公路桥梁防腐设计要点

李婷婷

【摘要】本文主要从公路桥梁设计的角度出发，分析了公路桥梁防腐设计需要关注的要点，并提出了公路桥梁防腐设计的一些有效的方法，以期可以为公路桥梁的防腐设计提供参考。

【关键词】公路；桥梁；防腐设计

中图分类号：X734文献标识码： A

一、前言

公路桥梁在使用的过程中，会受到各个方面的侵蚀，如果没有在设计和施工的过程中做好防腐措施，就容易导致公路桥梁投入使用后效果不佳，问题频出，所以公路桥梁防腐设计非常重要。

二、钢铁的腐蚀原理

1、钢铁的自然腐蚀趋势

除了少数贵金属外，金属都由其自然态的矿石，通过消耗能量的冶炼，电解等方法而获得的。在自然界里发现的铁都不是纯铁，铁是铁矿石放在高炉里或是加热炉里提炼出来的。冶炼过程中还加入了煤矿或焦炭，并加热至很高的温度。在这个过程中，铁矿石吸收了大量的能量，这种能量一部分就贮藏在钢铁中。因此，任何一块钢铁都可以看作是一个充了电的蓄电池。这块钢铁以后就会以电的形式将贮存的能量释放出来。钢铁在能量释放过程中，某些成份耗费了即钢铁产生了腐蚀。这样钢铁就回到了能够稳定存在的自然态。因此，金属随时随地都有恢复到自然化合态（矿石）的倾向，并释放出能量。腐蚀的过程就是金属从热力学不稳定的原子态，转变成热力学稳定的离子态，即金属的能量降低的过程，这就是金属自然腐蚀的趋势。

2、钢铁的电化学腐蚀

腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀是金属与腐蚀介质间发生化学作用而产生的腐蚀，比如钢铁在非电解质溶液和有机溶剂中发生的腐蚀。化学腐蚀的过程中没有电流的产生。

电化学腐蚀是金属和介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀过程中有隔离的阴极区和阳极区，电流可以通过金属在一定的距离内流动。钢铁的腐蚀绝大多数情况下是电化学腐蚀。在金属表面形成原电池是电化学腐蚀最为主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线联结，我们可以发现导线上有电流通过。这种装置我们称之为原电池。

三、钢结构桥梁的腐蚀现状及危害

在20世纪20～30年代欧洲和北美发达国家建造一些钢桥，因当时防腐技术不能提供长久的腐蚀保护，使得这些钢桥投入运营后腐蚀严重，即使进行定期的刷油漆维护也不能获得满意的保护，只得将这些钢桥降级使用或续建第二座桥，给国家造成巨大的经济损失。各个国家每年投入钢结构桥梁的维护费相当巨大，但仍远远不够；腐蚀不仅浪费了大量的人力物力，财力，同时也大大缩短了桥梁的使用年限，更对环境造成了严重的污染。

我国从1878年至今，大量建设大跨径钢管拱桥、斜拉桥和悬索桥，钢桥梁建设取得了趋势瞩目的进步，仅长江上就已简称几十座大桥。但由于经济发展的限制及对钢结构防腐蚀的重视程度不够，因此钢桥梁发生锈蚀造成的工程事故接连发生，如广东海印大桥的拉锁锈断事故、四川宜宾拱桥的吊梁腐蚀造成桥面坠落事故等，这两座桥的使用年限均不到10年。我国钢桥梁所处的环境相对比较恶劣，因此，钢结构桥梁的防腐保护措施显得尤为重要。

四、钢桥梁不同部位的腐蚀特性

1、钢箱粱

流线型钢箱梁最早的使用是从英国Severn桥开始的，我国的许多桥梁采用的都是钢箱梁。钢箱梁外表面为平面构件，对于涂装来说非常方便，也便于以后的维修保养，腐蚀环境主要为大气腐蚀，目前多采用重防腐涂装体系。箱梁的内部结构复杂、涂装死角多、涂装维修条件差，且通风条件差，湿气的聚集会引起涂层起泡、锈蚀，但可以采取措施将钢箱梁封闭起来形成一个封闭的空间，利用除湿机来控制内部湿度。1970年建成的丹麦小贝尔特桥，首先采用了箱梁内部的空气干燥装置，起到了有效的防腐作用。现在新建的钢箱梁内部，都采用防腐涂装加内部除湿的方法，腐蚀情况减轻很多。超长钢桥梁的制造，通常是由钢箱梁分段拼装起来的。桥位焊缝部位的表面处理，可采用手工机械打磨，要求达到st3级，但如果采用无机富锌底漆或热喷涂金属时，表面处理等级要求较高，则必须用自动喷砂机进行处理。

2、铜桁粱

铁路桥梁或公路铁路两用桥梁多采用钢桁梁结构。由于结构的复杂性，其腐蚀情况也多种多样。钢桥、钢轨以上部位的钢结构，如下承桁梁的上弦杆、竖杆、斜杆和上平联等，这些部位外表面的腐蚀因素主要是雨水的侵蚀、紫外线的照射等；而箱型杆内部主要的腐蚀介质是大气中的潮湿气体，阴暗潮湿是腐蚀的主要根源。钢桥、钢轨以下的部位，如纵梁上盖板顶面与板梁上翼缘顶面(放桥枕面)，是全桥腐蚀最为严重的地方，也是最难处理的部位。

五、桥梁主要的涂装体系及选择

根据国内对桥梁涂料成功的实例证明，环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、氯化橡胶涂料、乙烯树脂涂料、丙烯酸树脂涂料等被认为是比较适用的涂料品种。涂料选择要综合相关条件进行选择。其原则是首先要满足施工方便，其次是渗透性能优良。由于混凝土表面和钢材相比较为疏松多孔，因而涂装不仅要增强其表面强度，增加涂层与混凝土的附着力，而且还起到增加涂层封闭性和抗渗透性作用。其次是涂层透气系数低的性能可有效防止混凝土的碳化和钢结构的锈蚀，同时抗渗等级高可有效阻止水份通过，提高混凝土(钢)结构抗腐蚀能力，重要的是涂装材料耐酸碱性能好，保持封闭漆在高酸碱结构层表面的长期防护效果，同时与底漆、中间漆匹配性能好也是非常比要的。

耐候性优异的脂肪族聚氨酯面漆常作为各种恶劣气候条件下长效涂装系统的首推面漆，涂膜具有极佳的耐盐雾性、耐海洋大气腐蚀性，在强烈日光紫外线照射不易降解、粉化和变色，能使涂层长期保持良好外观。不仅与环氧树脂中间漆间的结合力良好，而且具有良好的耐候性，同时具有极佳的装饰性能。

六、公路桥梁防腐措施

1、适当加大混凝土保护层厚度

国内大量工程调查和试验结果表明，钢筋混凝土结构的混凝土保护层厚度直接影响构件的耐久性。国内某试验研究表明：钢筋混凝土梁柱中钢筋腐蚀深度随混凝土保护层增加而变化的情况非常明显。当保护层厚度加大到一定值时（如梁柱的35mm），钢筋腐蚀成都极轻微（如小于0.1mm）甚至不被腐蚀，混凝土层亦不会出现裂缝；而当保护层厚度降低（如梁柱取30mm）时，钢筋严重腐蚀且足以使混凝土保护层出现顺筋裂缝或剥落。因此混凝土保护层厚度在相关规定的基础上增加5～10mm可以有效防止钢筋锈蚀并防止混凝土层裂缝。

2、选取适当钢种的钢筋。

构件所采用的钢筋钢种不同，防腐蚀的程度也不同。实践证明，主要承重构件的主筋与箍筋采用锰钢时防腐性能能较其他钢种的钢筋稍好一些。并且在满足抗裂要求的前提下尽可能采用粗钢筋。

3、选取适当水灰比。

掺入减水剂及矿物掺合料，减少水灰比，以增加混凝土的密实程度。矿物掺合料的种类有很多，主要是粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、天然火山灰、硅灰、稻壳灰等。

4、选用适当的防腐涂层。

当前工程中常用的防腐涂层有纯丙乳液（ＡＣ）、苯丙乳液（ＰＡ）、叔碳酸盐乳液（ＴＣ）和有机硅（ＯＳ）。实践证实：纯丙乳液涂层可以使混凝土气体渗透系数降低1个数量级，叔碳酸盐涂层可以使渗透系数降低2个数量级以上，而涂有苯丙乳液的混凝土几乎不透气。有机硅对混凝土的气体渗透性影响很小。以内蒙古乌海地区（煤炭产区）为例，造成对钢筋混凝土梁的侵蚀主要是因为空气中的各种酸性气体，因此，笔者认为在类似地区采用苯丙乳液作为混凝土涂层防腐蚀效果最佳。

七、结束语

总而言之，公路桥梁防腐设计的关键在于要明确公路桥梁防腐设计的流程和要点，同时，采取合理、科学的设计手段来提高抗腐设计的水平，提高公路桥梁的使用效果。

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