沈思科，白書亞，田云生，任禮兵，晁 兵(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇中礦大正表面工程技術(shù)有限公司, 江蘇徐州 221008)
0 前 言
橋梁工程必須要進(jìn)行腐蝕防護(hù)的主要構(gòu)件有橋梁主體工程的鋼結(jié)構(gòu)橋體（鋼箱梁、鋼桁梁、鋼管拱等鋼結(jié)構(gòu)）、鋼橋面及橋面系鋼結(jié)構(gòu)（防撞護(hù)欄、人行道或維修通道欄桿、其他附屬鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施）、鋼筋混凝土主塔（極個(gè)別為鋼塔）、橋墩干濕交替區(qū)（潮差區(qū)）以及懸索橋的混凝土錨碇外表面，結(jié)合防護(hù)及美觀裝飾需要，橋梁混凝土預(yù)制箱梁、引橋、橋墩大氣區(qū)等目前也大都進(jìn)行了涂裝防護(hù)。
當(dāng)前橋梁主要鋼結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)主要有兩種:一種是重防腐涂料涂層體系，即“無機(jī)或環(huán)氧
富鋅底漆+中間漆+面漆”的三重涂層組成的重防腐涂層體系;另一種是電弧噴涂金屬?gòu)?fù)合涂層體系，即“電弧噴涂金屬涂層（Zn、Al、Zn/Al、Al/Mg等）+封閉涂層+中間漆+面漆”的復(fù)合涂層體系。混凝土表面防腐根據(jù)需要可采用“底漆（封閉漆）+面漆”、“底漆（封閉漆）+中間漆+面漆”和硅烷浸漬等防護(hù)技術(shù)。根據(jù)報(bào)道采用重防腐涂層的上海南浦大橋（1986年建造）及其后的楊浦大橋、徐浦大橋，在投入運(yùn)行3～5 a內(nèi)主橋鋼梁即出現(xiàn)明顯銹蝕問題;2008年建成通車的杭州灣跨海大橋，采用重防腐涂層的防撞欄桿尤其是基座部分1 a后出現(xiàn)銹蝕、涂層脫落現(xiàn)象，橋面系欄桿所用的氟碳面漆也出現(xiàn)了不同程度的老化現(xiàn)象。
1 考察主要情況
鑒于所述情況，筆者于2009年對(duì)浙滬、武漢、廣東等地區(qū)的26座橋梁工程進(jìn)行了走訪，其中斜拉橋13座、懸索橋5座、鋼管拱橋3座、其他橋型5座;表面涂層連續(xù)使用壽命達(dá)到10 a以上的5座，5 a以上的7座;橋梁主體鋼結(jié)構(gòu)采用重防腐涂層體系的6座，金屬?gòu)?fù)合涂層體系的10座;主塔采用涂料涂裝的18座，采用硅烷浸漬處理的3座。原有復(fù)合涂層所用涂料一般為環(huán)氧底漆、環(huán)氧云鐵中間漆和丙烯酸聚氨酯面漆，目前混凝土防護(hù)面漆逐漸采用氟碳面漆，現(xiàn)有工程的首期維護(hù)也多采用氟碳面漆（如西陵長(zhǎng)江大橋、虎門大橋等）。
被考察橋梁工程鋼結(jié)構(gòu)主體、混凝土主塔的涂層防護(hù)效果良好，其表面涂層基本達(dá)到了預(yù)期的防護(hù)壽命，其中面漆正常進(jìn)行首期大修的使用壽命為:西陵長(zhǎng)江大橋13 a（鋼箱梁及主塔）、虎門大橋12 a（鋼箱梁及主塔）、武漢白沙洲長(zhǎng)江大橋9 a（鋼箱梁及主塔）、汕頭海灣大橋13 a（主塔）。南浦大橋（疊合梁）、楊浦大橋（混合箱梁）的鋼結(jié)構(gòu)雖然從使用初期就很快出現(xiàn)局部銹蝕現(xiàn)象，但在加強(qiáng)日常維護(hù)后，其首期維護(hù)基本能堅(jiān)持到2001年涂層實(shí)現(xiàn)預(yù)期壽命（10 a）后進(jìn)行（2009年因舉辦世博需要再次進(jìn)行整體維護(hù)和亮化）。綜合來看各類復(fù)合涂層體系的防護(hù)效果基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
2 主要問題及改進(jìn)建議
2.1 涂料質(zhì)量問題
2.1.1 面漆耐候性問題
橋梁工程普遍采用的丙烯酸聚氨酯面漆具有良好的耐候性能，但在考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些面漆涂層在戶外使用3～5 a后即出現(xiàn)明顯的變色、失光甚至是粉化現(xiàn)象。圖1為杭州復(fù)興大橋2004年與2009年的外觀對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)向陽面涂層變色更加顯著（已出現(xiàn)粉化）。
大中型橋梁工程采用的涂料基本上都是通過招標(biāo)方式購(gòu)自國(guó)內(nèi)外知名廠商，其質(zhì)量足應(yīng)令人信任，出現(xiàn)上述問題，筆者結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況分析可能有以下兩方面原因:一是施工控制方面，即涂料現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配、混合及涂裝工藝控制不到位，造成涂料配比不準(zhǔn)確、分散不均勻、涂刷時(shí)機(jī)不當(dāng)?shù)葐栴}的發(fā)生，直接導(dǎo)致包括涂層耐候性能在內(nèi)的涂層質(zhì)量下降;二是產(chǎn)品耐候性檢測(cè)條件可能欠嚴(yán)苛，筆者在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，即使在9月底一個(gè)多云的日子，杭州復(fù)興大橋鋼構(gòu)件（向陽面）表面最高溫度也達(dá)到了56.8 ℃、混凝土表面達(dá)到了50.3 ℃，而涂料產(chǎn)品耐候性試驗(yàn)室檢測(cè)方法為人工加速老化（氙燈或紫外燈），其檢測(cè)條件一般為8 h光照60 ℃/4 h冷凝50 ℃，而橋梁鋼構(gòu)件向陽面的夏季光照極限溫度已遠(yuǎn)高于60 ℃，實(shí)驗(yàn)室確定的加速條件與橋梁工程所處的戶外實(shí)際條件相差較大，已很難起到有效的預(yù)測(cè)評(píng)估作用。
建議在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)涂料涂裝質(zhì)量控制的同時(shí)（如加強(qiáng)配料準(zhǔn)確性、采用機(jī)械混合裝置、嚴(yán)格執(zhí)行涂裝工藝），提高產(chǎn)品耐候性的模擬檢測(cè)條件，如采用8 h光照70 ℃/4 h冷凝50 ℃、采用輻照穩(wěn)定可靠的進(jìn)口燈管，更嚴(yán)格地進(jìn)行涂料原材料的選擇、搭配及涂層耐候性測(cè)評(píng)，大幅提高面漆的耐候性能。
2.1.2 富鋅底漆的結(jié)合問題
富鋅底漆的結(jié)合問題主要表現(xiàn)在鋼橋面鋪裝層的質(zhì)量上。鋼橋面鋪裝層是建立在鋼橋面防腐涂裝層基礎(chǔ)上的，許多橋梁通車后短期內(nèi)橋面鋪裝層即出現(xiàn)車轍、開裂、推移、擁包等病害，技術(shù)人員分析認(rèn)為原因之一可能是防腐涂裝的富鋅底漆層與底層鋼板基體的附著力不足。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鋼橋面使用1 a即開始出現(xiàn)上述問題（如杭州灣大橋、武漢陽邏長(zhǎng)江大橋）而不得不進(jìn)行路面修補(bǔ)（見圖2），考察也發(fā)現(xiàn)采用熱噴涂金屬涂層取代富鋅底漆層，橋面使用效果無明顯改進(jìn)。對(duì)此業(yè)內(nèi)專家分析認(rèn)為，鋼橋面上鋪裝瀝青混合料是一個(gè)世界性難題，瀝青鋪裝層與鋼橋面膨脹系數(shù)不一樣，受環(huán)境溫差變化影響瀝青鋪裝層容易出現(xiàn)裂縫并產(chǎn)生滑移，車輛通行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)也易導(dǎo)致橋面瀝青鋪裝層斷裂;陳先華等人的研究成果表明，綜合改善辦法應(yīng)包括鋼橋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、橋面鋪裝體系的配套改進(jìn)及鋪裝施工質(zhì)量的嚴(yán)格控制。富鋅底漆的結(jié)合問題可能并不是造成鋼橋面鋪裝層質(zhì)量問題的關(guān)鍵原因，現(xiàn)有研究表明鋼橋面采用環(huán)氧富鋅底漆是較佳選擇。
2.1.3 濕固化涂料體系
海工鋼筋混凝土的浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)不僅經(jīng)受海洋大氣腐蝕，還有海水夾雜泥沙與海洋漂浮物的沖刷、氣蝕、干濕交替以及異物意外撞擊等的侵蝕，其腐蝕級(jí)別達(dá)到E級(jí)和F級(jí)，該處混凝土的涂裝施工還存在基體表面潮濕、涂裝時(shí)間短促、施工涂層受到海水反復(fù)浸泡等不利因素影響，如何對(duì)其進(jìn)行有效防護(hù)也是目前技術(shù)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，部分跨海大橋的混凝土潮差區(qū)采用了濕固化體系防護(hù)。本次考察發(fā)現(xiàn)，濕固化涂層的防護(hù)效果并不理想，幾年內(nèi)已出現(xiàn)附著力降低、涂層大面積脫落問題（見圖3），產(chǎn)品及涂層體系還需要進(jìn)一步的研究改進(jìn)。橋梁工程采用濕固化體系前均進(jìn)行了嚴(yán)格的試驗(yàn)檢驗(yàn)（包括現(xiàn)場(chǎng)涂裝檢驗(yàn)），出現(xiàn)上述問題可能不僅限于涂料產(chǎn)品本身因素，筆者建議在研究濕固化涂料產(chǎn)品的同時(shí)，研究適用于現(xiàn)場(chǎng)施工條件的配套涂裝技術(shù)更至關(guān)重要。
2.1.4 涂層被動(dòng)開裂問題
考察發(fā)現(xiàn)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)（主塔、橋墩及基座、錨碇）都存在不同程度的表面開裂問題（見圖4），由于涂料復(fù)合涂層具有一定的追隨性（延伸量），如復(fù)合涂層厚度為100 μm時(shí)涂層延伸量為0.81 mm、200μm時(shí)延伸量為1.29 mm，混凝土實(shí)際開裂狀況應(yīng)更加嚴(yán)重。
面對(duì)上述問題，針對(duì)涂料產(chǎn)品的改進(jìn)有兩種不同意見:涂料人員建議提高涂料涂層的追隨性，有效遮擋屏蔽混凝土產(chǎn)生的裂縫，阻止腐蝕介質(zhì)沿縫滲入侵蝕鋼筋;而工程養(yǎng)護(hù)部門則反對(duì)對(duì)裂縫的有意識(shí)遮蓋，認(rèn)為不利于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的早期發(fā)現(xiàn)、監(jiān)控以及及時(shí)維護(hù)。由于現(xiàn)有涂料產(chǎn)品難以同時(shí)滿足上述雙方的要求，國(guó)外開發(fā)的有機(jī)硅烷浸漬產(chǎn)品得到了應(yīng)用機(jī)會(huì)（如GE的硅烷產(chǎn)品），其滲透力（C50）可達(dá)到2.5 mm、透明效果不掩蓋任何底材變化，而且耐候性、憎水性等性能突出。武漢陽邏、天興洲兩座長(zhǎng)江大橋主塔即先后采用了類似技術(shù)，該技術(shù)的唯一缺陷是裝飾效果明顯不足，因此建議涂料技術(shù)人員以此為鑒，開發(fā)出性能更優(yōu)的涂料新品種（如半透明+滲透性+耐候性+裝飾性涂料）。
2.2 橋面系金屬構(gòu)件防護(hù)問題
考察發(fā)現(xiàn)，橋面系金屬構(gòu)件銹蝕是和面漆老化一樣普遍存在的問題，雖然屬于輕度銹蝕、短期內(nèi)并不威脅到橋梁主體的安全使用，但其涉及面廣、負(fù)面作用大，已嚴(yán)重影響了橋梁工程的裝飾美化效果。橋面系金屬構(gòu)件銹蝕現(xiàn)象集中發(fā)生在鋼構(gòu)件邊角棱角處、涂層破損處以及施工缺陷處。
鋼構(gòu)件邊角棱角是涂裝防護(hù)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，現(xiàn)有涂裝施工文件已明確要求將橋梁鋼結(jié)構(gòu)主體鋼構(gòu)件的邊角打磨成弧形（R=2 mm）[9]，但由于橋面系鋼構(gòu)件種類及數(shù)量繁多、外形尺寸小，而連接和緊固件也必須保有棱角，難以一同打磨處理，實(shí)際控制時(shí)采用復(fù)合處理方法，如底材先鍍鋅或涂裝達(dá)克羅涂層，然后噴“底漆+面漆”或是鋅加涂料，也有直接采用不銹鋼材料甚至再噴面漆的，但效果都不是很理想。杭州灣跨海大橋?qū)β菟ㄍ饧恿怂芰戏雷o(hù)罩;西堠門大橋在風(fēng)障上使用了鋁型材橫欄，鋼護(hù)欄采用了熱噴涂金屬?gòu)?fù)合涂層防護(hù)技術(shù)，螺栓表面采用了外涂鋅加涂料或者是“密封劑密封+外涂面漆”技術(shù)，都取得了一定的改善效果。筆者則建議針對(duì)邊角部位涂層厚度偏薄的問題，除增加涂料的觸變性，更重要的是考慮提高涂層的屏蔽性能，尤其是通過添加片狀
顏料（如云母氧化鐵、鋅粉、鋁粉等）顯著提高底涂層的屏蔽性能。
涂層破損則主要是由于行駛車輛剮蹭、碰撞引起的，由于大部分破損處不能得到及時(shí)的維護(hù)處理，導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象的蔓延。施工缺陷處也是腐蝕破壞發(fā)生的主要位置，例如掉落的刷毛很容易就成為腐蝕介質(zhì)的突破口（見圖5），即使是熱噴涂金屬?gòu)?fù)合涂層防護(hù)體系，如果施工質(zhì)量控制不到位，也難以為鋼鐵基體提供有效保護(hù)（見圖6）。考察也發(fā)現(xiàn)，不論何種復(fù)合涂層體系，都有表面防護(hù)完好的工程構(gòu)件，小到一枚螺栓，大到整節(jié)箱梁，可見設(shè)計(jì)的涂層體系可以達(dá)到預(yù)期防護(hù)效果，而施工控制非常關(guān)鍵。
3 結(jié) 語
通過對(duì)26座不同類型、不同使用年限橋梁的現(xiàn)場(chǎng)考察，證明現(xiàn)有主體工程的復(fù)合涂層防護(hù)體系基本達(dá)到設(shè)計(jì)防護(hù)要求，主要存在問題則是面漆的耐候性問題以及橋面系鋼構(gòu)件普遍銹蝕問題，建議在涂料質(zhì)量、檢測(cè)方法以及涂裝施工質(zhì)量控制等方面加以改進(jìn)提高，借此推動(dòng)工業(yè)防護(hù)涂料的進(jìn)一步發(fā)展以及在橋梁工程上的廣泛應(yīng)用。
