化。目前，防腐涂层的失效机理主要有一下几种表现形式，如光降解、水降解、湿附着力和介质的渗透等四种形式2。

2.1 光降解失效机理

光降解失效机理主要是因为太阳辐射而导致的钢结构表面的涂层的光氧化降解，在该失效机理中，太阳辐射占主要作用。

2.2 水降解失效机理

钢铁桥梁跨水而建，在其存在过程中会收到来自不同地区和不同性质的水的污染，防腐涂层中所含有的酯、脲、醚、醇、胺等分子会在水的作用下而发生水降解并导致防腐涂层的失效。

2.3 湿附着力失效机理

湿附着力失效机理主要表现为防腐涂层在受到某种因素的影响下而发生的与钢结构进行脱落的情况。该失效机理的主要表现形式有三种，一是涂层与基体的附着力不好，出现脱落，二是涂层因受到酸、碱、盐等介质的侵蚀而丧失了对基体的保护，三是由于涂层本身性质的原因而出现的保护性较差，导致涂层内的电阻率大大下降而导致电化学的腐蚀。从该失效机理可以看出防腐涂层的附着力是影响钢铁桥梁防腐的重要因素之一。

2.4 介质的渗透失效机理

钢铁桥梁在防腐涂层过程中发生的化学反应会导致其涂层的破坏和建筑材料的腐蚀，这一腐蚀过程的直接参与者是离子，防腐涂层的直接作用便是阻挡离子入侵导致其腐蚀。当防腐涂层在长期使用过程中或者因质量问题导致其阻挡能力降低，会使得离子渗透进其涂层并使得钢铁结构发生破坏。但一般的离子在涂层中的扩散系数很小，即使透过防腐涂层进入钢结构表面也不会产生很大的电化学作用，因此不会导致钢结构的过度腐蚀。

上述四种形式是最常见的防腐涂层的失效机理，研究者和桥梁工程师在建筑过程中应针对这四种形式对桥梁的防腐涂装进行分析，以及时的解决由这四种防腐失效机理而导致的建筑材料的损坏和更大的国民经济危机。

3、桥梁防腐涂装技术的发展趋势

从目前的研究现象和技术来看，我国在材料技术方面的进步值得称赞，研发

防腐寿命更长，质量更优越的高性能涂装材料已成为可能，秉承着无污染、无公害、节省能源和更高效更经济的防腐材料也变得不再望尘莫及。

就目前的研究研究技术来看，防腐防腐涂层技术在更高效阶段有混凝土结构用柔性涂料技术、新型氟碳涂料技术、水性清水混凝土透明氟碳涂料和桥梁维修涂装技术等几种技术3。

3.1 混凝土结构用柔性涂料技术

混凝土结构用柔性涂料技术就其表面意思上来说，是一种柔韧性涂层，它更适用于在钢铁桥梁收到裂缝的情况下使得涂膜在裂缝的过程中变得更加具有柔韧性，这种情况适用于在青藏高原等寒冷环境下的对桥梁的房腐蚀和裂纹的情况，在青藏铁路上建造的数十座桥梁的大部分建筑材料是由混凝土结构组成，在高原环境下由于大量的太阳辐射和冻融作用，使得桥梁表面开始出现裂纹，这种情况下使用高耐候性柔性氟碳涂层对桥梁进行防腐涂装会大大增强其涂层的使用寿命和桥梁的质量。

3.2 新型氟碳涂料技术新型氟碳涂料技术具有优异的性能，但其表面能低导致的与建筑材料表面发生的剥落是其一大缺点，学者在充分研究后发现氟碳涂料是由多个不相容的树脂组成的，树脂的不相容性导致了其在涂装过程中发生的分离或者组分迁移，这样在涂成过程会形成一组相对有梯度的涂层结构，这种结构在施工固化后会获得氟碳树脂优异的性能，同时其有梯度的分层结构会使得涂料有着高度的附着力和强度。该分层结构是解决氟碳涂料与建筑材料基体表面进行脱落的较为先进的办法。

3.3水性清水混凝土透明氟碳涂料

此前提到的水分子是较为容易的能透过防腐涂层对防腐材料进行腐蚀的介质，而现在由于桥梁的防腐环境大多处于高湿度或者低温的情况下施工，这两种情况阻碍大部分的水溶性涂料和无溶剂涂料在桥梁防腐领域的使用，因此在新技术的引导下，未来大部分的桥梁防腐领域采用的多是较为环保的水性清水混凝土透明氟碳涂料。

3.4 桥梁维修涂装技术

桥梁维修涂装技术是指在桥梁建筑的涂层在接近其使用寿命时因采用的重新涂装技术，倘若任其自行腐蚀，会使得桥梁的安全系数降低并导致事故的发生。因此，在未来的钢铁桥梁的防腐涂装领域，研究者更应该注重的是对桥梁的维修涂装技术的提升。