钢桥面板粗糙度及防腐层优选

钢桥面铺装是指铺设在正交异性钢桥面板上，保护钢板并提供良好行驶性能的薄层构筑物，它的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资效益和社会效益。钢桥面铺装的行车舒适性、安全性、耐久性等已经成为评价桥梁工程质量的主要指标。

钢材的最大弱点之一就是容易锈蚀，而且由于其铺装在河流之上，潮湿的环境使得钢桥面板更容易锈蚀。为防止钢桥面板锈蚀，在铺装时首先应该对其进行防腐铺装。因防腐涂装失效导致钢桥面板锈蚀而造成的钢桥面铺装脱层或滑移等是钢桥面铺装的重要病害[1～2]。

基于以上考虑，本文选取使用效果较好的环氧富锌漆、环氧清水漆及环氧沥青粘结材料，分别进行了粗糙度-粘结力试验和漆膜耐锈蚀试验。在此基础上，探讨钢桥面板最适宜的粗糙度及最优的防腐材料和铺装方式。

1 钢桥面防腐层

一般来讲桥面铺装包括防腐层、粘结层、防水层和铺装面层[3]。其中防腐层直接喷涂于除锈后的钢桥面板上，使钢桥面板与外界环境相互隔绝，防止钢桥面板被腐蚀而生锈。

从结构上来看，钢桥面板防腐层处于钢板上铺装物的最底层。它下与钢板直接接触，上连粘结层。在功能上，兼起防止钢桥面板生锈和连结铺装层与桥面钢板的作用。这两种功能决定了对其要求不同于普通防锈漆。

一般来说，对钢桥面板防腐层的性能要求主要包括：优越的防锈性能、与钢板之间具有优异的粘结性能以及良好的耐热性和耐低温性。现在工程中常用的防腐涂料有环氧富锌漆、环氧清水漆等。工程应用中要求的相关技术指标见表1。

表1 防腐漆的主要性能指标

2 试验

2.1 试验材料

防腐涂料为天津市朝晖化工厂提供的环氧富锌漆以及天津富日环氧清水漆，二者均需按照一定的配比在一定条件下混合搅拌均匀，熟化20min之后涂抹。

环氧沥青粘结剂采用国产句容市宁武化工有限公司的HLN-2451环氧沥青粘结剂，有A、B两种组分，在128℃条件下按照1∶2.45的比例进行混合并按照规定的用量均匀涂抹在试件表面。

试件为φ50mm×20mm和50mm×30mm×3mm两种形状尺寸的钢板。

2.2 试验方法

2.2.1 粗糙度-粘结力试验

GB 8923—1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定，防腐施工主要有2方面要求：除锈等级(清洁度)和粗糙度。除锈等级表示清除钢板表面氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物的程度等级。粗糙度是指处理后钢材表面凹凸的程度，一般用表面上波峰到波谷的最大高差表示，单位为μm。

对于喷射或抛射除锈过的钢材表面，共有4个除锈等级，分别以Sa1，Sa2，Sa2.5和Sa3表示。但是对于粗糙度，则没有一个明确的要求，而粗糙度对防腐层与钢板之间的结合力有重要影响，各地根据不同的环境条件及施工工艺对粗糙度有不同的规定。为测定钢桥面板的合理粗糙度，本文研究中进行了粗糙度-粘结力试验。

试验过程中钢板除锈等级均为Sa2.5，采用世锐喷砂机对φ50mm×20mm圆柱形拉拔试件成型面进行粗糙度处理，分为 24、46、60、80、100μm 5个粗糙度等级。喷砂抛丸处理后的钢板表面见图1。

图1 喷砂抛丸处理后的钢板

按照1∶2.45的比例称取环氧沥青A、B组分，在128℃下预热后拌和均匀。以0.5 L/m2的涂量均匀涂布在圆形钢板表面，涂布均匀后将钢板粘结，整个过程在钢板进行喷砂除锈后4 h内完成。为防止钢板将粘胶挤出，成型后的试件用透明胶带密封后置于120℃的烘箱中高温养护4 h。在室温下静置24 h后测定破坏载荷F。

2.2.2 漆膜耐锈蚀试验

在钢板表面涂布防腐层，在一定条件下对漆膜进行破坏并通过漆膜破坏后的钢板质量损失比对不同防腐涂层的耐腐蚀性能进行评价。

将切割好的50mm×30mm×3mm钢板按照相关规定进行清洁后称量钢板质量m1。将防腐涂料均匀涂布于钢板表面，使其充分固化后将钢板浸入浓度10%的盐水中沸煮30min（盐水没过试件2mm）。后将试件取出置于100℃的烘箱中保温30min，然后在常温下静置12 h。如此循环5次后，置于10%的盐水中浸泡50 d后取出晾干，清除表面防腐涂料，称量铁板质量m2。

按照式（1）计算质量损失比

式中：m1为钢板初始质量，g；m2为钢板侵蚀后质量，g；m0为钢板质量损失率，%。

3 试验结果及分析

3.1 粗糙度-粘结力

使用300 kN万能试验机对试件进行粘结强度试验。在达到最大载荷时，部分试件钢板与粘结层的连接被拉开，部分试件粘结层本身破坏。每组试验3个试件，平均破坏载荷及粘结强度见表2，试件破坏形态见图2。

表2 粗糙度-粘结力试验结果

图2 粗糙度-粘结力试验试件破坏形态

由表2可见，粘结层与钢板的粘结强度随着钢板粗糙度的变化而不同。粘结强度在一定范围内随着粗糙度的增加而增大，在粗糙度60μm时粘结强度达到最大值。这是因为在这个范围内随着粗糙度的增大，有效粘结面积增大。

但当粗糙度超过60μm时，粘结强度随着粗糙度的增大反而减小。这主要是因为粗糙度太大，粗糙的表面不能被涂料很好地浸润，使得实际有效接触面积减小，粘结强度降低；另一方面，封闭在凹陷处的空气还会造成钢板的点蚀，锈蚀后的钢板粘结力亦下降。所以钢板过高的粗糙度反而对粘结强度不利。

3.2 漆膜锈蚀

漆膜耐锈蚀试验每种防锈处理方式5个试件，试验后质量损失率见表3。

表3 漆膜耐锈蚀试验

续表3

由表3可见，涂刷防腐层的钢板耐锈蚀性能较未处理的钢板明显提高。其中效果最好的是环氧富锌漆，经过处理后，钢板质量损失率只有0.11%，比未处理的钢板降低96.2%。

用于粘结层兼做防腐涂层的环氧沥青虽然能起到一定的防腐蚀性能，但相对于防腐材料而言，其耐侵蚀性能相差很远。故在钢桥面铺装时，环氧沥青粘结层下面应该涂刷专门防腐涂层。防腐层可根据施工条件选择环氧富锌漆或环氧清水漆。

4 结论

1）本研究试验条件下，粗糙度为20～60μm时，粘结强度随钢板粗糙度数值提高而增大；粗糙度为60～100μm时，粘结强度随粗糙度增大而降低。最佳粗糙度为60μm。

2）涂刷防腐层的钢板耐锈蚀性能较未处理的钢板明显提高。其中环氧富锌漆效果最好，钢板质量损失率较未处理的钢板降低96.2%。

3）环氧沥青粘结层能够起到一定的防侵蚀作用，但是整体效果并不理想，与环氧清水漆和环氧富锌漆相差甚远,故钢桥面必须专门设置防腐层。

[1]李 玮，田仲初.钢桥面铺装病害调查及分析[J].科学之友（B版），2008，（9）：46-47.

[2]黄 卫，钱振东，张 磊.钢桥面铺装局部修复方案试验研究[J].土木工程学报，2006，39（8）：87-90.

[3]李茂涛，何兆益.钢桥面铺装技术探讨[J].重庆交通学院学报，2004，23（5）：5-7.