耐候钢桥典型表面腐蚀层厚度的试验研究

王富强

摘要：由于钢桥长期暴露于自然环境中，承受车辆载荷，钢结构会受到环境介质的腐蚀，特别是在环境恶劣的地区，腐蚀更加严重，因此，钢桥的腐蚀与防护一直是桥梁工程领域的重要研究课题之一。文章通过试验测量钢桥典型表面的腐蚀层厚度，并进行了数据统计分析，研究结果可为实际工程和理论研究提供参考。

关键词：耐候钢桥;典型;表面;腐蚀;厚度

0 引言

钢桥具有强度高、韧性好、制造方便、施工速度快等优点，已应用于铁路、公路和人行桥。由于钢桥长期暴露于自然环境中，承受车辆载荷，钢结构会受到环境介质的腐蚀，特别是在环境恶劣的地区，腐蚀更加严重，因此，钢桥的腐蚀与防护一直是桥梁工程领域的重要研究课题之一。本文通过试验测量钢桥典型表面的腐蚀层厚度，并进行了数据统计分析，研究结果可为以后的实际工程和进一步的理论研究提供参考。

1 试验方案及实验测量数据

1.1 试验方案

将大气腐蚀试样（下称试样）用一个简单的不锈钢锚固装置固定在桥梁钢结构上，保证试样与钢桥测量表面之间的紧密接触，试样模拟桥梁钢结构在同一环境同一部位的真实工作状态。由于锚固装置与试样的接触面积很小，因此不影响试样暴露面及腐蚀产物产生。根据ISO 9226-2012标准，试样尺寸为（100 mm×150 mm），厚度为1.5 mm，对其进行大气腐蚀试验。试件是由通常用于建筑物外墙的S355J2WP耐候钢板制成。对试样的背面，即与钢桥表面紧密接触的一面，进行遮盖处理以保证试样外露面的测量准确度。

本文分别在三座桥梁钢结构典型表面设置了28个测试表面，即28个试样，将它们分别安装在每一个预定检测的钢结构表面。在安装之前，应用便携式磁性测厚仪测量试样原有的腐蚀产物的厚度。大气腐蚀试验时间为10年，每年测量试样表面腐蚀产物的厚度。在暴露1年、3年和10年后进行试样的取样，以确定腐蚀失重值。本文试验只研究测量试样暴露一年后的大气腐蚀数据。实验测量的桥梁及测试表面试样数见表1。

1.2 典型表面测量

三座桥梁钢结构典型表面进行腐蝕层测量，典型表面共7个，试样固定同一部位，见表2。典型腐蚀产物厚度取平均值，测量结果见图1。测量结果表明，三座桥梁钢结构典型表面形态良好，没有受到桥面系排水系统漏水的影响。

由图1可知，表面4腐蚀产物厚度最大。通过式1计算，得Vx=0.19则x0.05=1.32;x0.95=3.05。表面4腐蚀产物的平均厚度是表面1的1.9倍，其中最大值xmax=152.6 μm。不超过ISO 9226-2012标准的推荐值xmin=400 μm。表面3较表面2腐蚀产物的平均厚度小，但两者差别不大。

表面2腐蚀产物的平均厚度是表面1的1.3倍，其中最大值xmax=81.4 μm。

Vx=0.21，则x0.05=1.13、x0.95=3.04。在靠近底部凸缘的外部腹板上，通常形成不同的腐蚀产物条。这种现象只发生在外部腹板上，是由于相邻底部凸缘残留较多的水分，容易积尘，且冬天结冰，因此导致不同的湿润程度。表面4与表面5腐蚀厚度近似，可知腐蚀过程也相似，Vx=0.12，则x0.05=0.84、x0.95=1.35。

表面7腐蚀产物的平均厚度是表面1的1.9倍，其中最大值xmax=120.4 μm，Vx=0.23，则x0.05=0.88、x0.95=2.33。表面6腐蚀产物的平均厚度是表面1的1.9倍，其中最大值xmax=116.2 μm，Vx=0.25，则x0.05=0.67、x0.95=2.18。

1.3 试样测量

在三座桥梁钢结构典型表面共设置了28个测试表面，在28个试样暴露一年后对它们进行腐蚀层测量，平均厚度测量结果见图2。

由图2可知，表面4腐蚀产物厚度最大。Vx=0.20，则x0.05=1.53、x0.95=3.84。表面4腐蚀产物的平均厚度是表面1的2.9倍，其中最大值xmax=87.4 μm。

表面5与表面4相比，锈蚀厚度较小。Vx=0.16，则x0.05=1.38、x0.95=2.91。表面5腐蚀产物的平均厚度是表面1的2.2倍，其中最大值xmax=77.0 μm。

表面2的Vx=0.10，则x0.05=0.88、x0.95=1.42。表面5腐蚀产物的平均厚度是表面1的1.1倍，其中最大值xmax=35.4 μm。

表面3与表面4相比，表面4腐蚀产物的平均厚度是表面3的2.7倍。表面3最大值xmax=36.1 μm，Vx=0.21，则x0.05=0.49、x0.95=1.26。表面3腐蚀产物的平均厚度是表面1的1.1倍，Vx=0.17，则x0.05=0.76、x0.95=1.71。

2 试验数据分析

钢结构长期暴露形成稳定的腐蚀产物厚度和暴露一年后腐蚀试样有显著差异，见表3。表中r1为长期暴露形成稳定的腐蚀产物厚度比率，即典型表面腐蚀产物平均厚度与表面1平均厚度之比，r2为一年后试件腐蚀产物平均厚度与表面1平均厚度之比。

由表3可知，耐候钢桥的腐蚀过程明显取决于暴露表面在结构中的位置和厚度。钢结构长期暴露形成稳定的腐蚀产物厚度，表面4的r1和r2结果几乎相同，但r2略高于r1。在腐蚀试样中，只有表面4的腐蚀率较高，主梁下翼缘外侧表面螺栓周围的腐蚀产物增加。这种影响是由于该处的润湿度比较高，但是，腐蚀厚度的增加幅度并不大，并且对原有的腐蚀产物起到一定的防护作用。主梁外部腹板和内部腹板腐蚀厚度差别较小。主梁腹板区域的腐蚀产物厚度高于外部腹板的。结果表明，钢结构长期暴露形成稳定的腐蚀厚度与暴露一年后的腐蚀厚度比值存在较大差异。

3 结语

通过上述研究与分析得出如下结论：

（1）耐候钢桥的腐蚀过程明显取决于暴露表面在结构中的位置和厚度。主梁下翼缘外侧表面腐蚀率较高。是由于相邻底部凸缘残留较多的水分，容易积尘，且冬天结冰，因此导致不同的湿润程度。

（2）钢结构长期暴露形成稳定的腐蚀厚度与暴露一年后的腐蚀厚度比值存在较大差异。腐蚀厚度的增加也能起到一定的防护作用。

（3）耐候钢大气腐蚀试验周期较长，测量腐蚀样品的腐蚀厚度一般需要10年。本次试验周期为一年，为了得出钢结构典型表面的腐蚀过程的结论，设计了足够数量的试样。腐蚀损失计算根据预计腐蚀损失确定。

随着我国基础设施建设速度的加快，大型钢结构桥梁不断涌现，钢桥防腐蚀的重要性日益显现。本文为以后的实际工程和进一步的理论研究提供了参考。

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收稿日期：2020-05-27