桥梁涂装设计

1、一、桥梁的腐蚀环境 桥梁是横跨海湾或或江河的交通天堑， 腐蚀环境非常复杂， 包 括了大气腐蚀、 水的腐蚀和土壤腐蚀三种主要的腐蚀环境。由于桥梁所处的地理位置千差万别， 使得每一座桥梁的腐蚀环境有着很大的 差 异。 现代的桥梁越来越长，特别是悬索桥，跨度长 1000 米以上，那么桥梁 所处的 环境从一头到另一头， 就会带来腐蚀性质的变化。 比如，桥梁从乡村郊区 一头扎到 了繁闹的都市，两边的腐蚀环境就有很大的变化。大气腐蚀（一）根据大气腐蚀环境中污染物质，大气环境的类型大致可以分为农村大气、 城市 大气、工业大气、海洋大气和海洋工业大气。（ 1 ）农村大气 农村大气中最洁净的大气环境， 空气中不含强烈的化学污染， 主要 含有机 物和无机物尘埃等。影响腐蚀的因素主要是相对湿度、温度和温差。（2）城市大气 城市气中的污染物主要是指城市居民生活所造成的大气污染， 如汽车 尾气、 锅炉排放的的二氧化硫等。 实际上很多大城市往往又是工业城市， 或者是海 滨城 市，所以大气环境的污染相当复杂。 为了提高大气环境的质量， 许多城市开始 了 治理大气的行动，如提倡使用汽车绿色能源， 关停小锅炉，对火力发

2、电厂进行 FGD 改造等。（3）工业大气 工业生产区所排放的污染物中含有大量 SO2、H2S 等含硫化合物， 所以工业 大气环境最大特征是含有硫化物。 它们易溶于水， 形成的水膜成为强腐蚀介质， 加速金属 的腐蚀。随着大气相对湿度和温差的变化， 这种腐蚀作用更强。 很多石化企业和钢铁企业往 往 非常大，可以形成一个中等城市规模， 大气质量相当差， 对工业设备和居民生活造成的 污染 极其严重。（4）海洋大气 其特点是空气湿度大， 含盐份多。暴露在海洋大气中的金属表面有细 小盐粒 子的沉降。海盐粒子吸收空气中的水分后很容易在金属表面形成液膜， 引起腐蚀。 在季节 或昼 夜变化气温达到露点时尤为明显。 同时尘埃、 微生物在金属表面的沉积， 会 增强 环境的腐蚀性。 所以海洋大气对金属结构的腐蚀比内陆大气， 包括乡村大气 和城市 大气，要严重得多。海洋的风浪条件、 离海面的高度等都会影响到海洋大气腐蚀性。 风浪大时， 大气 中不分多含盐量高，腐蚀性增加。据研究，离海平面 7 8 米处的腐蚀性最强，在此之 上越 高腐蚀 性越弱。降雨量的大小也会影响腐蚀。频繁的降雨会冲刷掉金属表面的沉积物， 腐蚀

3、 会减轻。相对湿度升高使海洋大气腐蚀加剧。 一般热带腐蚀性最强， 温带次之， 两极区最 弱。（5）海洋工业大气 处于海滨的工业大气环境， 属于海洋性工业大气， 这种大气中 既含有化学污染 的有害物 质，又含有海洋环境的海盐粒子。两种腐蚀介质的相互作 用对金属为害更重。（二）、水的腐蚀 大桥是横跨江河湖海的，桥梁的墩梁等不可避免地会处于水的腐蚀 环境之中。（1）淡水腐蚀淡水是的含盐量少， 一般呈中性， 如江河湖泊的水等。 一般情况下， 淡 水的 腐蚀性较弱。 在淡水中的腐蚀是氧去极化腐蚀， 即吸氧腐蚀。 水中有着足 够的溶 解氧的存在是金属腐蚀的最根本原因。 淡水中含盐量低， 导电性差。 电化 学腐蚀 的电阻比在海水中大。由于淡水的电阻大， 淡水中的腐蚀主要以微电池 腐蚀为主。 但是随着工业排放物对淡水的污染， Cl 、 SO42， NO3、ClO 都会加剧腐 蚀的进行，这些因素对淡水腐蚀的影响不可忽视。（2）海水腐蚀海水是一种含有多种盐类的电解质溶液，以3 3.5 %的氯化钠为主盐，pH值为 8 左右，并溶有一量的氧气。 除了电位很负的镁及其合金外， 大部分金 属材料 在海水中都氧去极

4、化腐蚀。 其主要特点是海水中氯离子含量很大， 因此大 多数金属 在海水中阳极极化阻滞很小，腐蚀速度相当高；海浪、飞溅，流速等这 些利于供氧的 环境条件， 都会促进氧的阴极去极化反应， 促进金属的腐蚀。 海水 导电率很大， 所以不仅腐蚀微电池活性大， 宏电池的活也很大。 海水中不同金属 相接触时，很容 易发生电偶腐蚀。即使两种金属相距数十米，只要存在电位差， 并实现电联结，就可 能发生电偶腐蚀。（三）、土壤腐蚀大桥的支撑梁柱必然要立足于土壤之中， 土壤对钢铁或混凝土的腐蚀直接 影响 着大 桥的安全。土壤是由气相、 液相和固相所构成的一个复杂系统， 其中还生存着 很 多土壤微生 物。影响土壤腐蚀的因素很多， 各因素又会相互作用。 所以这是一 个十分复杂的 腐蚀问题。以下为影响土壤腐蚀的几个重要因素。（1）电阻率 它是土壤腐蚀的综合性因素。土壤的含水量，含量盐量，土质，温度等 都会影响土壤的电阻率。 土壤含水率未饱和时， 土壤电阻率随含水量的增加而减小。 当达到饱和时， 由于土壤孔隙中的空气被水所填满， 含水量增加时， 电阻率也增 大。（2）含氧量土壤的透气性好坏直接与土壤的孔隙度松紧度，

5、土质结构有着密切关系。 紧密 的土壤中氧气的传递速度较慢， 疏松的土壤中氧气的传递速度较快。 在含氧 量不同 的土壤中，很容易形成氧浓差电池而引起腐蚀。（3）盐分土壤中的盐分除了对土壤腐蚀介质的导电过程起作用外， 还参与电化学反 应， 从而影响土壤的腐蚀性。它是电解液的主要成份。含盐量越高，电阻率越 低，腐蚀性 就越强。 氯离子对土壤腐蚀有促进作用， 所以在海边潮汐区或接近盐 场的土壤， 腐蚀更为严重。 但碱土金属钙、 镁等的离子在非酸性土壤中能形成难 溶的氧化物和 碳酸盐，在金属表面上形成保护层， 能减轻腐蚀。富含钙镁离子的石灰质土壤，就是 一个典型例子。（4）含水量水分使土壤成为电解质， 是造成电化学腐蚀的先决条件。 土壤中的含水量 对金 属材料的腐蚀率存在着一个最大值。 当含水量低时， 腐蚀率随着含水量的增 加而增 加。达到某一含水 量时腐蚀率最大达时再增加含水量， 其腐蚀性反而下降。（ 5） pH 值即土壤的酸碱性强弱指标。 它是土壤中所含盐份的综合反映。 金属材料在 酸性 较强的土壤腐蚀最强。中性，碱性土壤中，腐蚀较小。（6）温度 土壤温度通过影响土壤的物理化学性质来影响土壤

6、的腐蚀性的。 它可以影 响土 壤的含水量，电阻率，微生物等。温度低，电阻率增大，温度高，电阻率降 低。温度 的升高使微生物 活跃起来，从而增大对金属材料的腐蚀。（7）微生物 土壤中的微生物会促进金属材料的腐蚀过程， 还能降低非金属材料的稳定性 能。厌氧的硫酸盐还原菌趋向于在钢铁附近聚集，导致钢铁的腐蚀。好氧菌， 如硫化菌的 生长，能氧化 厌氧菌的代谢产物，产生硫酸，破坏金属材料的保护膜，使之发生腐 （8）杂散电流这是一种土壤介质中存在的一种大小， 方向都不固定的电流。 大部分是直 流电 杂散电流，它来源于电气化铁路，电车，地下电缆的漏电，电焊机等等。二、钢结构桥梁腐蚀机理和常见的腐蚀类型 钢结构在水和空气中氧侵蚀的条件下产生电化学反应，在阳极，铁释放电 子 e： Fe- Fe 2+ + 2e-;在阴极，水中的溶解氧吸收来自阳极的电子而生成氢 氧根离子0H-, Q+ 2 H 20 +4e - 4OH，电子由阳极不断流向阴极，产生腐蚀 电流，在钢梁表面 生成氢氧化亚铁 薄膜，再与水、氧结合生成氢氧化铁，即铁锈 22 Fe + 2 H 2Q+ Q2 -2Fe（Q H）2， 2Fe（QH）2+

7、 H2Q + 1/2Q2-2Fe（QH）1 均匀腐蚀现象在钢结构桥梁腐蚀现象中， 均匀腐蚀是比较常见的一种腐蚀的形态， 其主要 的 特征是腐蚀分布于整个的金属表面， 并且以基本相同的速度使钢结构整体的厚 度变 薄。均与腐蚀会使钢结构造成大量的金属损失， 但是由于其是按照均匀的速 度进 行，所以比较容易的进行预测和防护。 对于均匀腐蚀只要设计合理， 并且采 取有效 的防腐蚀措施，钢结构一般情况下就不会发生突然性的腐蚀事故。2 点腐蚀现象钢结构桥梁在适宜的环境当中，虽然经过一段时间大部分表面没有受到腐 蚀，但 是在个别的点或是微区域当中， 由于金属的选择性腐蚀， 就会出现相应的 蚀孔或者 是麻点， 发生此种情况， 随着时间的推移， 腐蚀孔就会向着纵深方向发 展，进而 对于钢结构造成比较严重的影响。3 缝隙腐蚀现象造成钢结构桥梁缝隙腐蚀的主要的原因是因为金属与金属或金属与非金属 相连接 的过程中表面存在着缝隙， 在有相应的腐蚀介质存在的时候发生的局部的 腐蚀形态，此种现象主要的发生在金属衔接、螺栓的连接以及螺钉接头等部位三、钢结构的防腐蚀措施目前, 钢结构的防腐蚀措施主要有以下五种 :1.

8、耐候钢耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢 , 一般含有磷、铜、镍、铬、 钦等金属 ,使金属表面形成保护层 , 以提高耐腐蚀性。其低温冲击韧性也比一般的 结 构用钢好，执行标准为焊接结构用耐候钢（GB4172 84）。2. 热浸锌热浸锌是将除锈后的钢构件浸入 600C 左右高温融化的锌液中，使钢构件表 面 附着锌层，锌层厚度对snnll以下薄板不得小于65pm,对厚板不小于86pm从而 起到防 腐蚀的目的。 这种方法的优点是耐久年限长 ,生产工业化程度高 ,质量稳定. 热浸锌的 首道工序是酸洗除锈 , 然后是清洗。这两道工序不彻底均会给防腐蚀留 下隐患,应避免 设计出具有相贴合面的构件 ,以免贴合面的缝隙中酸洗不彻底或 酸液洗不净。对于管 形构件应该让其两端开敞 , 两端封闭会造成管内空气膨胀而 使封头板爆裂 ,造成安全 事故 ;一端封闭则锌液流通不畅 ,易在管内积存。3. 热喷铝(锌)复合涂层这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法 . 具体做法是先对钢构 件表 面作喷砂除锈 , 使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔一氧焰将不断送出 的铝 (锌)丝融化,并用压缩空气吹附到

9、钢构件表面 ,以形成蜂窝状的铝 (锌)喷涂 层(厚度约SOp 口 100,耐。最后用油漆等涂料封闭毛细孔，形成复合涂层。此法 无 法在管状构件的内壁施工 , 因而管状构件两端必须做气密性封闭 , 以使内壁不 被腐蚀. 这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强 ,构件形状尺寸几乎不受限制。 另 一优点是这 种工艺的热影响是局部的 , 受约束的 , 因而不会产生热变形。 与热浸锌 相比,这种方 法缺点的工业化程度较低 ,喷砂喷铝(锌)的劳动强度大,质量易受操 作者的情绪变化 影响 .4. 漆涂层法涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐蚀方法 . 它一次成本低 , 但维护相对成本 较 高。涂层法施工的第一步是除锈。优质的涂层依赖于彻底的除锈 , 要求高的涂 层一般 多用喷砂喷丸除锈 ,露出金属的光泽 ,除去所有的锈迹和油污。 现场施工的 涂层可用 手工除锈 .涂层的选择要考虑周围的环境 ,不同的涂层对不同的腐蚀条 件有不同的耐 受性。涂层一般有底漆、中间漆和面漆之分。底漆含粉料多 , 基料 少, 成膜粗糙 , 与 钢材粘附力强 , 中间漆的作用是增加涂层的厚度以提高整个涂层 系统的屏蔽性能 ,中 间漆对于底漆和面漆要有很好的附着力。 面漆则基料多,成膜 有光泽 , 能保护底漆不 受大气腐蚀 , 并能抗风化。选用不同涂料时要注意它们的相 容性。涂层的施工要有适 当的温度(5 一 38C 之间)和湿度(相对湿度不大于 85%)。 涂层的施工环境粉尘 要少 ,构件表面不能有结露 .涂装后 4 小时之内不得淋雨。 涂 层一般做 45 层,千漆 膜总厚度可加厚为 200300 微米。5. 阴极保护法在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀 , 常用于水下或地下结构 . 涂 层防护因其施工方便 , 防腐效果好而得到广泛应用。我国钢桥的防腐一般采用 涂层保 护法 , 并形成了铁路和公路行业各自的行业推荐标准。四、涂装前钢表面前处理钢桥构件在加工、运输、存放等过程中 , 表面往往会带有氧化皮、铁锈制模 残留 的型砂、 焊

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