跨海大桥钢结构防腐涂料设计方案

摘 要：介绍了跨海大桥钢结构防护涂层（包括防锈底漆、中间漆和面漆）的选择标准、原则以及主桥钢箱梁热喷涂防腐蚀涂层体系和热喷涂锌、铝涂层钢铁防护标准。通过实例说明了跨海大桥钢箱梁防腐涂料体系设计方案及其涂装注意事项。论述了钢丝主缆涂装工艺及钢质护栏内、外表面防腐涂装方案。

关键词：防腐,防腐工程,防腐处理,防腐涂料,钢结构防腐

1 前言

在交通运输业的发展中，跨海大桥的建设为高速公路和铁路的延伸提供了可能。由于跨海桥梁是建在环境相当恶劣的海洋环境中，因此，海洋大气严重的盐雾腐蚀是跨海桥梁设计和建造过程中必须重视的课题。为了确保安全和节省维修费用，应该根据桥梁的类型、结构、材料、尺寸和地理位置为钢铁的腐蚀防护设计合理的钢结构防腐涂料方案。

2 跨海大桥主要钢结构的腐蚀防护

在跨海大桥结构中，以悬索桥和斜拉桥为最主要的结构形式。而连续钢箱加劲梁悬索桥是悬索桥中一种主要的桥梁形式，其整个桥梁的钢结构防腐蚀保护对象主要有钢箱梁主桥梁、悬索的钢丝缆和主桥面的钢护栏等。其它结构桥梁的钢结构防腐保护与悬索桥钢箱梁主桥梁大致相同。

跨海大桥钢箱梁的钢结构防腐涂层要达到长时间使用的目的，必须采用长效保护的重防腐涂料体系方案。近几十年成功的工程实践经验证明，可以通过完整的钢结构防腐涂料体系来解决钢结构的长期腐蚀防护问题。而海洋大气环境下的钢结构防腐涂料体系主要以防锈底漆、中间封闭层以及以耐紫外老化为主要功能的面漆的配套体系组成。其中，钢结构防腐底漆主要为2大类：热

喷涂铝、锌、锌铝合金的金属防腐镀层；无机和有机富锌底漆。

2. 1 防腐底漆

2. 1. 1 金属热喷涂保护

金属热喷涂最早在20世纪40年代应用于防腐蚀工程。几十年的研究和应用使这项技术逐渐成熟，从而成为当今大型钢结构长效防腐的首选方法。美国联邦公路管理局FHWA-RD-96-058报告指出，热喷涂至少可以保证30年的有效使用期。英国桥梁工程师认为金属喷涂层能使桥梁钢结构得到长期的保护。在英国新建的桥梁中，90%以上采用热喷涂金属镀层和防腐涂料结合的保护方案。1988年，中国制定了热喷涂国家标准，1997年对此进行了修订，即GB/T 9793-1997《金属和其它无机覆盖层—热喷涂锌、铝及其合金》[1]，国际标准ISO14713-1998 《钢结构防腐蚀保护－金属涂层指南》是关于金属涂层防腐蚀保护的最新标准[2]。国内有关行业为适应钢桥防腐技术发展的需要也制订了相应的行业标准，如交通部JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》和铁道部TB/T 1527-1995《铁路钢桥保护涂装》明确规定以热喷涂为钢桥梁防腐的有效方法。在铁路钢桥上我国一直推荐在钢梁和箱梁上盖板应用喷锌/喷铝和有机涂料的复合保护。从20世纪90年代开始，先后有十几座桥梁应用了金属喷涂层加涂料的双重保护设计方案。

2. 2. 2 钢结构防腐无机或有机富锌底漆

无机或有机富锌底漆是另一类防锈底漆，它是以具有阴极保护作用的锌粉为主要颜料的富锌底漆。它通过锌粉粒子间的互相接触和与钢基体的接触形成电通路，从而达到电化学阴极保护作用。

2. 2 钢结构防腐中间漆

中间层漆在防腐涂料体系中起到承上启下的作用，使各涂层之间粘结良好，形成一个整体防护体系。作为中间层漆，其与底漆和面漆必须有良好的层间附着力。因此，需要精心设计中间层漆。设计钢结构防腐中间层漆的一般做法是：

(1) 在钢结构防腐工程中尽量选择与底漆和面漆相同、相近或相适配的基料，如在无机硅酸锌底漆和环氧富锌底漆上通常采用环氧云铁中间层漆进行配套。

(2) 选择屏蔽型的颜料如云母氧化铁、铝粉、滑石粉等，使中间层漆具有较好的屏蔽阻挡作用。

(3) 在钢结构防腐工程中为了增强中间层漆与底漆的附着力，尤其是底漆的表面比较粗糙时（如热喷涂锌或铝层和厚膜型无机富锌底漆），往往采用粘度较稀的中间过渡层漆（tie coat）。这些中间过渡层漆能很好地渗透到金属镀层和无机富锌底漆的不平表面中，起到良好的锚固作用。

2. 3 钢结构防腐（耐候）面漆

面漆是整个钢结构防腐涂料体系的第一道关口，能够阻挡外界腐蚀介质渗透到涂层中。如氯化橡胶云铁面漆具有很好的耐海洋大气的保护性能，在厦门地区已有十年以上的实际暴露试验数据。目前采用最多的防腐面漆是丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆的应用也在增加。面漆具有装饰和标志作用。钢结构防腐涂料体系中面漆的装饰作用越来越受到人们的重视和关注。以城市大型桥梁为例，它们的外观色调是靠整个保护涂料体系的面漆来体现的。如厦门海沧跨海大桥选择银兰色为主色调，宜昌长江大桥则采用红色调，它们都是与周围环境和当地的人文地理有着协调的关系。

3 跨海大桥防腐涂料配套体系

跨海大桥不同部位采用的防腐涂料配套体系简述如下。

3. 1 主桥钢加劲梁构件防腐涂料配套体系

3. 1. 1 金属热喷涂层与有机涂料体系

采用金属热喷涂层作为防腐底漆与中间层漆和面漆的配套体系推荐标准如表1 ~ 表3所示（表 1 中的封闭漆通常使用环氧封闭漆）。表1 ISO14713热喷涂防腐蚀涂层体系

防腐蚀环境 防腐涂层寿命/年 钢结构防腐涂层体系

C5

（海洋和工业大气）

≥20

喷铝150 µm + 封闭层

喷锌150μm＋封闭层

Im2

（海水和盐水的水环境）

≥20

喷铝250 µm

喷铝150 µm + 封闭层

喷锌250 µm

喷锌150 µm + 封闭层

表2 AWSC2.2–67 热喷锌、铝涂层钢铁防护推荐标准

Table 2 Recommended standard of AWSC2.2–67 for

thermal spray zinc and aluminum

腐蚀环境 涂层体系

含盐、高湿度和工业

大气（重）

喷铝150 µm + 磷化底漆1道+ 铝

粉乙烯面漆2道

钢桩水线以上

喷铝150 µm + 磷化底漆1道+ 铝

粉乙烯面漆2道

钢桩水线以下

喷铝150 µm + 磷化底漆1道+ 乙

烯面漆2道

表3 GB/T 1527-1995《铁路钢桥保护涂装》标准

腐蚀环境 涂层体系

喷锌200 µm + 灰铝锌醇酸面漆2道，70 µm 沿海、工业

污染地区 喷锌200 µm + 灰云铁醇酸面漆2道，80 µm

3. 1. 2 采用无机和有机富锌防腐底漆

由于桥梁中钢结构建造的时间较长，故需要参照造船工业使用的车间底漆对钢板进行预处理保护。采用的车间钢结构防腐底漆中，富锌底漆体系的性能要比不含锌粉而用屏蔽型颜料的涂料体系更好。一般来讲，采用无机富锌底万漆比有机富锌底漆（如环氧富锌底漆、聚氨酯富锌底漆）的体系有更好的防腐蚀性能。两者在接近白的喷沙表面上（Sa2.5级）都显示出优良的防腐性能。但在对涂层划伤区的保护上，无机富锌底漆体系要比有机富锌底漆体系更好。无机富锌底漆主要分醇溶性无机硅酸锌车间底漆和水性无机锌底漆。醇溶性无机硅酸锌车间底漆干燥快，受环境气候影响比水性无机锌底漆小，目前工程上多采用醇溶性无机硅酸锌车间底漆。由于富锌底漆表面具有粗糙和多孔特性，需要采用一种兼备连接功能和屏蔽功能的中间层漆如环氧云铁防锈漆和厚膜环氧连接漆。

表4为我国东南沿海一座跨海大桥钢箱梁的防腐

涂料体系设计方案[3]。

表4 钢箱梁防腐涂料体系设计方案

δ（干膜）/ µm

部位 涂料品种 道数

每道 总厚度

醇溶性无机硅酸锌车间

底漆 1 20 ~ 25

2次表面处理

醇溶性无机富锌底漆 1 80

环氧型封闭漆 1 25

环氧云铁中间层漆 1 80

脂肪族聚氨酯面漆 2 40

加劲梁

外表面

总计 6 325

醇溶性无机硅酸锌车间

底漆 1 20 ~ 25

2次表面处理

加劲梁

内表面

（箱内设除湿机）

改性厚浆环氧漆 2 50 100

醇溶性无机硅酸锌车间

底漆 1 20 ~ 25

2次表面处理

醇溶性无机富锌底漆 1 65 ~ 80

加劲梁

桥面

聚合物沥青路面材料

3. 1. 3 防腐涂料选择与涂装注意事项

在涂料产品选择和施工中需要重点考虑和关注的问题有如下方面。

(1) 醇溶性无机硅酸锌车间底漆和醇溶性无机富锌底漆的配套性。由于桥梁建造周期长，在钢板防腐涂装富锌车间底漆后有相当一段时间是在工厂内进行焊接和组装成为加劲梁结构。因此，当结构件完成后，进行涂装无机富锌底漆时要求能与仍保持完好的车间底漆有良好的配套性。钢结构防腐中最好采用同样的厂家产品外，要求进行涂料的配套性试验，有效的方法是测定配套涂层间的附着力。

(2) 在钢结构防腐工程中，因为最后一道面漆在整个桥梁完全安装后才涂装，所以需要测定2道聚氨酯面漆中间的可复涂性。因试验时间较短，须采用在涂装第1道聚氨酯面漆后进行人工加速老化性能试验，然后再涂装第2道聚氨酯面漆，以测定2道面漆之间的完整性和适配性。 (3) 由于各分段钢加劲梁的建造加工工地和实际桥梁安装的位置往往不在同一地点，从分段钢加劲梁完成后运到桥梁工地要经过一段时间，因此，加劲梁构件表面已受到海水的不同程度的污染，为了确保已涂装表面与最后 1 道聚氨酯面漆的附着力，需要在安装前对各分段加劲梁表面进行淡水清洁，以去除表面的盐垢和其它污染物。对个别涂层已破损的表面应重新除锈并修补涂层。

(4) 在实际钢结构防腐中，对于钢箱梁内部的防腐涂料体系设计，国外的做法是在钢箱梁内部采用去湿机，而不是防腐涂料。但是，这种方案不一定适合国内的现况，采用环氧富锌底漆 1 道的保护设计可能更为可靠。

3. 2 钢丝主缆的防腐涂装工艺

钢丝主缆是悬索桥的主要承重构件，在大桥的使用期内是不可更换的，它是整个悬索桥梁的“生命线”。整个主桥面的自重和载荷都是通过主缆传递到混凝土主塔的，要求主缆的寿命与整个桥梁一致。这就对钢丝主缆的防腐蚀保护提出了非常高的要求。钢结构防腐工程中，大桥的主缆钢丝表面多采用镀锌方法处理，以提高其钢结构防腐能力，而对由钢丝组成的主缆则采用多层防腐涂层进行保护。钢丝主缆的防腐涂料涂装工序如下。

3. 2. 1 钢丝的表面处理要求

对主缆钢丝表面去除污染和杂物，包括除去锈蚀、盐渍、油污和水分，并吹干钢丝表面。方法：用清洁剂清洗掉污染物和杂质，在涂抹腻子前，保持钢丝表面清洁和干燥；采用一道磷化底漆（10 µm）对经表面处理后的钢丝进行保护。

3. 2. 2 钢丝绳空隙密封

用钢结构防腐密封腻子对钢丝绳之间的空隙进行填满和密封。通常采用的密封腻子有：不干性密封膏、聚氨酯腻子和聚氨酯锌粉腻子，厚度在1 ~ 3 mm。如海沧大桥采用不干胶型密封胶，它除了具有综合密封性能外，还具有优良的耐老化性。

3. 2. 3 主缆用防腐涂料体系

使用经过处理后的钢丝对主缆承载钢索进行包缠紧固，接着对主缆表面进行防腐涂料防护。采用的防腐涂料体系有：

(1) 磷化底漆和屏蔽型防腐涂层各1道。

(2) 弹性密封防腐层1层。目前，通常采用的品种有聚硫密封胶、聚氨酯腻子、聚氨酯防水层和聚异丁烯橡胶密封剂等。这些涂料应该在钢结构防腐工程中应具有以下性能： 对环境中的水、气、盐份等腐蚀介质具有优异的抗渗透能力；与屏蔽型防腐涂层有很好的结合力； 密封层干燥或固化后应为高粘弹性的弹性体，有效寿命在40年以上； 密封层可采用刷涂或抹涂施工，涂层固化成膜后，表面应平滑均匀。

(3) 聚氨酯面漆 3 道，总厚度大于 180 µm。对面漆的要求是：与弹性密封层有优异的附着力和配套性；面漆材料本身的复涂性和可修补性好；防腐涂层应具有很好的韧性和弹性；耐紫外老化和保色性好，要求使用期在15年以上。

3. 3 主桥面钢护栏的防腐涂装

大桥钢护栏的主要功能是：防护（达到PL2级）和装饰。大桥钢护栏的装饰是整个大桥景观的一个重要组成部分。由于大桥处于海洋性环境中，钢护栏又受汽车尾气的直接影响，因此对钢护栏的里外表面防腐处理非常重要，它直接影响到护栏的使用寿命和景观。主桥面钢护栏的涂装包括：（1）钢护栏的外表面防腐涂装。钢结构防腐工程应根据整个大桥钢箱梁和主缆的防腐方案，单独对钢护栏外表面可采用如下防腐涂装：喷砂清洁达Sa2.5级；环氧富锌底漆，1道，75 µm；环氧云母氧化铁中间层漆，1道，110 µm；脂肪族聚氨酯面漆，2道，80 µm。（2）钢护栏的内表面防腐涂装。由于钢护栏横梁内表面的涂装比较困难，从长期防腐要求来讲，建议先采用内外表面热浸锌处理的方法，然后在钢护栏外表面采用环氧底漆/环氧中间层漆/聚氨酯面漆的方案。国内一些大桥钢结构防腐工程，在建造时对钢护栏内部没有采用防腐处理，以至于在安装钢护栏后就发现了钢护栏内部发生锈蚀现象。若此时才进行补救就非常困难。因此，建议采用如表5所示的方案对钢护栏进行处理。在实际桥梁钢护栏镀锌表面的防腐涂装工程中，发现有一些错误的做法：一是没有合理选择涂料，如直接涂装醇酸类面漆，造成醇酸面漆与镀锌层的严重剥离；二是不重视对涂装前镀锌层的表面清洁处理。这也是造成中间涂层与镀锌层剥离的主要原因。因此，钢结构防腐实际工作中，应当重视并规范钢结构镀锌层表面保护性

表5 钢质护栏内、外表面防腐蚀涂装方案

涂装部位 名称 涂装道数 δ/ µm 施工方法

底层处理 酸洗除锈 护栏结

构件的

内表面 热浸锌层

90 ~ 100 浸槽热浸锌

底层处理 酸洗除锈

热浸锌层

90 ~ 100 浸槽热浸锌

环氧封闭

底漆或磷

化底漆

1 20 ~ 30 刷涂或喷涂

环氧云铁

中间漆

1 40 刷涂或喷涂

护栏结

构件的

外表面

可复涂聚

氨酯面漆

2 80 喷涂或刷涂

合计 4 250 ~ 270

4 结论

跨海大桥所处的钢结构防腐环境极其恶烈，因此，大桥的防腐防护至关重要。而金属热喷涂和有机涂料复合保护技术的成功应用，为我国桥梁建设的发展提供了保障。随着我国经济建设的快速发展，该项技术将为国家节省桥梁维护费用、减少由于采用钢结构防腐造成的环境污染发挥其更大的作用。

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