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钢结构桥桥梁支座的腐蚀与涂层配套体系
文章作者:小编   发表时间:2020-5-12

桥梁底部的腐蚀


近些年,桥梁一直在快速发展通道之中,随着大型钢桥的不断出现,它们处于海洋或工业的中等至严重腐蚀环境下,承受着载荷、Cl-SO2、雨水、凝露、海水、台风等多种因素的影响,其防护涂装问题已成为防腐工程界的重要课题。为保证钢桥安全使用,不受腐蚀破坏,延长使用寿命,数十年来,一直采用涂料保护。

桥梁支座是桥梁结构的一个重要组成部分,它能将桥梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠地传递给桥梁下部结构,从而有效支撑强大的桥梁结构,保障整个桥梁结构的安全。桥梁钢结构本身的设计寿命一般在50~100 a,多处于较严重的腐蚀环境中,桥梁防护涂层的有效防护期一般在10~25 a,支座处特别容易产生腐蚀,同时桥梁支座维护、更换很困难,一旦腐蚀,则可能严重影响桥梁的安全。因此,桥梁支座的耐久性在很大程度上决定了桥梁结构的安全。桥梁支座的耐久性不仅取决于支座材料的自身特性,对于钢铁材料而言,它必须依靠涂覆涂料产品才能保证其表面不发生腐蚀。因此,选择优异性能的涂层配套体系对钢基桥梁支座的使用寿命往往具有决定作用。


1 桥梁支座的腐蚀

钢结构桥梁支座由于其所处的环境,既具有桥梁钢结构腐蚀的一般特征,又具有自身的不同特性。主要表现为均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等几种腐蚀形态。

1.1 均匀腐蚀

大气腐蚀的基本原理


未保护的钢结构桥梁支座整体主要表现为均匀腐蚀,其特征是腐蚀分布于整个金属表面,并以相同的速度使金属整体厚度减薄。均匀腐蚀虽然造成大量金属损失,但由于腐蚀速度均匀,可以容易地进行预测和防护,只要进行严格的工程设计和采取合理的防腐蚀措施,钢桥梁一般不会发生灾难性的腐蚀事故。

1.2 点蚀

在沿海地区,存在大量的盐分,Cl-含量很高,容易诱发钢结构的点蚀行为Cl-具有离子半径小、穿透能力强、极性强的特性,因此很容易到达金属表面,加速金属的腐蚀。腐蚀过程中,Cl-不仅在点蚀坑内富积,而且还会在未产生点蚀坑的区域处富积,在基体铁与腐蚀产物膜界面处的双电层结构容易优先吸附Cl-,使得界面处Cl-浓度升高。在部分区域,Cl-会积聚成核,导致该区域阳极溶解加速。这样金属基体会被向下深挖腐蚀,形成点蚀坑内阳极金属的溶解,又会加速Cl-透过腐蚀产物膜扩散到点蚀坑内,使点蚀坑内的Cl-浓度进一步增加,这一过程是属于Cl-的催化机制,当Cl-浓度超过一定的临界值之后,阳极金属将一直处在活化状态而不会钝化。在Cl-的催化作用下,点蚀坑会不断扩大、加深,严重时蚀孔贯穿整个金属断面。蚀孔将会在哪些部位出现,腐蚀的程度如何,这些问题都难以通过有效的检测方法做出估计,严重的腐蚀穿孔往往可能导致事故突然发生,是一种破坏性和隐患性极大的局部腐蚀,因此,需要特别注意钢结构桥梁支座在沿海地区发生的点蚀现象。

1.3 缝隙腐蚀


由于结构上的原因,在安装钢结构桥梁支座时,支座垫石、梁底面不平整或垫石顶面不水平,砂浆填充不密实,垫石内预埋钢板不牢固,与支座连接不牢,固定件松动,加固不及时,因防水装置缺陷使支座或连接面产生积水,或者由于桥墩、桥台产生不均匀沉降、倾斜,与上部结构水平移位,上部结构的振动变位等都会导致在支座连接处形成缝隙,发生缝隙腐蚀。当缝隙宽度处于25100 μm时是缝隙腐蚀发生最敏感的区域。缝隙腐蚀的结果会导致桥梁支座强度降低,与其他构建配合吻合程度变差。缝隙内腐蚀产物体积的增大,会引起局部附加应力,不仅使装配困难,而且使桥梁支座的承载能力降低,同时,当缝隙处通风不佳、湿度高或产生冷凝时更容易引起局部的高腐蚀速率。缝隙腐蚀可参考前述点蚀的产生机理,自催化是造成腐蚀加速进行的最主要原因。因此,必须密切注意桥梁支座处产生缝隙,从而防止腐蚀现象的发生。


1.4 应力腐蚀


钢桥承载使其常年处于腐蚀及交变应力的联合作用下,尤其是在桥梁支座部位,会产生较大的结构应力,引起应力腐蚀。由于腐蚀和疲劳的叠加作用,腐蚀既会诱发裂纹,又能加速疲劳裂纹的扩展,甚至开裂,从而导致桥梁支座结构失去有效支撑作用,易于诱发安全隐患。


2 桥梁支座的防腐蚀保护


2.1 桥梁支座防腐蚀保护标准


桥梁支座防腐蚀保护一般参照与桥梁相关的标准,具体可参见表1        


根据ISO12944《色漆和清漆防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护》第2部分:环境分类(如表2所示),多数桥梁结构处于C3~C5大气腐蚀性等级,即处于中等至很高腐蚀性等级,因此,在设计涂层配套体系时,需参照此标准对钢结构进行必要的防护。


 


2.2 桥梁支座的防腐蚀保护


针对钢结构桥梁支座,研制和使用“量身订做”的涂层,是最现实、最有效、最经济的措施。在实际应用中起到长效防护并具有最佳性价比的配套体系为特制环氧富锌防锈底漆/环氧云铁中间漆/丙烯酸丙烯酸聚氨酯面漆。


 

在上述配套中,特制环氧富锌防锈底漆对于整个涂层体系的防锈性能起着至关重要的作用。这是因为完整的环氧富锌底漆保护膜可以首先以屏蔽作用的形式保护钢板底材,隔绝钢板与腐蚀物的直接接触,在它们之间形成保护膜;当涂膜破损时,还可以对局部破损区域提供阴极保护,使得锈蚀不会蔓延开来,从而达到保护钢板底材的目的。标准规定要求不挥发物含量需高于80%,密度需大于2.73 g/cm3,这是因为锌含量的高低与整个涂层体系的耐蚀性有着密切的联系。


云铁环氧中间漆其颜料份中选用优质灰色云母氧化铁作为防锈颜料。在涂膜中采用这类鳞片状颜料,呈层层叠积状排列,加大了水汽渗透阻力,同时涂膜表面具有一定的粗糙度,有利于面漆的黏结,与环氧富锌底漆配合,相辅相成,屏蔽性极佳。


脂肪族聚氨酯面漆选用HDI型脂肪族多异氰酸酯作为固化剂,采用羟基丙烯酸树脂作为基料树脂,固化成膜后生成性能优异的双组分丙烯酸聚氨酯面漆,保证了涂膜丰满度、韧性、硬度等机械牲能和外表观装饰性。脂肪族聚氨酯大分子结构中既含有异氰酸根极性基团,又有柔软的碳碳长链。形成的涂膜坚韧共存,耐磨性好,具有优异的保光、保色、抗紫外线、抗老化等耐候性能。因此,整个配套具有很好的附着力、耐蚀性及优异的耐候性等综合性能,是严重大气腐蚀环境桥梁支座表面防护的首选。

结语

桥梁支座是一种承受高应力的结构部件,容易发生点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀,其使用寿命直接影响桥梁的安全。因此,必须对桥梁支座所用材料的腐蚀及其防护研究引起足够的重视,根据桥梁所处地区的腐蚀环境,严格按照国际或国内相关行业标准设计并选用具有长效保护效果的涂层配套体系,同时执行严格的施工规范,以保证其耐久性。

 

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