钢结构防腐涂层盐雾试验对比与研究

张 澄 余 满

（江苏宁沪高速公路股份有限公司，江苏 无锡 214000）

沪宁高速公路无锡段有3 座钢桁架桥梁，2006年通车以来，结构安全稳定，运行良好。但随着时间的推移，各种病害多发，尤其是钢结构表面开始出现不同程度的锈蚀，需要采取针对性措施来延长桥梁使用寿命。如何在各类桥梁涂装修复工艺中选择科学、经济的工艺尤为重要。该文试验依托沪宁高速3 座钢桁架桥涂层养护项目，对比不同工艺情况下的涂层盐雾促进腐蚀试验，找出最适合的方案，为3 座桥的涂层养护提供试验依据。

1 试验方案

1.1 沪宁高速钢桁架桥基本情况

沪宁高速无锡段的3 座钢桁架桥结构均为下承式钢桁架桥，仅跨度不同，桥梁主体结构由主桁、横向联结系、桥面联结系以及桥面组成。

目前，随着车流量的快速增长，无锡段3 座钢桁架桥梁主桥钢结构均出现点状锈蚀及原涂层老化现象，其中上平纵联出现较大面积的剥落、起泡和粉化等病害，有些部位涂层已经严重失效，还出现了较严重的钢板腐蚀，影响桥梁的结构安全性。在3 座桥中，新兴塘大桥的情况最典型，其典型病害如图1所示。

图1 典型病害

1.2 国、内外钢结构主要涂装工艺选取

目前，国内、外钢结构涂装工艺较多，课题组经过充分调研，结合《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》[1]、《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》[2]、《公路交通工程钢构件防腐技术条件》[3]等规范分别确定了铁路第7 涂装体系（无锡段3 座钢桥已采用该体系，下称现有桥梁）、公路规范体系（C4 级）、冷喷锌单层和冷喷锌三层4 种涂层体系。

底层处理工艺中主要有喷砂除锈和手工除锈2 种，此次依托的3 座钢桁架桥高强螺栓腐蚀的情况也比较严重，因此该文在对高强螺栓进行喷砂处理和手工处理的基础上，也分别采用上述4 种涂层体系方案，以同步检验、比较各方案对高强螺栓的防腐效果。

1.3 盐雾试验方案设计

1.3.1 试验仪器

该文主要试验仪器设备包括盐雾环境试验箱、数码相机、膜厚仪（记录表）、喷砂设备、手工抛光机、试验钢板、干燥器、扫描仪、汽油、软毛刷以及格子板（腐蚀面积）等。

1.3.2 试件制备

该文选取沪宁路钢桁架桥采用的Q370qd 钢材，所选钢板尺寸为150mm×70mm×3mm，数量为50 块。

高强螺栓部位也选用Q370qd 钢材，所选钢板尺寸为150mm×70mm×（24～30）mm，数量为8 块，M24 高强螺栓24 个。

钢板应无划痕，有轻微锈蚀，钢板锈蚀等级在《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923—1988）[4]规定的B 级（已发生锈蚀，并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面）、C 级（氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且有少量点蚀的钢材表面）之前，具体如图2所示。

图2 《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923—1988）钢板分级示意图

1.3.3 试验内容

试验将涂过漆的试板曝露于中性盐雾中，评定盐雾曝露的结果。该文试验使用的盐雾试验箱如图3所示，主要包括盐雾箱、恒温控制元件、喷雾装置和喷雾收集装置等。试验溶液配方参照《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》（GBT1771—2007）[5]，是—种模拟工业海洋大气腐蚀的快速试验方法，钢板所处的盐雾环境氯化物盐浓度比较高。另外，在试验过程中会随时监控腐蚀环境分湿度、温度以及盐雾浓度的变化，所有钢板试验同时进行，以保证钢板试样处于相同的腐蚀环境下。盐雾环境具体参数见表1。

表1 盐雾环境具体参数

图3 盐雾环境试验箱

1.3.4 试验经过

盐雾试验周期历时3 个月。间隔100h 肉眼观测钢板腐蚀形貌变化。每隔200h，用数码相机采集试件漆膜的外观腐蚀形貌图片。盐雾试验干膜厚度测试结果见表2，误差在25μm 以内。

表2 初始干膜厚度测试结果

盐雾试验钢板表面进行十字交叉划痕处理，随着老化的进—步加强，涂层开始出现起泡、生锈等—系列老化特征。根据《色漆和清漆涂层老化的评级方法》（GBT1766—2008）[6]评价试板的破坏变化程度。

1.3.5 试验结果

1.3.5.1 4种防腐涂装体系下的钢板盐雾试验

试验结果如下。

第一，无锡段钢桥涂装体系盐雾试验。经过2000h 的盐雾试验，该涂装体系（喷砂）2 块板划线处出现了中等程度的锈蚀，另外—块轻微锈蚀。该涂装体系（手工）板腐蚀面积扩大，—块板出现了较大程度的锈蚀，另外2 块出现轻微锈蚀。说明喷砂处理试板比手工处理试板耐盐雾性效果更好。

第二，公路规范体系盐雾试验。经过2000h 的盐雾试验，公路规范体系（喷砂）—块板划线处出现中等程度锈蚀，另外2 块无明显变化。公路规范体系（手工）—块板出现轻微锈蚀，另外2 块无明显变化。同样说明喷砂处理试板比手工处理试板耐盐雾性整体效果更好。

第三，冷喷锌单层盐雾试验。经过2000h 的盐雾试验，冷喷锌单层（喷砂）表面出现中等程度锌盐，划线处无明显变化。冷喷锌单层（手工）表面锌盐增多，划线处无锈蚀，第三块样板表面出现几处锈点。说明喷砂处理试板与手工处理试板耐盐雾性整体效果相当。

第四，冷喷锌三层体系盐雾试验。经过2000h 的盐雾促进试验后，不同的体系表现不同。该文试验中，某桥涂装体系破坏程度最严重，其次为公路规范体系与冷喷锌单层，冷喷锌三层体系耐腐蚀性最佳。说明手工打磨表面处理的试板与喷砂处理相比防腐效果相当。

1.3.5.2 4种防腐涂装体系下的螺栓盐雾试验

螺栓盐雾试验记录表见表3。经过2000h 的盐雾试验，由表3 可知，无锡段钢桥涂装体系产生了较少的鼓泡，公路规范体系则出现了较多的起泡，并且其中—个螺栓头部出现严重锈蚀。冷喷锌单层出现了中等数量的锌盐，但螺栓及试板均无变化，表现良好。冷喷锌三层体系涂装的螺栓无任何变化。同时，每个螺栓的螺杆部位的锈蚀情况比螺帽部位严重，说明螺杆部位比螺帽更易发生锈蚀。整体来看，公路规范体系防腐性能表现较差，单层冷喷锌与无锡段钢桥涂装体系表现较好，冷喷锌三层体系涂装的螺栓具有最优异的防腐性能。

表3 螺栓盐雾试验结果

1.4 试验结论

从对依托工程的钢桁架涂装体系、公路规范体系（C4级）、冷喷锌单层以及冷喷锌三层4 种涂层的基本性能对比试验可以看出，虽然冷喷锌三层防腐体系中的面漆出现了一些病害，但是结合冷喷锌单层的防腐效果，冷喷锌三层防腐的效果是4 种防腐体系中最好的，在施工成本和涂装效果方面优势显著。

2 结果与讨论

钢结构桥梁所在的环境、气候条件和腐蚀环境千差万别，这些不同的大气环境使桥梁遭受的腐蚀情况又各不相同，因此大气环境的各种因素对钢结构桥梁的腐蚀状态影响较大。该文选取桥梁防腐涂层中常用的典型涂层体系，通过设计盐雾促进试验和紫外光老化试验观察光照和盐分对涂层的影响，并对这几种涂层体系的耐腐蚀性能进行对比和分析，得出如下结论。

第一，在钢材的盐雾试验中，无锡段钢桥涂装体系划线处锈蚀最多，破坏程度最严重，其次为公路规范体系与冷喷锌单层，冷喷锌三层体系具有较优异的耐盐雾性能，经过试验后完好度最佳。经过喷砂处理的试板耐盐雾效果与手工处理效果相当。

第二，在螺栓的盐雾试验中，公路规范体系防腐性能表现较差，单层冷喷锌与无锡段钢桥涂装体系表现较好，冷喷锌三层体系涂装的螺栓具有最优异的防腐性能。

第三，无锡段3 座钢桁架桥梁原设计采用了铁路第7 涂装体系，在制造工厂内进行涂装后运输至现场拼装。为避免涂层不一致，在目前的日常维护中，钢结构的养护涂装仍采用原涂装方案，如需要大范围的全桥涂装，可优先考虑采用冷喷锌三层工艺，效果会更好。

3 结语

钢桁架桥梁以其承载力大、自重轻、工期短和外形美观等优势，在公路和铁路建设中被广泛应用，但在运营期间易受外界环境的影响，长期雨水侵蚀会造成钢结构锈蚀甚至断裂，严重影响钢桁架结构桥梁的安全性和耐久性。同时在钢桥整个使用寿命中需要一直进行防腐涂层的保养与维护，该过程往往对交通干扰较大，维护成本也较高，一定程度上降低了道路桥梁使用品质。该文对4 种常见的钢结构涂装体系在相同盐雾试验条件下的防腐效果进行研究，提出了一种相对经济合理的防腐体系，为国内其他同类公路钢桁架桥的预防性养护与维修提供了有益的参考和借鉴，具有十分重要的实践意义。