《翔》简析钢结构的防腐问题

桥梁设计注重“安全、经济、适用、耐用、美观”五项基本设计原则，耐久性也是基本原则之一。

与混凝土桥梁不同，钢结构桥梁的耐久性包括钢材防腐、铺装和疲劳。 铺装是直接提供车轮接触面耐久性的问题。 疲劳耐久性是与力和结构同时考虑的一个方面； 防腐与无论受力如何，如果有钢制部件，都需要设计相应的防腐系统。

钢材防腐系统有一级防护和二级防护。

初级防护：主要是不锈钢和耐候钢

二级保护：

①覆盖方式：包括油漆涂装、防锈油涂装、热镀锌、热喷涂、冷喷涂等；

②化学处理：采用化学或电化学处理，使金属表面形成一层稳定的化合物，如磷酸盐处理、铬酸盐处理、阳极氧化等；

③阴极保护：利用电化学腐蚀原理，利用外加电流或金属来保护钢结构。

钢箱梁防腐涂层

钢结构防腐费用

以6x40m钢-混凝土组合梁为例说明防腐成本。

孔跨布置：6x40m，桥宽：9m。

桥面面积：2160m2，用钢量：168kg/m2，全桥用钢量362.9t。

全桥钢材价格基数为a，初涂漆费用为：0.41a。

工厂费用：生产费0.47a，人工费0.18a，工厂管理费0.31a，一般管理费0.32a，抗震支座费0.83a，工厂总费用：3.52a。

工地费用：运输费0.04a，架桥费0.49a，PC桥面2.28a，护栏0.16a，路面0.13a，伸缩费0.05a，排水0.02a，措施费0.33a，工地管理费0.64a， General 管理费0.4a，工地总费用：4.54a。

全桥总造价（工厂+工地）：14282元/㎡

初次涂装及防腐费用：726元/㎡，不含后期维护、涂装及重涂费用。

钢板组合梁桥

一次性保护

1) 不锈钢

通过添加铬、镍等特定元素而表现出良好耐腐蚀性的合金钢。 金属元素铬（Cr）在钢表面形成不易溶解的氧化膜，与外界隔绝，能长期保持金属光泽。 一般来说，铬含量越高，钢的耐腐蚀性能越好。

不锈钢结构：不锈钢的成本约为普通钢材的4倍。 但综合考虑材料成本、维护成本、防锈处理和防火处理等全生命周期成本，不锈钢结构具有很大的优势。

最常用的牌号是304。为了满足耐腐蚀要求，304不锈钢必须含有18%以上的铬和8%以上的镍。 304不锈钢不耐氯化物腐蚀，在含有大量盐分的海雾中会很快生锈。 因此，在腐蚀严重的工业或海洋大气中，应采用耐腐蚀性较好的316。 双相不锈钢2205兼具良好的耐大气腐蚀性能和较高的拉伸强度和弹性强度，其强度甚至略高于高强度钢Q420。 不锈钢的线膨胀系数是普通钢的1.5倍，导热系数约为普通钢的1/3，焊接变形较难控制。 特别是对于奥氏体不锈钢，焊缝中的熔敷金属量应尽量减少且较低。 热输入、严格细致的焊接工艺和顺序。

奥氏体与双相不锈钢指标对照表

2）耐候钢

耐大气腐蚀钢是在钢中添加一定量的合金元素（Cu、P、Cr、Ni、Mn、Mo、Al、V、Ti、Re等），在金属表面形成一层保护锈层，以达到耐大气腐蚀的目的。提高耐腐蚀性。 具有大气腐蚀性能的钢可以阻止大气中的氧气和水向钢基体渗透钢结构防腐涂层，减缓钢材的腐蚀发展，从而提高耐大气腐蚀性能。 耐大气腐蚀性能是普通碳钢的2～5倍；

耐候钢桥梁

耐候钢桥梁

耐候钢桥梁

一些铁路钢结构桥梁的钢桥面采用不锈钢复合钢板，底板采用16mmQ370qD，复合板材质为022Cr17Ni12Mo2（316L），3mm不锈钢板；

耐候钢桥梁

它的特别之处在于，暴露在自然环境中，时间一长，表面形成防腐保护层，无需油漆保护，材料寿命达80年以上； 如果不处理，锈蚀反应将会继续。 ，钢板最终会被突破，所以必须让它停留在一个特殊的阶段； 耐候钢板表面有一层锈红色的保护膜，阻碍腐蚀的蔓延和发展，并保护锈层下的基体，减缓其腐蚀速度。 、保护膜是如何形成的？ 较常用的一种是稳定化处理工艺。

耐候钢：稳定化过程

第一阶段：真正的耐候钢开始出现小锈斑。 普通钢板的锈斑比较疏松，有的防锈钢板甚至会出现锈剥落的现象。

第二阶段生锈：正品耐候钢锈水较少，锈斑较小、较粗； 普通钢板锈水较多，锈斑较大、较薄； 普通钢板的锈柱，工件底部有较严重的撕裂痕和毛发。 黑色痕迹。

第三阶段生锈：正品耐候钢有清晰致密的锈核层，锈斑紧密粘附，形成保护层，用手摩擦几乎没有锈脱落； 普通钢板的锈迹较多，甚至整个锈皮脱落。 ，锈蚀消失。

真正的耐候钢往往呈红棕色，而普通钢板往往呈深黑色。

耐候钢：注意事项

①焊点的腐蚀：焊点的氧化速度必须与其他材料相同，这需要特殊的焊接材料和技术。

②水腐蚀：耐候钢不是不锈钢。 如果耐候钢的凹处有积水，则该处的腐蚀速度会加快，因此必须做好排水工作。

③富盐空气环境：耐候钢对富盐空气环境比较敏感。 在这样的环境下，表面保护膜可能无法防止进一步的内部氧化。

④褪色：耐候钢表面的锈层可使附近物体表面生锈。

耐候钢桥梁

耐候钢桥梁设计时应注意的事项

①耐候钢的适用环境：要求空气中氯离子浓度不超过0.05mdd（mdd：NaCl换算盐含量mg/dm2/天）； 距水面的距离不能太近，与周围地形也有关；

②耐候钢的设计细节，设计不易积尘的结构； 设计不易受潮的结构（包括含有较多水分的空气）； 设计不易受雨水等湿气滴落和反弹影响的结构； 特别注意桥端、箱梁内部、组合梁上翼缘、支撑等局部缺陷部位的详细设计。

③耐候钢实际情况考察：阳光也会影响耐候钢保护层的形成。 向阳面较易形成保护层，而阴面因水分蒸发较慢钢结构防腐涂层，不利于形成保护层。 箱梁外侧由于日晒和雨水冲刷，容易形成均匀的保护层，但箱梁内侧由于潮湿较重，不易形成保护层。 箱梁翼缘底部容易结露，形成结节状锈迹。 这种锈迹不容易被彻底打磨掉，打磨不掉的残留锈迹就成为排锈的核心。

如果用耐候钢对不易形成保护层的局部区域进行涂漆，则很容易出现新的问题。 涂漆件边缘的耐候钢锈层会侵入涂层下面，引起快速腐蚀和剥落。 因此，部分涂层不适用于耐候钢。 耐候钢需要远离海洋环境，氯离子的存在会影响保护层的形成。 对于寒冷地区，如果冬季使用除冰剂，则不宜使用耐候钢。

耐候钢需要非常仔细的排水处理。 有积水的地方不易形成保护层，水蒸气重的地方不易形成保护层。 耐候钢的设计要注重细节。 如果桥址有鸟类，应注意意外因素的影响和耐候钢保护层的形成。 耐候钢一旦不能形成保护层，后期加工就会比较麻烦。 因此，在选择耐候钢时，必须很好地设计桥梁场地的环境和细节。

美国彭尼巴克桥

二级保护

1）覆盖法：包括油漆涂层、防锈油涂层、热镀锌、热喷涂、冷喷涂等。油漆涂层占钢结构桥梁防腐的60%。 钢结构根据腐蚀环境、工况条件和防腐年限进行相应的防腐设计；

A。 腐蚀环境大气区、水淹区、埋地区；

b. 根据涂装部分的外表面、内表面、钢桥面、干湿交替区、摩擦面及附件；

C。 保护寿命有普通型和长期型。

钢结构桥梁主要防腐涂料体系：

①环氧富锌底漆+环氧云母铁中间漆+丙烯酸聚氨酯面漆（氟碳面漆、聚硅氧烷面漆）

②无机富锌底漆+环氧云母铁中间漆+丙烯酸聚氨酯面漆（氟碳面漆、聚硅氧烷面漆）

③热喷锌（铝）+环氧云母铁中间漆+丙烯酸聚氨酯面漆（氟碳面漆、聚硅氧烷面漆）

各种富锌涂层在海洋大气中的使用寿命比较

水性无机富锌涂料以硅酸盐为成膜反应物，与锌反应形成硅酸锌网络结构，因此可称为无机硅酸锌涂料，是绿色环保涂料。

水性无机富锌漆与锌粉反应，与钢材反应生成锌铁硅酸盐络合物，在钢材表面形成牢固的化学键，使其具有耐水、海水、有机物、氯化物、等侵蚀。

环氧富锌涂料是以环氧树脂为成膜物质、有机溶剂为稀释剂的涂料。 它是一种有机涂层。

环氧富锌涂料的附着力取决于树脂对钢材表面的结合力。 属物理吸附，具有良好的初粘力。 但有机物的耐候性较差，在恶劣环境下更容易老化，因此附着力逐渐下降。

一般来说，环氧富锌涂料更容易与各类面漆配套。 水性无机富锌涂料除油性漆、醇酸漆外，可与目前常用的环氧、丙烯酸、聚氨酯、乙烯基漆配套。 搭配，如涂环氧过渡层漆，可搭配较多的面漆，效果会更好。

虽然总体来说，水性无机富锌底漆的配套性能不如环氧富锌底漆，但可以配套的面漆品种还是很多的，完全可以满足抗腐蚀的需要。 -腐蚀项目。

Ⅰ基材表面处理：水性无机富锌涂料在成膜过程中与钢材表面形成化学键。 因此，对基材的表面处理有严格的要求。 必须达到Sa 2.5级，并使表面具有一定的粗糙度，以增加表面积。 确保锌粉与钢材紧密接触。

环氧富锌涂料的附着力主要是通过有机树脂对基材的物理吸附来实现的。 因此，基材表面处理程度可降低至Sa 2.0级，但在实际施工中也要求达到Sa 2.5级。

值得指出的是，在重防腐领域，Sa 2.5级是常用的级别，目前的喷砂（喷丸）技术完全可以实现。

二、施工环境问题：水性无机富锌涂料以水为稀释剂。 只有通过水分的挥发，湿膜才能形成致密的硅酸锌网络结构的漆膜。 因此，这类涂料对施工环境有负面影响，如温度、湿度、风等因素相对敏感。 相比之下，环氧富锌涂料使用有机溶剂作为稀释剂，受环境影响较小。

WZ-116系列水性无机富锌涂料可满足不同环境条件下的施工要求。 另外，对于自动涂装线作业来说，由于基本封闭，外部气候环境的影响大大减少，这对水性无机富锌涂料的施工非常有利。

热喷涂和冷喷涂

热喷铝工艺应用已久：

①表面处理要求高，喷砂必须达到最高等级GB8923规定的Sa 3级，否则可能脱落； 同时，喷涂施工时对环境条件的要求也较高，相对湿度RH<85%； 钢材表面温度必须高于露点温度3℃；

②热喷涂铝层孔隙率为5～15%，不能单独成膜。 必须用涂层密封才能发挥其防腐作用。 孔内容易形成早期点蚀；

③锌铝镀层破损处和焊缝修复困难；

④ 不环保，污染大； 喷砂除锈时产生的粉尘和喷涂时形成的氧化锌颗粒会对人体造成严重危害，并引发劳保和职业病问题；

冷喷锌材料近年来发展迅速：

①表面处理要求低，喷砂达到GB8923Sa2.5级。 去除氧化皮后，钢材表面允许有小于5%的锈斑。 可在相对湿度大于85%的条件下施工，施工允许温度范围较宽。

② 锌屏蔽层的孔隙率很低。 可单独成膜，无需密封层，节省工艺和成本； 还可与重防腐材料配套，复合涂层的防腐寿命可提高2倍以上。

③锌屏蔽层之间的重熔性能好，易于在工厂或现场施工和修复。 不存在弱修、防腐问题。

④ 锌屏蔽与重防腐漆一样，可以刷涂、辊涂，可以有气喷涂或无气喷涂。 施工效率远高于热喷铝。

⑤锌屏蔽是环保产品。 锌屏蔽成分不含Pb、C2、Hg等重金属离子，溶剂含有苯、甲苯等有毒成分。 对环境和人体安全环保，符合国家发展政策。

冷喷锌

冷涂锌是一种单组份涂料，主要由高纯锌粉、溶剂和特种有机混合树脂三部分组成。 涂层干膜中锌含量高达96%。 它具有热镀锌和富锌镀层的双重优点。 可以达到常温热镀锌的效果。 提供阴极保护和物理屏蔽双重保护功能，具有优异的防腐性能。 施工方便； 可采用单层密封涂层和复合涂层。

冷喷锌单层封闭涂层和复合涂层

①镀层厚度特性：热喷锌、冷喷锌、富锌镀层厚度均为75～80μm。 热喷锌层厚度分散性大，表面粗糙度高。 冷喷锌及富锌层厚度均匀； 甚至

②腐蚀电位随时间的变化：三种涂层的腐蚀电位远小于基体的腐蚀电位。 热喷锌镀层的腐蚀电位与冷喷锌相当，富锌镀层的腐蚀电位稍高；

③盐雾试验：热喷锌涂层21天后盐雾试验出现红棕色锈迹，且涂层被破坏。 腐蚀50天后表面出现大量孔洞、裂纹，涂层脱落，完全失去防护作用；

冷喷锌层与基体结合紧密，腐蚀50天后仍保持原有形状。 盐雾试验第21天富锌涂层出现气泡。 随着时间的推移，气泡数量逐渐增多，涂层表面出现大量裂纹。 与底座分离。

冷喷锌的问题

①涂层本身的问题：施工和配合性能差，涂层质量和附着力不稳定，耐热性差，这些都是由冷涂锌涂层本身的特性决定的。 冷涂锌生产企业应加强在重防腐涂料行业的应用研究，提高冷涂锌的施工性能，解决冷涂锌与中漆、面漆的配套问题；

②施工工艺要求高：冷涂锌防腐需要选择合适的喷嘴型号，控制喷涂厚度，严格遵守工艺要求的涂装道数和间隔时间，并采用加热、保温、通风等措施。以及其他控制涂层质量的手段；

③成熟的冷喷锌复合涂层防腐体系较少：冷喷锌材料含锌量非常高，比普通富锌底漆具有更好的电化学防腐能力。 作为单涂层防腐材料，它们具有明显的优势。 但使用冷涂锌复合涂层时，对配套、施工环境、施工的要求比较高，容易出现剥落、起泡现象。 选择冷涂锌复合镀层时，应设计合理的镀层路径。 数量和厚度，充分考虑各种影响因素和施工进度要求。

钢铁防护纳米技术

大型钢结构是大量基础设施的重要组成部分。 桥梁、电站、油水管道、油气储罐、大型生产设施、船舶、海上结构物、塔楼和许多大型建筑均采用钢结构。

虽然所使用的碳钢和一些低合金钢具有良好的机械性能和合理的价格，但它们存在严重的电化学腐蚀问题。 由于使用量大、使用寿命长的特点，所需的防腐方法也比较特殊。

在各种腐蚀控制方法中，主要采用不同的表面处理和防腐涂层的应用来保护大型钢结构。

到目前为止，应该说大多数情况下防护效果还很不理想。 主要问题是化学和机械故障导致的覆盖层的寿命。 因此，开发高性能、长寿命、符合环保要求的表面改性技术和防腐产品是新形势下的重要任务。 解决此类问题离不开高科技和新理念的采用。

目前，纳米技术在钢结构重防腐产品中的应用还处于起步阶段。 国内外对该类产品的应用报道较少。 但人们普遍认为，纳米技术的采用无疑会给该领域带来巨大的收益。

原因很简单，因为参与保护和自保护腐蚀产物的表面材料的性能主要由其微观结构决定，其中涉及界面问题、电化学过程的变化、传输行为、表面材料强度和塑性的变化等。

例如，在有机涂料中引入某些类型的纳米颗粒可以提高其耐老化性能，无机涂料由于其结构纳米化可以提高可塑性。