1. 我國橋梁發展歷史和現狀

    我國是一個文明古國，文化歷史非常悠久，有文字記載的橋梁建造的歷史甚至可以追溯到漢代。

    我國的橋梁建設從大的方面來分，可以分為古代與現代兩個時期。其中，古代橋梁基本上都是木橋、石拱橋，跨徑通常為幾十米。比如有著1400多年歷史的趙州橋，跨徑就是37米，但在當時就已經是一個了不起的奇跡。而現代橋梁大多是混凝土橋、預應力混凝土橋、鋼結構橋，橋梁的長度也達到了幾十公里。

 

    我國現代橋梁建設一般可以分為三個時期：第一個時期為建國初期的前十年，即1948~1954年，那時候還不具備新橋的建造能力，主要修復和加固各類舊橋。

    第二時期是到改革開放之前，即1954~1978年，建設大量的中、小跨徑的鋼筋混凝土橋和預應力混凝土簡支梁橋、拱橋及少量的鋼桁梁橋；

    第三個時期是從改革開放到現在，即1978年至今，這一階段我國大量建設大跨徑鋼管拱橋、斜拉橋和懸索橋，大量采用預應力混凝土連續梁和鋼箱梁。

    我國橋梁設計理論和規范的發展和上述的三個時期相對應，首先第一個時期為建國初期，這一時期我國橋梁設計主要參考其他國家相關標準和規范。第二時期開始，相關部門根據我國國情進行了公路橋梁規范的編制。第三個時期則是適應為了改革開放和各類基礎設施建設的迅猛發展，對我國公路橋梁有關標準和規范進行了大規模修訂。

    不可否認的是，建國以后我國各類橋梁建造技術水平得到了突飛猛進的發展，中國橋梁數量增加得很快，每年都有大量新建橋梁投入使用，目前黃河上的大橋超過220座，長江上的大橋也達到160多座，中國公路、鐵路橋梁總和已超過100萬座，并繼續保持著較高的速度在增加，這不得不說是世界橋梁史上的奇跡。

    經過改革開放后30年的發展，我國橋梁建設在材料規范、設計理念和工業化制造方面均達到了世界橋梁行業排名的制高點。世界10大跨海大橋中，我國獨占5座。

表1 世界十大跨海大橋

 

    這里多說一句，中國橋梁建造有個特點，就是你這座橋多長，那我建的橋就一定要比你長一點。你跨徑800米，那我就880米，你1018米，我就1088米，我再來個1092米，就是比你要長那么一點點。雖然這里有一個攀比的心態，但也從另一方面確實也促進了橋梁行業的發展。

    其實說到橋，就不得不說即將通車的珠港澳大橋，絕對是代表了現代橋梁建設的最高水平。港珠澳是世界最長跨海大橋，可抗8級地震，16級大風，大橋總長55公里，是世界公路建筑史上長度最長，技術最復雜，施工難度最高，工程規模最龐大的橋梁。鋼箱梁長度達到20多公里，用鋼量約50萬t，相當于10個“鳥巢”、20個“水立方”的用鋼量，設計使用壽命長達120 a，可以說是一座只有中國人能造出來的超級大橋。絕對是當之無愧的超級工程之首。

    2. 橋梁行業整體發展趨勢

    我國的道路橋梁發展逐步趨于完善，但是整體技術還是落后于發達國家。而且國內整體發展狀況十分不平衡，東部沿海地區路網非常發達，而西部偏遠地區的交通則是十分落后，嚴重阻礙著經濟發展。

    我國地域廣闊，特殊的地形地貌將也對橋梁建造技術發展提出更高要求。再加上一個特殊的原因，很多橋梁在建造過程中當中也存在不少瑕疵，整體質量保證或多或少存在一些問題，再加上有時候過分強調工程建設的經濟效益，但是缺少了對于環境保護等諸多方面的考慮，這都是我們整個行業面臨的問題。但是應該說，最近幾座大橋，上述的問題得到了很大的改觀。又說到港珠澳大橋，這座橋橫跨伶仃洋，下面就是白海豚保護區，因此在建造之初就專門研究了如何不破壞白海豚保護區，這點確實是非常難能可貴的。

    2.1橋梁行業的發展趨勢

    中國橋梁行業的發展趨勢，主要兩個方面：一是向著大跨徑的方向發展，二是鋼梁結構將成為主流。

    未來十年將是我國橋梁鋼梁發展的重要機遇期。大家都知道我國鋼材產量是世界最高的，我國產業政策也是鼓勵和推廣橋梁鋼梁產品的應用。再加上政府部門的引導，以及鋼梁的優勢得到公認和發展，這些都極大地促進了橋梁鋼梁的發展。

    前些年，鋼箱梁結構的橋占主流，但是近些年來，橋梁建設中，鋼桁梁的比例和規模越來越多。鋼桁梁的優點是結構輕巧，用鋼量少，在我國公路橋梁、鐵路橋梁建設中得到了廣泛應用，尤其是在大跨徑橋梁和鐵路客運專線中的應用越來越多。

    2.2橋梁鋼結構的主要類型

    （1）桁架橋

    鋼桁梁橋的主梁是由位于多個平面內的鋼桁架連接形成整體空間結構，來承受荷載作用的空腹式受彎結構。

圖1 桁架結構

    桁架是平面結構中受力最合理的形式之一。桁架橋是橋梁的一種形式。桁架橋一般多見于鐵路和高速公路；分為上弦受力和下弦受力兩種。

    桁架結構的優勢：（1）桁架的設計、制作、安裝均為簡便；（2）用鋼量少；（3）桁架適應跨度范圍很大，故其應用非常廣泛。

    桁架結構的缺點：（1）結構空間大，其跨中高度H較大，給建筑體型帶來笨重的大山頭，單層建筑尤難處理；（2）側向剛度小，鋼屋架尤甚，需要設置支撐，把各榀桁架聯成整體，使之具有空間剛度，以抵抗縱向側力。

    （2）鋼箱梁

    鋼箱梁橋是指主梁為薄壁閉合截面形式的橋梁，主梁常稱為箱型截面梁或箱型梁。箱型梁不但可以作為梁式橋的主梁形式，而且是其他大跨度橋梁，如懸索橋、斜拉橋所經常采用的主梁形式。

圖2 箱梁結構

    箱梁結構的優勢：（1）翼緣寬度大，具有很大抗彎能力、跨度大。（2）抗扭剛度大，荷載橫向分配均勻，適于彎橋。橫向抗彎剛度大，抵抗水平力強，可省縱聯，單箱還省橫聯。（3）單根箱梁整體穩定性好，施工快。（4）梁高小，適用于立交和建筑高度受限的橋梁。（5）外形美觀，橫隔和加勁結構都在箱內。（6）箱內中空結構，便于布置附屬設施、便于檢修維護。

    箱梁結構的缺點：（1）加工時間長（2）用鋼量大。

    （3）鋼板梁

    鋼板梁橋是指由鋼板焊接、栓接或鉚接，形成實腹式鋼梁作為主要承重結構的橋梁，截面多為工字型。

圖3板梁結構

    鋼板梁結構的優勢：（1）構造簡單、制作容易，可整孔運輸，安裝維修養護方便。（2）跨度＜40m時，鋼板梁橋比桁架橋經濟。

    鋼板梁結構的缺點：與鋼筋混凝土梁或預應力鋼筋混凝土梁相比，鋼板梁造價高，因此只有在工期緊張、場地受限的情況下才可以考慮采用鋼板梁橋。

    （4）組合梁橋

    是指采用剪力連接件將鋼板梁、鋼箱梁、鋼桁梁等鋼構件和鋼筋混凝土構件結合起來共同工作的一種復合式結構橋梁。

    優點：（1）方便施工，鋼桿件強度大、重量輕，便于架設。（2）自重小，與混凝土橋相比，自重輕，對于大跨徑橋尤為重要。（3）提高使用性能，鋼抗拉、混凝土抗壓，充分發揮各種材料性能。（4）節省造價。

    3. 橋梁涂料發展歷程

    在建國初期，我國的涂料產業很不發達，很多橋梁涂料大多仍采用以天然原料為主的低檔涂料。比如天津的解放橋，最開始就是用的醇酸漆，后來重涂維修改的氯化橡膠漆，這類產品防銹性能差，裝修性低下，造成所涂裝的橋梁短期內即出現嚴重銹蝕。

    到了80年代以后，隨著大跨境橋梁的建設以及富鋅類涂料的運用，開始越來越多的采用環氧富鋅底漆、環氧云鐵中間漆以及氯化橡膠面漆作為防腐蝕涂裝方案，涂料防護壽命可到到15a以上。

    而到了90年代以后，聚氨酯面漆應用的越來越多，配套主要是富鋅底漆，配合環氧云鐵中間漆、聚氨酯面漆的復合涂層體系。這類重防腐涂裝方案有著良好的重涂性且耐候性優異，涂層的整體防腐蝕壽命能夠達到20a以上。

    到了21世紀后，我國橋梁涂料及涂裝技術日臻完善，很多新技術，比如熱噴鋅鋁、比如自清潔技術開始逐漸應用。就像舟山群島上的多座大型橋梁就采用了與金屬噴涂與氟碳面漆的復合配套涂層體系，這也將涂層的整體防腐蝕及耐候壽命提高到25a以上。

    總結起來，我國的橋梁涂料發展經歷了三個階段：

    第一，起步階段（1953~1979年）

    當時，鐵道科學院聯合國內天津燈塔油漆廠等涂料廠開發研制橋梁涂料，涂料類型為紅丹防銹底漆、醇酸面漆，在武漢長江大橋、南京長江大橋等多座大型橋梁上得以運用。70年代末期，上述產品被性能更為優異的云母氧化鐵類產品所替代。

表2 武漢長江大橋涂裝配套

 

    第二，發展階段（1981~1999年）

    上海開林造漆廠等開發研制出以環氧富鋅底漆、環氧云鐵中層漆和氯化橡膠面漆為主的橋梁配套涂料，用在上海南浦、楊浦、徐浦大橋上，為我國橋梁重防腐涂料的發展作出了良好的開端。

表3 南浦大橋涂裝配套

 

    第三，迅速發展階段（2000年~至今）

    20世紀末，關西、海虹、國際等跨國涂料公司以獨資或合資方式紛紛在中國建廠，將先進的橋梁涂料及涂裝技術帶入中國。一些先進的涂料產品，如氟碳面漆、聚硅氧烷面漆等成功運用于多座重大橋梁。這些新產品、新技術的應用，都極大的促進了我國橋梁涂料的飛速發展。

    比如說廈漳橋和明州橋，就應用了熱噴鋅鋁。像遼河特大橋和中朝新鴨綠江大橋，就應用了自清潔氟碳面漆。而重慶朝天門大橋和菜園壩大橋，則是用了聚硅氧烷面漆。

表4 不同橋梁涂裝配套

    4. 橋梁涂料發展特點

    近年來，涂料行業的發展已日益朝著高固體份，低VOC、無毒化、水性化的環境友好型方向發展。在我國橋梁涂料發展的過程中，將節能減排作為主攻方向，著重做了以下各項工作：

    4.1橋梁涂料環?；?/span>

    普通溶劑型產品中所使用的顏填料易含有重金屬離子等有害物質（鉛、汞、鉻、鎘、多溴聯苯和多溴二苯醚等六項物質），重金屬的有害性是接觸性的，在涂料成膜后不會產生任何揮發、遷移和擴散。重金屬離子對于人與生物的危害主要出現在生產、施工、清理等過程中。如果涂料產品中含有重金屬離子，則在施工時不可避免的會造成周邊環境造成污染。環保型涂料產品應符合歐盟《關于限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令》（Restriction of HazardousSubstances）中RoHS 2011/65/EU規定。

    除重金屬離子外，面漆產品中的游離TDI單體也會對人體造成嚴重危害。TDI是一種有毒化學品，較容易揮發，化學性質非?；顫姟．惽杷狨渲袚]發出的TDI單體被稱為游離TDI，主要的毒性作用是致敏和刺激作用。國際上對涂料中游離TDI的含量有嚴格標準，國際化學品安全規劃署（IPCS）規定其先進水平是必須小于0.5%以保證涂料使用者的安全。而我國目前GB 18581-2009《室內裝飾裝修材料溶劑型木器涂料中有害物質限量》標準中對雙組份聚氨脂面漆中游離TDI含量的規定做出了明確規定：游離二異氰酸酯（TDI、HDI）含量總和須在0.4%以下。

    4.2低VOC化

    VOC在室外太陽光和熱的作用下能參與氧化氮反應并形成臭氧，臭氧導致空氣質量變差并且是夏季煙霧主要組分。VOC在室內對人體的影響可分為三種類型：一是氣味和感官，包括感官刺激，感覺干燥；二是粘膜刺激和其它系統毒性導致的病態，刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮膚等，VOC很容易通過血液-大腦的障礙，從而導致中樞神經系統受到抑制，使人產生頭痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感覺；三是基因毒性和致癌性。目前橋梁涂料仍以溶劑型涂料為主，因此，減少溶劑型涂料VOC含量，提高涂料固體分等是橋梁涂料環保工作的重點。

    為減少涂料產品中揮發性溶劑對于大氣的污染，發達國家均在多年前即制定了限制工業涂料中VOC含量的法令。

表5 美國與歐盟對于工業涂料VOC含量要求

 

    我國在環保方面的重視程度與國外發達國家相比，之前有一定的差距，但是近年來，對于環保的重視程度開始有了明顯地加強。美國與歐盟有明確法規限定了工業涂料的VOC含量，而我國則是在2015年2月1號開始征收溶劑型涂料的消費稅，規定了VOC含量＜420g/L的產品可以免征消費稅。

    為了規避涂料消費稅，同時也是為符合“節能減排、循環經濟和環保要求”的要求，我國的涂料企業也在不斷的對原有產品加以改進和完善，逐漸推出了具有低VOC含量的系列工業涂料產品。比如近期即將通車的港珠澳大橋，就在其涂裝方案中首次提出了VOC已經有害物質限量的要求，當時的產品環保性主要是參考了香港路政署規定的環保型涂料產品。

    近年來，各省份也紛紛出來了對涂料使用企業的排放要求，其中部分省份的要求極為嚴苛，甚至于用高固體的油性涂料都無法滿足要求，這也倒逼涂料企業不得不將大部分精力往水性化投入。

    4.3開發水性橋梁涂料

    傳統溶劑型涂料易燃，涂料中的溶劑揮發易與空氣形成爆炸性混合氣體，當其濃度達到爆炸極限范圍內時，遇火星就會引發爆炸事故。在類似于橋梁鋼箱梁等密閉環境中施工時，因為通風條件的限制，發生爆炸的危險性極大，施工過程中存在較大的安全隱患。

    水性涂料VOC含量的姑且不論，其最為主要的優點是不燃，可以避免起火和爆炸事故的發生，這是水性防腐涂料有別于溶劑型涂料的最大的安全性能優勢。

    水性漆主要以水作為溶劑，雖然含有一些助溶劑，但是有機揮發物含量相當低，幾乎沒有閃點或者閃點相當高，在涂裝過程中沒有安全隱患，對施工人員的健康也沒有什么危害。當然，大家都了解的，水性漆對于水源的污染還有爭議，這里就不多說了。

    但水性涂料產品也存在著一定缺點，比如水性漆對于施工環境比較敏感。而且水性漆的特點所致，難以做到單道厚膜，膜厚做不上去的話，對于整體防腐性也很難有保證。

    另外，水性涂料價格較高，這也制約了水性涂料發展。

    5. 橋梁涂裝配套體系

    國際上橋梁涂裝方面最重要的標準是ISO 12944《色漆和清漆—防護涂料體系對鋼結構的防腐蝕保護》（Paints and Varnishes—CorrosionProtection of Steel Structures by Protective Paint Systems）。該標準共分為八個部分，第二部分（ISO 12944-2:1998）對大氣環境的腐蝕級別做出了詳細規定，第五部分（ISO 12944-5:2007）給出了不同腐蝕級別下的配套涂層品種及厚度的指導性數據，對于橋梁的涂裝配套體系的制定具有重要的指導意義。ISO12944標準經過多年的實踐，證明是有效實用的，受到世界各地的業主、涂料商和防腐蝕設計人員等的良好贊譽，廣泛被各個國家采用。

    再來說說我們的近鄰日本。日本是橋梁眾多的國家，他們對橋梁的涂裝非常重視，早在50年代，日本道路協會就制定了《鋼質公路橋涂裝便覽》，并在1991年10月，對該標準進行了修訂，根據日本鋼管應用技術研究所在1974年開始在連接瀨戶內海的橋梁上進行的實橋涂裝實驗，多種涂料體系分別在1、2、3、5、7、10、15年（1989年）檢查，綜合評定的結果是取消了厚膜型無機富鋅+酚醛云鐵+氯化橡膠及鍍鋅的涂裝體系。推薦使用重防腐涂裝體系，底漆是無機富鋅和超厚膜型環氧涂料，氟樹脂涂料作為面漆正式列入了橋梁涂裝規格書。隨即，日本著名的多多羅大橋、明石海峽大橋等跨海大橋，均使用了氟碳涂料體系進行防腐蝕涂裝保護，經過十幾年的實際使用，涂層的景觀效果和防腐效果仍十分良好。

    我國目前橋梁涂料和涂裝的標準，可以分為公路橋和鐵路橋兩大方面，公路橋方面的標準比較完善，主要有鋼橋和混凝土橋兩大類。

    鋼橋方面：主要有交通部行業標準：JT/T 722-2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》，JT/T 694-2007《懸索橋主纜防腐涂裝技術條件》，JT/T 695-2007《混凝土橋梁表面涂層防腐技術條件》。

    混凝土橋，主要是JT 821.1-2011 混凝土橋梁結構表面用防腐涂料第1部分：溶劑型涂料，JT 821.2-2011 混凝土橋梁結構表面用防腐涂料第2部分：濕表面涂料，JT 821.3-2011 混凝土橋梁結構表面用防腐涂料第3部分：柔性涂料，JT 821.4-2011 混凝土橋梁結構表面用防腐涂料第4部分：水性涂料。

    鐵路橋方面的行業標準，主要是鐵道部的幾個標準，最重要的就是TBT 1527-2011 鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術條件，其他的還有：TB/T 2486-1994《鐵路鋼梁涂膜劣化評定》，TB/T 2772-1997《鐵路鋼梁防銹底漆供貨技術條件》，TB/T 2773-1997《鐵路鋼梁面漆、中間漆供貨技術條件》。

    另外，還有化工行業標準：HG/T 3656-1999《鋼結構橋梁漆》。

    這些行業標準略有差異和區別，互為補充，其中最重要的標準是JT/T 722-2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》，該標準的主要內容借鑒了ISO 12944的內容，規定了公路橋梁鋼結構防腐蝕涂裝的分類、要求、試驗方法、檢驗規則、安全、衛生和環境保護以及驗收的要求，對于我國橋梁防腐蝕涂裝，起到了非常重要的指導作用。

    我國橋梁涂裝配套的標準JT/T 722主要沿用了ISO12944的數據，而日本主要依據日本道路協會推薦的涂裝配套，同類的使用環境，我國的橋梁涂裝配套膜厚偏厚，下面僅以C5-M環境為例加以說明。

表6我國橋梁涂裝配套標準膜厚的差異

 

    以上數據說明我國橋梁的涂裝配套膜厚是最厚的，為330微米，大于ISO12944規定的320微米，遠大于日本道路協會規定的250微米；面漆的膜厚也是最厚的，為80微米，大于ISO標準和日本道路協會推薦的50微米。在日本，實際涂裝的橋梁第一道面漆一般為環氧中涂，面漆膜厚僅為25微米，比我國目前常規涂裝的80微米低很多。日本道路協會推薦的膜厚是有常年的暴曬數據的積累，實際證明，只要施工正常，保證涂裝的質量，該配套的防腐蝕效果是有保證的。

    筆者調查了采用該體系涂裝的明石海峽大橋，經過了14年的使用，沒有任何生銹、起泡、剝落、開裂和沾污，變色為1級，粉化為3級，失光為3~4級，防腐蝕效果和景觀效果還是非常優異的。

    6. 水性涂料在橋梁領域的應用趨勢

    最后來探討一下水性漆在橋梁領域的應用趨勢。作為水性漆來講，天生的存在一些問題，比如干燥速度、比如厚涂性的問題，這些都是水的特性所導致。這些問題也是限制水性漆在重防腐領域大量推廣的主要原因。

    和已經全面轉水的集裝箱行業不同，橋梁施工一般在大型鋼結構廠，由于分段的體積巨大，肯定不具備烘烤干燥的條件。另外，橋梁的建造施工是一個非常復雜的過程，一般來講工期都會比較緊張，而涂裝通常都在最后的環節，因此往往是被壓工期最為嚴重的一環，這也就造成橋梁涂裝很難有很充裕的時間來按照規范進行施工。

    那么，這是否就是說水性漆無法在橋梁這類的重防腐領域推廣使用呢？我覺得并不是。在橋梁領域，以下的幾方面還是可以使用的。

    （1）橋面

    首先是橋面臨時保護。了解橋梁行業的朋友們都知道，橋面最終是要鋪裝防水材料和瀝青路面的。但是在橋梁分段建造到全橋合攏之前這個過程，必須要對橋面進行涂裝保護。

    通常，橋面采用的臨時保護油漆多數是環氧富鋅底漆和無機富鋅底漆，一般是噴涂80μm左右，這個是標準中的要求。但是呢，也有很多橋就用氯化橡膠漆，用環氧漆等等品種。到了全橋合攏以后，根據各個橋的設計工藝不同，有的橋會打掉這層臨時保護油漆，直接鋪裝防水材料，也有的是打掉舊涂層，再噴一道環氧富鋅底漆，然后再鋪裝防水。

    因此，我覺得水性涂料，在橋面上的應用應該是不會存在任何的問題。目前，兩組分的水性環氧富鋅底漆，以及水性無機富鋅底漆都已經非常的成熟，產品也完全能夠達到臨時保護的要求。

    （2）內壁

    其次就是內壁。剛才我們也介紹了鋼箱梁內壁分為封閉環境和非封閉環境兩種，在封閉環境下，又有配備除濕設備和沒有除濕兩種情況。

    非封閉環境通常采用和外表面一樣的配套。

    而封閉環境通常是在鋼箱梁的內部，一般有除濕的情況下，其腐蝕環境就比較輕微，我們認為可以按照C3的腐蝕環境來設計配套。也就是說，用水性環氧磷酸鋅底漆就可以滿足防腐要求。而沒有除濕機的情況下，一般認為可以按照C4的腐蝕環境來設計配套，也可以采用水性環氧富鋅底漆+水性環氧云鐵中間漆的方案。

    但是，水性漆在內艙的應用，需要注意兩個方面，一個是內艙通風狀態不佳，對于閃銹的抑制很重要。二是對于厚涂性的要求，艙內的U肋、自由邊、過焊孔很多，這些部位通常油漆會噴的比較厚，水性漆的厚涂性如果控制的不好，在這些部位容易過厚產生流掛、針孔等漆病，嚴重的會導致層間附著出現問題。同時，單道成膜比較薄的話，也不利于上膜厚。

    （3）維修

    我們都知道立邦推出的舊房重涂的業務，目前市場前景非常廣闊。而舊橋維修也是一樣，我國在幾十年里造了大量的鋼橋，其中大部分都到了重涂維修的時間，這個行業在未來應該是一個非常大的行業。

    那么，在舊橋重涂的過程中，不可能將橋梁運回工廠去噴砂重新涂裝，而只能在橋位進行全橋維修，這里面就涉及到很多問題，其中很重要的一點就是對于當地水文環境、人文環境的污染。因此今后在舊橋重涂領域就很難采用新橋建造時候的原有的油性涂料去進行維修。如果水性漆可以做到低表面處理、帶銹涂裝，我覺得，水性漆在舊橋重涂方面，很有可能會打出很大一片市場。

 

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責任編輯：殷鵬飛

 

 

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