肖俊

中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司 四川攀枝花 617068

1 概述

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋（以下簡(jiǎn)稱波形鋼腹板PC 組合箱梁橋）是一種經(jīng)濟(jì)、高效、施工簡(jiǎn)便的新型橋梁形式。自從1988 年ACSI 協(xié)會(huì)將波形鋼腹板PC 組合箱梁作為橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹后，世界各國(guó)均圍繞這一新的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。波形鋼腹板箱梁恰當(dāng)?shù)貙?、混凝土兩種不同材料結(jié)合起來(lái)，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強(qiáng)度及材料的使用效率，其諸多優(yōu)越性。波形鋼腹板PC 組合箱梁用波形鋼板置換預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的混凝土腹板，使箱梁成為由鋼筋混凝土和波形鋼腹板組成的組合結(jié)構(gòu)。其最顯著的特點(diǎn)是用厚10mm 左右的波形鋼板取代厚300-800mm 的混凝土腹板。近年來(lái)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，在認(rèn)識(shí)到該類橋梁的諸多優(yōu)越性的同時(shí)，工程建設(shè)人員亦關(guān)注波形鋼腹板結(jié)構(gòu)耐久性，其尤以波形鋼腹板的防腐蝕性能方面的研究，隨著鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)的發(fā)展，波形鋼腹板防腐耐久性亦獲得解決，本文對(duì)波形鋼腹板防腐蝕技術(shù)發(fā)展以及與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)區(qū)別進(jìn)行分析研討。

2 橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕工藝現(xiàn)狀

鋼鐵具有優(yōu)越的機(jī)械性能，且其性能可長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，所以工業(yè)用的各種機(jī)械等都采用鋼鐵作為主材料。同樣在交通領(lǐng)域，鋼橋等大型鋼結(jié)構(gòu)具有跨越能力大、強(qiáng)度高、建設(shè)速度快、施工期限短等特點(diǎn)。特別是近年來(lái)，隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度的加快，大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁不斷涌現(xiàn)。修建一座跨江或跨海的特大型鋼橋，使用鋼材的數(shù)量一般都在萬(wàn)t 甚至10 萬(wàn)t 以上。但是鋼鐵材料在工業(yè)大氣中的暴露，與海水江水的接觸必會(huì)導(dǎo)致表面的腐蝕。而腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞是使這種特大鋼橋構(gòu)件退出工作、壽命降低的重要原因之一。橋梁鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)日漸成為人們關(guān)注的課題。只有在設(shè)計(jì)建造的同時(shí)，進(jìn)行卓有成效的防腐，才能確保鋼橋的長(zhǎng)久壽命[1]。

2.1 國(guó)外防腐蝕技術(shù)現(xiàn)狀

顯然，要使鋼鐵材料在所處的各種環(huán)境中能保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定和工作壽命，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)材料表面進(jìn)行各種防腐處理。歐美國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)發(fā)展始子20 世紀(jì)初，起初主要為油漆防腐和重防腐涂料防腐。隨后熱浸鋅防腐、火焰噴涂防腐、電弧噴涂防腐相繼出現(xiàn)。英國(guó)是應(yīng)用熱噴涂防腐技術(shù)最早的國(guó)家之一。在1939 年首次采用熱噴涂鋅涂層方法保護(hù)新建的威爾士Menai 海峽大橋的鋼鏈和部分鋼結(jié)構(gòu)。噴涂的鋅涂層厚度為0．125mm，油漆封孔。15 年后檢查鋅涂層基本完好，鋼鐵基體被很好地保護(hù)，無(wú)需任何維修。熱噴涂技術(shù)初期大多為噴涂鋅，現(xiàn)在電弧噴涂鋁日漸成為防腐發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的含重金屬涂裝底漆和大量有機(jī)揮發(fā)物的重防腐涂料不再使用。

2.2 國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)發(fā)展

九十年代伊始，我國(guó)開始采用熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用，熱噴涂技術(shù)是利用熱源對(duì)金屬、非金屬、陶瓷等噴涂材料進(jìn)行加熱，將熔融的粒子霧化、噴射并沉積到基材表面上，形成特殊表面涂層的方法噴涂使用的熱源主要有三種：一是電弧熱源；二是等離子熱源；三是燃?xì)鉄嵩?。并由此把熱噴涂分為電弧噴涂、等離子噴涂和火焰噴涂，用于防腐領(lǐng)域的主要有火焰噴涂和電弧噴涂近年來(lái)，熱噴涂防腐技術(shù)在我國(guó)得到推廣應(yīng)用，如：葛洲壩二期工程、黃河龍羊峽水電站工程；南京長(zhǎng)江大橋、運(yùn)河大橋部分鋼結(jié)構(gòu)采用了噴鋅或噴鋁防腐工藝。熱噴涂技術(shù)與其他防腐工藝相比，金屬表面前期處理工藝基本相同，熱噴涂表面處理要求略高。采用火焰線材或電弧線材對(duì)鋼鐵噴涂鋅或鋁，再對(duì)涂層加以封孔處理后，在一般腐蝕環(huán)境下涂層有效期可達(dá)30 年以上，較一般油漆防腐涂層壽命長(zhǎng)5-10 倍。實(shí)用效果表明，采用熱噴涂鋅及鋁進(jìn)行金屬表面多種環(huán)境下的防腐效果是顯著的。與熱浸鍍鋅工藝相比較，鋼結(jié)構(gòu)表面防腐采用熱噴涂技術(shù)具有以下特點(diǎn)：不受熱浸槽本身尺寸的限制，設(shè)計(jì)方便靈活，施工也更為方便；被噴涂工件不變形，確保了工件的自身精度和安裝精度；熱浸鍍鋅工件會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，其校正工作困難，甚至?xí)构ぜ?bào)廢；熱噴涂層厚度均勻可控；熱浸鍍鋅的鍍層厚度不勻；噴涂與基材結(jié)合力好；熱浸鍍鋅工藝因酸洗和中和不凈等原因會(huì)造成鍍層翹皮或漏鍍現(xiàn)象；噴涂在有條件的地方可以現(xiàn)場(chǎng)施工，減少了構(gòu)件運(yùn)輸中造成的損傷，且節(jié)約了時(shí)間與費(fèi)用。熱 噴涂 技 術(shù)使用設(shè)備較多，工藝要求嚴(yán)，工程造價(jià)高，但按防腐壽命平均25 年計(jì)算，防腐壽命內(nèi)循環(huán)費(fèi)用遠(yuǎn)低于其他防腐方法的費(fèi)用。而且熱噴涂工藝對(duì)環(huán)境污染小，是一種環(huán)保型產(chǎn)業(yè)。隨著熱噴涂工藝成本的降低，熱噴涂技術(shù)正逐漸被更多的人接受[2]。

圖1 通用重防腐涂裝體系構(gòu)成

3 波形鋼腹板的防腐蝕工藝現(xiàn)狀

波形鋼腹板PC 組合箱梁橋在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較晚，此時(shí)橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)已得到長(zhǎng)足的進(jìn)步，一般波形鋼腹板的防腐涂裝體系可根據(jù)《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T722-2008）進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般工程師設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)波形鋼腹板在箱梁的位置，分別進(jìn)行內(nèi)表面、外表面、摩擦面的涂裝設(shè)計(jì)。但因?yàn)椴ㄐ武摳拱錚C 箱梁內(nèi)部都不是封閉環(huán)境，可配套規(guī)范中S14、S15 的涂裝體系。

我國(guó)波形鋼腹板的防腐涂裝體系廣泛采用了金屬熱噴涂與有機(jī)涂層的復(fù)合重防腐體系，體系結(jié)構(gòu)見下圖防腐體系，它可使波形鋼腹板得到20 年以上的長(zhǎng)效防腐效果。

波形鋼腹板的涂裝體系主要采用重防腐涂裝體系，即由底漆（噴鋁、有機(jī)富鋅、無(wú)機(jī)富鋅、水性富鋅）+中間漆（高固體分環(huán)氧云鐵、環(huán)氧厚漿涂料）+面漆構(gòu)成的重防腐涂料體系。富鋅（鋁）底漆對(duì)鋼鐵起到陰極保護(hù)作用和屏蔽作用，當(dāng)中間漆和面漆完全失效后，腐蝕介質(zhì)作用于富鋅（鋁）涂層，使富鋅（鋁）涂層以一定的腐蝕速率被腐蝕消耗。中間漆和面漆是增加一定的涂層厚度，對(duì)鋼鐵起屏蔽作用和對(duì)富鋅（鋁）起封閉作用，推遲或阻止富鋅（鋁）涂層及鋼鐵的腐蝕過(guò)早發(fā)生[3]。

4 波形鋼腹板的防腐蝕區(qū)域分類

如前述第2 節(jié)所述，波形鋼腹板的防腐涂裝設(shè)計(jì)可根據(jù)《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T722-2008）進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行內(nèi)表面、外表面、摩擦面的涂裝設(shè)計(jì)。但區(qū)別于一般橋梁鋼結(jié)構(gòu)，波形鋼腹板應(yīng)用于波形鋼腹板PC 組合箱梁橋，其涂裝區(qū)域包括有①鋼腹板-砼接觸面、②外表面、③內(nèi)表面、④螺栓連接摩擦面/焊接區(qū)域搭接面。尤其以螺栓連接摩擦面/焊接區(qū)域搭接面的涂裝在設(shè)計(jì)過(guò)程中容易混淆。因鋼腹板多采用搭接連接，其利用螺栓進(jìn)行臨時(shí)連接固定，固定后采用焊接進(jìn)行連接。因此焊接區(qū)域的涂裝體系容易按照螺栓連接區(qū)域涂裝體系設(shè)計(jì)。

5 波形鋼腹板涂裝設(shè)計(jì)

5.1 砼接觸面涂裝設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有波形鋼腹板PC 橋建設(shè)工程案例中，均未對(duì)砼接觸面進(jìn)行防腐涂裝設(shè)計(jì)，但一般鋼結(jié)構(gòu)加工處于工廠中進(jìn)行，其生產(chǎn)周期至橋梁施工安裝過(guò)程中，一般有三個(gè)月以上的周期，期間由于鋼板表面裸露在大氣中，可能受雨水傾浸而導(dǎo)致銹蝕，如若直接埋入混凝土中，與混凝土貼合不密實(shí)，其腐蝕會(huì)在混凝土中進(jìn)一步加劇，根據(jù)《鐵路鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范，一般對(duì)砼接觸面做短暫性防護(hù)，防護(hù)體系采用無(wú)機(jī)硅酸鋅底漆或環(huán)氧富鋅底漆25-40um 左右，亦稱之為車間底漆，其可以短暫保護(hù)鋼板不受大氣環(huán)境影響銹蝕，亦可以提高鋼板表面與混凝土的摩擦系數(shù)，涂料使鋼板表面的摩擦系數(shù)不低于0．45，提高結(jié)合力[4]。

5.2 波形鋼腹板內(nèi)、外表面

鋼腹板內(nèi)、外表面涂裝可以參照《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T722-2008）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

唯應(yīng)注意的是，區(qū)別于傳統(tǒng)鋼箱梁橋，波形鋼腹板箱梁的內(nèi)部都不是封閉環(huán)境，且一般均未配置抽濕機(jī)，所以通常采用配套號(hào)S14、S15 的涂裝體系。

5.3 高強(qiáng)度螺栓連接區(qū)域涂裝

根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)造不同，螺栓連接摩擦面可按照《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)涂裝》（TB/T1527-2004）進(jìn)行設(shè)計(jì)，多采用無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料進(jìn)行涂裝。

需要注意的是，有時(shí)設(shè)計(jì)者考慮高強(qiáng)螺栓連接+鐵角焊縫連接，此時(shí)，涂裝面則需要按照搭接連接區(qū)域涂裝進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.4 搭接連接區(qū)域涂裝

搭接面涂裝，由于其采用搭接焊縫焊接連接，焊接過(guò)程中，原有涂層體系較厚會(huì)對(duì)焊縫質(zhì)量造成影響，因此一般在工廠加工制作中，僅采用車間底漆做短暫性防護(hù)。

如果工廠制作后距離現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間較短，亦可采用密封貼條進(jìn)行覆蓋處理。施焊前需要對(duì)表面進(jìn)行清理，防止工廠涂裝涂料對(duì)焊縫質(zhì)量造成影響。

焊縫周圍約15cm 的涂料均會(huì)由于焊接熱量受損，熱影響區(qū)外表面可以做修復(fù)性涂裝，但是熱影響區(qū)內(nèi)表面則無(wú)法再行進(jìn)行涂裝，故而需要注意的是一定要對(duì)焊縫進(jìn)行四周圍焊，避免大氣、雨水侵蝕到焊縫熱影響區(qū)內(nèi)表面，造成內(nèi)部銹蝕。

5.5 工地搭接焊接區(qū)域修復(fù)性涂裝

焊接及焊接檢測(cè)完成后，對(duì)涂裝區(qū)域進(jìn)行修復(fù)。涂裝修復(fù)寬度需根據(jù)焊縫熱影響區(qū)進(jìn)行控制，一般控制在焊縫中心線兩側(cè)各15cm。

涂裝體系可根據(jù)《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T722-2008）的第4．3．2．3．4 條進(jìn)行采用。6．波形鋼腹板防腐涂裝優(yōu)越性以及后期維護(hù)管養(yǎng)誤區(qū)與建議

6 波形鋼腹板防腐涂裝的優(yōu)越性

波形鋼腹板在做整體防腐處理過(guò)程中，其較傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于鋼腹板表面無(wú)死角部位，整個(gè)波形鋼腹板處于面單元形狀，在進(jìn)行防腐前處理時(shí)較傳統(tǒng)鋼箱梁具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在鋼箱梁為箱體構(gòu)造，無(wú)法對(duì)整體表面進(jìn)行機(jī)械自動(dòng)化噴射除銹，僅能采用人工噴砂除銹，其表面處理難以達(dá)到Sa3．0 級(jí)，而波形鋼腹板由于為面單元，可以整體進(jìn)入拋丸除銹機(jī)，全方位清理除銹，表面容易實(shí)現(xiàn)Sa3．0 級(jí)，并由于機(jī)械噴砂彈丸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工噴砂方式，其粗糙度效果均勻一致并按照配比實(shí)現(xiàn)粗糙度要求，提高涂料與鋼板表面附著力。

但需要注意的是，在進(jìn)行整體防腐涂裝前，防腐前處理至關(guān)重要，需要超大型拋丸除銹機(jī)，目前波形鋼腹板加工單位需要注意鋼腹板構(gòu)件較大的這一問題。如果處理不好，如采用分段拋丸除銹后進(jìn)行焊接組裝，焊接區(qū)域的防腐前處理質(zhì)量則堪憂，勢(shì)必為整體的防腐前處理留下瑕疵，影響全橋鋼結(jié)構(gòu)耐久性。

6.1 涂裝體系的等級(jí)選擇

在配套進(jìn)行鋼腹板表面涂裝體系設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境資料進(jìn)行配套選擇，許多設(shè)計(jì)工程師易于直接選擇高等級(jí)防腐涂裝體系，而未考慮到橋梁建設(shè)工程大氣腐蝕環(huán)境等級(jí)，這容易造成過(guò)多不必要的浪費(fèi)。尤其體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)部分橋梁采用耐候鋼建設(shè)的橋梁仍采用重防腐涂裝進(jìn)行表面處理，一方面耐候鋼耐大氣腐蝕的優(yōu)越性完全喪失，耐候鋼在節(jié)省涂裝費(fèi)用的價(jià)值沒有得到體現(xiàn)。

6.2 鋼結(jié)構(gòu)防腐體系的檢測(cè)與維護(hù)

現(xiàn)行ISO12944 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝體系功能進(jìn)行了說(shuō)明，關(guān)于面漆采用不同的涂料，其主要功能是保護(hù)底層涂料，而面漆在不同的大氣環(huán)境下，隨著時(shí)間推移，逐年耗散，并不是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)認(rèn)為防腐體系損壞時(shí)，整個(gè)涂裝體系均損傷，如聚氨酯面漆在海洋大氣環(huán)境下，也僅僅每年耗散3-5um。

因此在鋼結(jié)構(gòu)管養(yǎng)過(guò)程中，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行涂層劣化評(píng)定，評(píng)定方法依據(jù)ISO4628。根據(jù)漆膜劣化情況，選擇合適的維修或重涂方式。

維修涂裝要求如下：

（a）當(dāng)面漆出現(xiàn)3 級(jí)以上粉化，且粉化減薄的厚度大于初始厚度的50%，或由于景觀要求時(shí)，徹底清潔面涂層后，涂裝與原涂層相容的配套面漆（1-2）道；

（b）當(dāng)涂膜處于（2-3）級(jí)開裂，或（2-3）級(jí)剝落，或（2-3）級(jí)起泡，但底涂層完好時(shí)，選擇相應(yīng)的中間漆、面漆，進(jìn)行維修涂裝；

（c）當(dāng)涂膜發(fā)生Ri2-Ri3 銹蝕時(shí)，徹底清潔表面，涂裝相應(yīng)中間漆、面漆。重新涂裝

重新涂裝要求如下：

（a）當(dāng)涂膜發(fā)生Ri3 以上銹蝕時(shí)，徹底的表面處理后涂裝相應(yīng)配套涂層；

（b）當(dāng)涂膜處于3 級(jí)以上開裂，或3 級(jí)以上剝落，或3 級(jí)以上起泡時(shí)，如果損壞貫穿整個(gè)涂層，應(yīng)進(jìn)行徹底的表面處理后，涂裝相應(yīng)配套涂層。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)表明，一般采用重防腐涂裝體系設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)，僅做面漆涂裝維護(hù)即可。

7 結(jié)語(yǔ)

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋國(guó)內(nèi)經(jīng)歷20 多年的科研、研究、發(fā)展實(shí)踐應(yīng)用，其技術(shù)逐步成熟，在結(jié)構(gòu)研究表明其較傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土橋具有極大的性能優(yōu)勢(shì)，較鋼箱梁更具有經(jīng)濟(jì)性。波形鋼腹板在防腐蝕耐久性較傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)更好，是波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土橋在國(guó)內(nèi)得以推廣應(yīng)用的優(yōu)越性所在。隨著防腐蝕技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，波形鋼腹板PC 箱梁橋必將在國(guó)內(nèi)得到更大規(guī)模的推廣應(yīng)用?，F(xiàn)階段對(duì)其耐久性極大的關(guān)注，其防腐蝕技術(shù)需要不斷吸取國(guó)內(nèi)外關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)耐久性研究成果，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)防腐蝕的重要性、鋼腹板涂裝體系進(jìn)行不同防腐區(qū)域詳細(xì)設(shè)計(jì)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、美觀、舒適的要求。墨臨高速公路地約科1#大橋波形鋼腹板防腐蝕涂裝技術(shù)的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用取得較好效果[5]。