橋梁底部的腐蝕

近些年，橋梁一直在快速發(fā)展通道之中，隨著大型鋼橋的不斷出現(xiàn)，它們處于海洋或工業(yè)的中等至嚴重腐蝕環(huán)境下，承受著載荷、Cl-、SO2、雨水、凝露、海水、臺風等多種因素的影響，其防護涂裝問題已成為防腐工程界的重要課題。為保證鋼橋安全使用，不受腐蝕破壞，延長使用壽命，數(shù)十年來，一直采用涂料保護。

橋梁支座是橋梁結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分，它能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形（位移和轉(zhuǎn)角）可靠地傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)，從而有效支撐強大的橋梁結(jié)構(gòu)，保障整個橋梁結(jié)構(gòu)的安全。橋梁鋼結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計壽命一般在50～100 a，多處于較嚴重的腐蝕環(huán)境中，橋梁防護涂層的有效防護期一般在10～25 a，

支座處特別容易產(chǎn)生腐蝕，同時橋梁支座維護、更換很困難，一旦腐蝕，則可能嚴重影響橋梁的安全。因此，橋梁支座的耐久性在很大程度上決定了橋梁結(jié)構(gòu)的安全。橋梁支座的耐久性不僅取決于支座材料的自身特性，對于鋼鐵材料而言，它必須依靠涂覆涂料產(chǎn)品才能保證其表面不發(fā)生腐蝕。因此，選擇優(yōu)異性能的涂層配套體系對鋼基橋梁支座的使用壽命往往具有決定作用。

1 橋梁支座的腐蝕

鋼結(jié)構(gòu)橋梁支座由于其所處的環(huán)境，既具有橋梁鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的一般特征，又具有自身的不同特性。主要表現(xiàn)為均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕等幾種腐蝕形態(tài)。

1.1 均勻腐蝕

大氣腐蝕的基本原理

未保護的鋼結(jié)構(gòu)橋梁支座整體主要表現(xiàn)為均勻腐蝕，其特征是腐蝕分布于整個金屬表面，并以相同的速度使金屬整體厚度減薄。均勻腐蝕雖然造成大量金屬損失，但由于腐蝕速度均勻，可以容易地進行預測和防護，只要進行嚴格的工程設(shè)計和采取合理的防腐蝕措施，鋼橋梁一般不會發(fā)生災(zāi)難性的腐蝕事故。

1.2 點蝕

在沿海地區(qū)，存在大量的鹽分，Cl-含量很高，容易誘發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的點蝕行為。Cl-具有離子半徑小、穿透能力強、極性強的特性，因此很容易到達金屬表面，加速金屬的腐蝕。腐蝕過程中，Cl-不僅在點蝕坑內(nèi)富積，而且還會在未產(chǎn)生點蝕坑的區(qū)域處富積，在基體鐵與腐蝕產(chǎn)物膜界面處的雙電層結(jié)構(gòu)容易優(yōu)先吸附Cl-，使得界面處Cl-濃度升高。在部分區(qū)域，Cl-會積聚成核，導致該區(qū)域陽極溶解加速。這樣金屬基體會被向下深挖腐蝕，形成點蝕坑內(nèi)陽極金屬的溶解，又會加速Cl-透過腐蝕產(chǎn)物膜擴散到點蝕坑內(nèi)，使點蝕坑內(nèi)的Cl-濃度進一步增加，這一過程是屬于Cl-的催化機制，當Cl-濃度超過一定的臨界值之后，陽極金屬將一直處在活化狀態(tài)而不會鈍化。在Cl-的催化作用下，點蝕坑會不斷擴大、加深，嚴重時蝕孔貫穿整個金屬斷面。蝕孔將會在哪些部位出現(xiàn)，腐蝕的程度如何，這些問題都難以通過有效的檢測方法做出估計，嚴重的腐蝕穿孔往往可能導致事故突然發(fā)生，是一種破壞性和隱患性極大的局部腐蝕，因此，需要特別注意鋼結(jié)構(gòu)橋梁支座在沿海地區(qū)發(fā)生的點蝕現(xiàn)象。

1.3 縫隙腐蝕

由于結(jié)構(gòu)上的原因，在安裝鋼結(jié)構(gòu)橋梁支座時，支座墊石、梁底面不平整或墊石頂面不水平，砂漿填充不密實，墊石內(nèi)預埋鋼板不牢固，與支座連接不牢，固定件松動，加固不及時，因防水裝置缺陷使支座或連接面產(chǎn)生積水，或者由于橋墩、橋臺產(chǎn)生不均勻沉降、傾斜，與上部結(jié)構(gòu)水平移位，上部結(jié)構(gòu)的振動變位等都會導致在支座連接處形成縫隙，發(fā)生縫隙腐蝕。當縫隙寬度處于25～100 μm時是縫隙腐蝕發(fā)生最敏感的區(qū)域。縫隙腐蝕的結(jié)果會導致橋梁支座強度降低，與其他構(gòu)建配合吻合程度變差?？p隙內(nèi)腐蝕產(chǎn)物體積的增大，會引起局部附加應(yīng)力，不僅使裝配困難，而且使橋梁支座的承載能力降低，同時，當縫隙處通風不佳、濕度高或產(chǎn)生冷凝時更容易引起局部的高腐蝕速率?？p隙腐蝕可參考前述點蝕的產(chǎn)生機理，自催化是造成腐蝕加速進行的最主要原因。因此，必須密切注意橋梁支座處產(chǎn)生縫隙，從而防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

1.4 應(yīng)力腐蝕

鋼橋承載使其常年處于腐蝕及交變應(yīng)力的聯(lián)合作用下，尤其是在橋梁支座部位，會產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，引起應(yīng)力腐蝕。由于腐蝕和疲勞的疊加作用，腐蝕既會誘發(fā)裂紋，又能加速疲勞裂紋的擴展，甚至開裂，從而導致橋梁支座結(jié)構(gòu)失去有效支撐作用，易于誘發(fā)安全隱患。

2 橋梁支座的防腐蝕保護

2.1 橋梁支座防腐蝕保護標準

橋梁支座防腐蝕保護一般參照與橋梁相關(guān)的標準，具體可參見表1。        

根據(jù)ISO12944《色漆和清漆防護涂料體系對鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護》第2部分：環(huán)境分類（如表2所示），多數(shù)橋梁結(jié)構(gòu)處于C3～C5大氣腐蝕性等級，即處于中等至很高腐蝕性等級，因此，在設(shè)計涂層配套體系時，需參照此標準對鋼結(jié)構(gòu)進行必要的防護。

2.2 橋梁支座的防腐蝕保護

針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁支座，研制和使用“量身訂做”的涂層，是最現(xiàn)實、最有效、最經(jīng)濟的措施。在實際應(yīng)用中起到長效防護并具有最佳性價比的配套體系為特制環(huán)氧富鋅防銹底漆/環(huán)氧云鐵中間漆/丙烯酸丙烯酸聚氨酯面漆。

在上述配套中，特制環(huán)氧富鋅防銹底漆對于整個涂層體系的防銹性能起著至關(guān)重要的作用。這是因為完整的環(huán)氧富鋅底漆保護膜可以首先以屏蔽作用的形式保護鋼板底材，隔絕鋼板與腐蝕物的直接接觸，在它們之間形成保護膜；當涂膜破損時，還可以對局部破損區(qū)域提供陰極保護，使得銹蝕不會蔓延開來，從而達到保護鋼板底材的目的。標準規(guī)定要求不揮發(fā)物含量需高于80%，密度需大于2.73 g/cm3，這是因為鋅含量的高低與整個涂層體系的耐蝕性有著密切的聯(lián)系。

云鐵環(huán)氧中間漆其顏料份中選用優(yōu)質(zhì)灰色云母氧化鐵作為防銹顏料。在涂膜中采用這類鱗片狀顏料，呈層層疊積狀排列，加大了水汽滲透阻力，同時涂膜表面具有一定的粗糙度，有利于面漆的黏結(jié)，與環(huán)氧富鋅底漆配合，相輔相成，屏蔽性極佳。

脂肪族聚氨酯面漆選用HDI型脂肪族多異氰酸酯作為固化劑，采用羥基丙烯酸樹脂作為基料樹脂，固化成膜后生成性能優(yōu)異的雙組分丙烯酸聚氨酯面漆，保證了涂膜豐滿度、韌性、硬度等機械牲能和外表觀裝飾性。脂肪族聚氨酯大分子結(jié)構(gòu)中既含有異氰酸根極性基團，又有柔軟的碳碳長鏈。形成的涂膜堅韌共存，耐磨性好，具有優(yōu)異的保光、保色、抗紫外線、抗老化等耐候性能。因此，整個配套具有很好的附著力、耐蝕性及優(yōu)異的耐候性等綜合性能，是嚴重大氣腐蝕環(huán)境橋梁支座表面防護的首選。

結(jié)語

橋梁支座是一種承受高應(yīng)力的結(jié)構(gòu)部件，容易發(fā)生點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕，其使用壽命直接影響橋梁的安全。因此，必須對橋梁支座所用材料的腐蝕及其防護研究引起足夠的重視，根據(jù)橋梁所處地區(qū)的腐蝕環(huán)境，嚴格按照國際或國內(nèi)相關(guān)行業(yè)標準設(shè)計并選用具有長效保護效果的涂層配套體系，同時執(zhí)行嚴格的施工規(guī)范，以保證其耐久性。