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(yán)重腐蝕環(huán)境下，承受著載荷、Cl-、SO2、雨水、凝露、海水、臺(tái)風(fēng)等多種因素的影響，其防護(hù)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(hù)。

橋梁支座是橋梁結(jié)構(gòu)的一個(gè)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(qiáng)大的橋梁結(jié)構(gòu)，保障整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的安全。橋梁鋼結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)壽命一般在50～100 a，多處于較嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境中，橋梁防護(hù)涂層的有效防護(hù)期一般在10～25 a，

支座處特別容易產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)橋梁支座維護(hù)、更換很困難，一旦腐蝕，則可能嚴(yán)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(duì)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(duì)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(diǎn)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(hù)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(gè)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(jìn)行預(yù)測和防護(hù)，只要進(jìn)行嚴(yán)格的工程設(shè)計(jì)和采取合理的防腐蝕措施，鋼橋梁一般不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的腐蝕事故。

1.2 點(diǎn)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(diǎn)蝕行為。Cl-具有離子半徑小、穿透能力強(qiáng)、極性強(qiáng)的特性，因此很容易到達(dá)金屬表面，加速金屬的腐蝕。腐蝕過程中，Cl-不僅在點(diǎn)蝕坑內(nèi)富積，而且還會(huì)在未產(chǎn)生點(diǎn)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(huì)積聚成核，導(dǎo)致該區(qū)域陽極溶解加速。這樣金屬基體會(huì)被向下深挖腐蝕，形成點(diǎn)蝕坑內(nèi)陽極金屬的溶解，又會(huì)加速Cl-透過腐蝕產(chǎn)物膜擴(kuò)散到點(diǎn)蝕坑內(nèi)，使點(diǎn)蝕坑內(nèi)的Cl-濃度進(jìn)一步增加，這一過程是屬于Cl-的催化機(jī)制，當(dāng)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(huì)鈍化。在Cl-的催化作用下，點(diǎn)蝕坑會(huì)不斷擴(kuò)大、加深，嚴(yán)重時(shí)蝕孔貫穿整個(gè)金屬斷面。蝕孔將會(huì)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(jì)，嚴(yán)重的腐蝕穿孔往往可能導(dǎo)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(diǎn)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(shí)，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(shí)，墊石內(nèi)預(yù)埋鋼板不牢固，與支座連接不牢，固定件松動(dòng)，加固不及時(shí)，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(tái)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(dòng)變位等都會(huì)導(dǎo)致在支座連接處形成縫隙，發(fā)生縫隙腐蝕。當(dāng)縫隙寬度處于25～100 μm時(shí)是縫隙腐蝕發(fā)生最敏感的區(qū)域?？p隙腐蝕的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致橋梁支座強(qiáng)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(huì)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(shí)，當(dāng)縫隙處通風(fēng)不佳、濕度高或產(chǎn)生冷凝時(shí)更容易引起局部的高腐蝕速率?？p隙腐蝕可參考前述點(diǎn)蝕的產(chǎn)生機(jī)理，自催化是造成腐蝕加速進(jìn)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(huì)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(huì)誘發(fā)裂紋，又能加速疲勞裂紋的擴(kuò)展，甚至開裂，從而導(dǎo)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(hù)

2.1 橋梁支座防腐蝕保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

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

根據(jù)ISO12944《色漆和清漆防護(hù)涂料體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護(hù)》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(jí)，即處于中等至很高腐蝕性等級(jí)，因此，在設(shè)計(jì)涂層配套體系時(shí)，需參照此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的防護(hù)。

2.2 橋梁支座的防腐蝕保護(hù)

針對(duì)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(shí)、最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施。在實(shí)際應(yīng)用中起到長效防護(hù)并具有最佳性價(jià)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(duì)于整個(gè)涂層體系的防銹性能起著至關(guān)重要的作用。這是因?yàn)橥暾沫h(huán)氧富鋅底漆保護(hù)膜可以首先以屏蔽作用的形式保護(hù)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(hù)膜；當(dāng)涂膜破損時(shí)，還可以對(duì)局部破損區(qū)域提供陰極保護(hù)，使得銹蝕不會(huì)蔓延開來，從而達(dá)到保護(hù)鋼板底材的目的。標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)殇\含量的高低與整個(gè)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(shí)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(jī)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(tuán)，又有柔軟的碳碳長鏈。形成的涂膜堅(jiān)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(gè)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(yán)重大氣腐蝕環(huán)境橋梁支座表面防護(hù)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(diǎn)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(duì)橋梁支座所用材料的腐蝕及其防護(hù)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(yán)格按照國際或國內(nèi)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并選用具有長效保護(hù)效果的涂層配套體系，同時(shí)執(zhí)行嚴(yán)格的施工規(guī)范，以保證其耐久性。