谈高速公路交通安全设施防腐技术

2021-01-06刘哲

黑龙江交通科技 2021年3期

刘哲

(山西省交通科技研发有限公司，山西太原 030032)

1 高速公路交通安全设施的腐蚀机理

交通安全设施当中的金属构件、连接件以及钢筋混凝土都存在被腐蚀的可能，而无论是金属还是混凝土的腐蚀破坏，都是由于其自身的成分与接触到的大气或雨水等介质中其它化学物质发生了化学反应，导致交通安全设施原有的稳定结构被破坏，出现锈蚀、结构裂纹或断裂等现象。而高速公路沿线不仅存在风霜雨雪以及高温冻融等助长腐蚀破坏发生的气象因素，还由于不同路段存在工业园区、濒临海湾或处于酸雨易发区域，使得空气中存在一定浓度的腐蚀性元素，会直接接触或溶于降水而集聚在交通安全设施的表面，并且会沿表面细微裂纹等缺陷逐渐渗透侵入金属、混凝土结构的内部，让交通安全设施各部分构件更快被腐蚀。

2 防腐技术原理及类型

2.1 防腐技术的基本原理

由于腐蚀过程的实质是发生多种化学反应，一方面导致被腐蚀对象的化学成分发生改变，其原有的强度、刚度以及密度等机械性能和物理性质等无法达到预期，从而引发结构失稳、强度或密封性能失效。另一方面化学反应过程中产生大量新的化学成分，其化学活性、体积等也出现根本变化，会与环境中更多介质发生进一步的化学反应，并且由于微观结构变化以及体积膨胀等原因，加剧构件的性状改变，表现为变形、断裂以及析出不规则形状的锈蚀物质等。因此防腐技术大多首先致力于隔离被保护对象与环境中的腐蚀性介质，利用防水防渗且耐腐蚀的原材料覆盖其表面形成隔离层。其次针对腐蚀发生发展过程的特点，利用化学、电化学或物理学原理，采取措施延缓腐蚀进程来达到提升被保护对象使用寿命的目的。

2.2 防腐技术类型

根据所用防腐原材料的类型，防腐技术可大致分为金属镀层、非金属涂层以及电化学保护三个类型，前两类防腐技术采用的是不同性状的耐腐蚀金属或非金属材料，利用不同的工艺使之均匀覆盖被保护的基材表面，与其紧密结合并形成致密保护膜，达到隔绝空气、水以及有害介质的目的。其中常用的金属防腐材料有含硅、铝、铬与锌等化学性质相对稳定元素的材料，在具体的防腐处理过程中，根据防腐有效年限要求、腐蚀性介质类型以及经济性等选择应用。而由于工艺的不同，最终在材料表面形成的保护层化学成分有所区别，既有单一由锌、铬等元素构成的薄膜，也有由被保护材料中的元素和防腐材料发生物理化学反应形成的合金或化合物。而非金属防腐涂装材料大多为有机或无机涂料，并且除了能够通过喷、刷等工艺形成防腐保护膜，还由于色彩丰富、质感光滑而具有装饰、标识作用，因此通常被应用于对表观质量要求较高要求场合。此外电化学保护利用电化学原理，通过牺牲阳极以及阳极保护等方法，让金属材料表面形成化学性质稳定的钝化层来达到防腐目的。

3 交通安全设施施工中常见防腐工艺

3.1 热熔镀金属防腐

热镀金属防腐是最成熟的高速公路交通安全设施防腐技术，经过多年的探索和工艺改进，目前已经成为应用最为广泛的工艺。在没有特殊腐蚀性介质的普通环境条件下，使用热熔镀锌工艺就可以满足波形梁防护栏、指示牌等绝大部分金属构件的防腐需要，也被用于处理螺栓螺母等金属连接件的表面。而热镀铝具有更强的耐腐蚀性能，但是工艺难度与成本相对偏高，因此被用于酸雨多发、海洋或工业大气以及极度潮湿等公路路段的交通安全设施防腐，或者在要求防腐有效期较长的情况下。二者都是利用高温条件下防腐金属材料与基底材料中铁元素的化合作用，将待处理构件浸入含锌或铝元素的高温溶剂当中，停留一定时间之后进行冷却和后续处理，使得构件表面形成结合紧密、性质稳定耐腐蚀的金属化合物、氧化物以及单一元素薄膜，从而隔绝腐蚀性介质并保护安全设施金属构件与连接件。

3.2 粉末喷涂防腐处理

以塑料为主的有机材料做为防腐材料对交通安全设施进行防腐处理，在近年来应用越来越多。这一技术的应用曾经遇到难点，在使用热熔喷涂工艺时，由于隔离栏等构件结构存在很多阴角、拐点和连接部位，导致防腐材料无法均匀覆盖所有角落，因此存在保护层相对较薄的薄弱部位，在投入使用后两三年甚至更短时间就会出现锈蚀点，并且由于保护层完整性的破坏而迅速出现大面积锈蚀损坏。但是目前通过与传统防腐技术的结合运用，采用镀锌防腐技术先对基材表面进行处理，再采用热熔喷涂技术形成表面的无机材料保护膜，有效弥补了单纯应用粉末喷涂工艺的缺陷，在实践中可以将免维护防腐年限延长至二十年甚至更长。

3.3 涂装防腐技术

涂装防腐技术是使用一种或多种防腐涂料对基材进行表面处理，利用滚刷、高压喷涂等工艺在材料表面形成兼具隔离、耐腐蚀、防水以及装饰作用的保护层。在高速公路交通安全设施防腐施工中，目前主要用于混凝土构件的防腐处理。在具体应用过程中需要科学的设计保护层的结构和工艺，包括基层封闭孔隙的材料、中间层的防渗找平涂料以及耐腐蚀又美观的面层等。

4 交通安全设施防腐质量控制要点

4.1 碳素钢构件的防腐处理

热镀金属以及粉末喷涂是隔离栏等碳素钢构件的主要防腐处理工艺，在热熔镀锌与镀铝过程中，对防腐效果影响最大的质量缺陷是漏镀和保护层附着力不足，会导致镀层剥落以及快速发生锈蚀。因此首先在防腐处理前，应对基材表面进行处理，清除污染物以及通过打磨或化学方法彻底除锈，以确保镀层的均匀、完整和致密。其次由于热熔镀铝工艺温度高达700 ℃，距离碳素钢强度拐点不足30 ℃，因此应控制好防腐处理过程中的介质温度。并且使用必要的装具控制构件的变形，对于发生变形的构件则要在冷却前及时矫正。最后要控制好镀锌碳素钢基材中碳、磷元素的含量，并且在需要添加铝元素改善表观质量时掌握好用量，以免影响基材中铁元素与锌元素的化合反应效果。此外应对存在瑕疵的金属镀层表面进行进一步处理，将漏镀部位打磨并二次熔镀，或者使用涂料喷涂、涂刷来强化表面细部耐腐性能。

4.2 金属连接件的防腐技术应用

螺栓、螺母等金属连接件用于组装、固定隔离栅等安全设施，而由于其不仅同样暴露于恶劣环境当中，还需要进行拆装调试等操作，因此不仅除了需要进行防腐处理，还应确保防腐层具有足够的耐磨性能，而且要避免保护层影响连接安装的公差。所以首先在技术条件允许的情况下，应优先采用热熔粉末喷涂工艺对螺栓等进行防腐处理，利用有机材料保护膜超薄耐磨以及工艺简单的特点，保证连接件达到耐久性和连接可靠性要求。其次当使用热熔镀工艺进行防腐处理时，应按照规范要求保证防腐材料用量和保护层厚度，检查并清理处理后连接件的螺纹部位，确保不影响连接件的正常使用。此外在现场安装完毕之后，应细致检查连接部位有无保护层破损，如有则应使用防腐涂料修补。

4.3 钢筋混凝土结构的防腐技术要点

目前钢筋混凝土结构的防腐以涂装油漆、高分子防水耐腐涂料等为主，为保证防腐效果，应首先对构件表面进行清理和打磨，进而用防渗防水涂料封堵混凝土表面孔隙。其次根据构件表面平整度，在必要时使用防水腻子进行找平，以确保后续表层涂料形成厚度均匀的保护层，而表层材料需选择具有良好耐候、耐腐蚀性能的高分子有机涂料。最后应通过现场试涂来验证防腐技术方案的合理性，在约10 m2混凝土结构表面按设计逐层涂装，并且在养护完成之后进行规范的抗渗、耐腐蚀以及耐老化试验，经确认合格再按照相同的工艺参数进行正式涂装。