我国跨海大桥钢结构防腐保护与涂装

摘要：介绍了我国跨海大桥钢结构的建设情况及其防腐蚀涂装。

关键词：防腐,防腐工程,防腐处理,防腐涂料,钢结构防腐

1 引言

随着我国经济实力的不断提高及沿海地区经济快速发展的需要，作为经济发展基础设施的跨海大桥和临海大桥不断兴建。资料显示，我国已建和在建的跨海大桥数量不少，它所带来的经济收益将远远超过建桥本身。例如，作为国内第一座跨海大桥的上海东海大桥使上海人的活动半径向大海延伸了30多km，这是历史性的突破。同时，上海南汇、奉贤等区也将会成

为上海制造业的新高地。再如全世界最长、工程量最大的杭州湾跨海大桥建设，完善了长江三角洲区域公路布局及国道主干线，缓解了沪、杭、甬高速公路流量的压力，有利于杭州湾地区城市主动接轨上海，扩大开放，推动长江三角洲地区的合作与交流，提高浙江省对内对外开放水平，增强综合实力和国际竞争力。我国近年来对跨海大桥设计基准期要求越来越高，并在东海大桥的设计过程中首次提出设计基准期为100年，这对跨海大桥钢结构防腐涂装提出了更高的要求。由于跨海大桥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，钢结构防腐中应该根据跨海桥梁的类型、结构、材料、尺寸和地理位置为钢结构的腐蚀防护设计合理的钢结构防腐蚀涂装方案。本文主要介绍了我国跨海大桥建设情况及目前我国桥梁钢结构防腐现状，并列举出典型的钢结构防腐配套方案。

2我国主要跨海大桥的建设情况

2．1国内部分已建及在建的跨海大桥

(1)宁波杭州湾大桥：宁波杭州湾跨海大桥北起嘉兴海盐，南至宁波慈溪，全长36 km，设计使用寿命100年以上，是目前世界上已建和在建中最长的跨海大桥。2008年5月实现全线贯通，总投资118亿元。(2)东海大桥：东海大桥起于上海市南汇区，直达浙江嵊泗县小洋山岛，总长约32．5 km(海上段25．3km)。东海大桥工程于2002年6月26日开工建设，是上海国际航运中心深水港工程的一个组成部分，工程投资约71．1亿元，设计使用寿命为100年，一期工程已于2005年5月25实现全线贯通。(3)舟山大桥：舟山大桥工程总长近50 km，一期三座大桥——岑港大桥、响礁门大桥、桃天门大桥总投资约11亿元，现已建成。二期工程——金塘大桥、西堠门大桥已正式批准立项建设。金塘大桥起自金塘岛，接拟建的西堠门大桥，止于镇海，全长27 km，其中跨海大桥长约18．5 km，项目总投资约70亿元。西堠门大桥则起自舟山册子岛，接桃天门大桥西线，止于金塘岛，全长约5．3 km，其中跨海大桥长约2．6 km，项目总投资约24．8亿元。

(4膺岛海湾大桥：青岛海湾大桥是国家高速公路路网规划中青岛至兰州高速公路青岛段的起点。大桥东起青岛城区308国道，西至黄岛，全长约35．4 Km，其中海上段长度26．75 km，总投资将达到99．38亿元。

(5熠兴杭州湾跨海大桥：绍兴杭州湾跨海大桥长约12．32 km，工程投资约65亿元。

(6)萧山杭州湾跨海大桥：该大桥从杭州萧山至嘉兴海宁，全长约4．5 km，投资估算10亿元。

(7)厦漳跨海大桥：厦门和漳州跨海大桥长12．3km，投资估算30．32亿元，该工程2005年动工，预计2008年完工。

(8)平潭跨海大桥：平潭海峡大桥及接线公路工程，起自福清小山东，接省道305线，跨海坛海峡，止于平潭娘宫，接省道305线，全长4 976 m，总投资达1l亿多元。其中跨海峡大桥长3 510 m，两岸接线长l 466m，预计2009年底通车。

(9)厦门海沧大桥：位于厦门市西港中部，西起海沧开发区马青公路，跨越厦门西海域并穿过火烧屿后接厦门本岛仙岳路，是厦门岛的第二条对外通道。工程全长5 926．527 m，主跨648 m，总投资28．7亿人民币。海沧大桥于1999年底通车。

2．2国内拟建的跨海大桥

(1)大连拟建的跨海大桥：大连跨海大桥南起大连中心城区至金港区西海屯，全长17．978 km，估算投资86亿元。

(2)长岛蓬莱拟建的跨海大桥：烟台长岛县拟建海上公路大桥与蓬莱连接，桥长约8 km，估算投资约为20亿元。

(3)j睐港澳拟建的跨海大桥：港珠澳大桥设计全长约29 km，总投资额约150亿港元。其它拟建的跨海大桥还有：浙江省玉环到乐清拟建跨海大桥、福建省石狮惠安拟建跨海大桥、琼州海峡拟建跨海大桥等心1。

3跨海大桥钢结构防腐防护

在跨海大桥结构中，悬索桥和斜拉桥是最主要的结构形式。连续钢箱加劲梁是悬索桥中一种主要的桥梁形式(如杭州湾跨海大桥)，其整个桥梁的钢结构防腐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结构护栏等。斜拉桥则由索塔、主梁、斜拉索组成(如日本多多罗大桥)，其钢结构防腐保护与悬索桥钢箱梁主桥梁大致相同。跨海大桥钢结构要达到长时间使用的目的，必须采用长效重防腐涂料配套体系来保护。20世纪50年代，我国大桥钢结构防腐涂料主要是以天然原料为主的低档涂料，防腐能力差，部分桥梁在涂装l之后后就出现严重锈蚀。随后我国相继开发出锌钡白面钢结构防腐漆、红丹防锈防腐漆、醇酸面漆，从而一定程度上改善了耐候性，增强了防腐蚀能力。20世纪70年代，出现了灰云铁醇酸磁漆。1976年，南京长江大桥采用了云铁聚氨酯底漆加灰云铁醇酸磁漆的钢结构防腐体系，武汉长江大桥采用了红丹防锈漆加灰云铁醇酸磁漆防腐配套体系。此类醇酸配套体系的防护能力可达5 a以上。80年代后期，桥梁钢结构防腐涂料主要以环氧富锌、无机富锌、环氧涂料、氯化橡胶涂料等产品为主。但氯化橡胶面漆由于耐候性能不强， 2-3年后会粉化，于是在90年代以后，耐候性能优异的脂肪族聚氨酯面漆，特别是有着良好重涂性能的丙烯酸改性聚氨酯面漆很快取代了氯化橡胶面漆。21世纪初，我国自主开发的FEVE常温固化型钢结构防腐氟碳涂料以其突出的耐候性、自洁性、抗污染性及耐化学品性等优异性能，逐渐成为大跨度桥梁钢结构长效防腐的首选钢结构防腐面漆。

通过国内外几十年桥梁钢结构涂装的工程实践证明，跨海大桥长效钢结构防腐可以通过完整的钢结构防腐涂料体系来解决。根据跨海大桥所处的大气、化学腐蚀环境的差异性，依据ISO 12944(钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护》中腐蚀性环境分类标准，海洋大气环境属于C4～c5一M；防护年限要求大于15 a以上，因此海洋大气环境下的金属钢结构防腐涂料体系主要以防锈底漆(金属喷涂或富锌底漆)、环氧中间封闭漆以及以耐紫外线老化为主要功能的面漆的配套体系组成。

3．1钢结构防腐底漆

钢结构防护涂装中，金属喷涂(锌、铝或锌铝合金)、水性富锌底漆、无机富锌底漆及环氧富锌底漆是经常采用的钢结构防腐底涂层。从钢结构防腐机理分析，这几种钢结构防腐底漆均基于电化学阴极保护理论，即以牺牲阳极(锌、铝或锌铝合金)来保护阴极(钢铁)。由于金属的电极电位不仅取决于金属本身，而且与环境介质有关，其电极电位会因为介质的变化而改变，因此在选用防腐底漆时，应根据不同的腐蚀介质而有针对性地进行选择。

3．1．1钢结构防腐中的金属热喷涂

金属热喷涂最早在20世纪40年代开始应用于钢结构防腐蚀工程，从火焰喷涂到电弧喷涂，从喷锌发展到喷铝及锌铝合金、伪合金等；我国于1952年将该项技术应用于安徽淮南电厂——蚌埠45 lun范围内的264座高压输电铁塔上(火焰喷涂金属锌)；20世纪60年代中期日本也开始采用该项技术。通过几十年的研究和应用使金属热喷涂技术逐渐成熟，成为当今大型长效钢结构防腐的首选方案。美国联邦公路管理局FHWA—RD一96—058报告中指出，热喷涂至少可以保证30 年的有效使用期。英国标准BS5493中规定无论何种环境，钢结构防腐年限在15 年以上主张采用金属喷涂钢结构防腐(如喷锌、喷铝)。在英国新建的桥梁中，90％以上采用热喷涂金属镀层和钢结构防腐蚀涂料结合的保护方案。我国于1997年对热喷涂国家标准进行了修订，即GB／T 9793--1997(金属和其它无机覆盖层——热喷涂锌、铝及其合金》¨l。国际标准IS014713--1998{钢结构防腐蚀保护——金属涂层指南》是关于金属涂层钢结构防腐蚀保护的最新标准。我国交通部JTJ041--2000{公路桥涵施工技术规范》和铁道部11B／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蚀的有效方法。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／喷铝和有机涂料相结合的复合保护。从20世纪90年代开始，我国先后有十几座桥梁钢结构应用该涂装方案，如浙江千岛湖南浦大桥(2001年)、香港青马大桥(1996年)、海南琼州大桥(2000年)及舟山桃天门大桥(2002年)等。

3．1．2水性无机富锌底漆

钢结构防腐中，水性无机富锌底漆以硅酸盐为成膜反应物，与锌反应生成硅酸锌网状结构，同时还与钢铁反应形成硅酸锌铁络合物，因而在钢铁表面形成很强的化学键，从而可抵抗水、海水、有机物、氯化物等腐蚀因子的侵蚀。因不含有机溶剂，水性无机富锌属于环保型钢结构防腐涂料。据美国国家航空航天总署(NASA)报告(见表1)，在各类富锌涂料中，耐腐蚀性最佳的为水性无机富锌涂料，它在海洋大气条件下的使用寿命至少为25年。水性无机富锌底漆代表了富锌底漆的发展方向，但由于水的表面张力大，湿膜不容易在钢表面铺展，特别是边角部位，容易产生缩边，湿附着力差，甚至发生起皮、剥落现象。因此，在水性无机富锌底漆涂装过程中，对涂漆前的钢结构防腐表面预处理非常重要，必须彻底除油，喷砂通常要达到Sa2．5级，粗糙度要求R工为40—70tim，增加表面积，确保锌粉能同钢铁紧密接触，有利于提高附着力171。另外，国内水性无机富锌底漆不适宜低温(／b于5℃)下施工。由于水性无机富锌涂料以水为稀释剂，零VOC排放、无闪点、不燃、无毒、无需采取任何防护措施，大大简化了施工条件。经历了近70年的开发和实践，全地钢结构屋面防腐www.careroof.com 其优异的防腐蚀性、自修复性、耐热性、耐溶剂性、可焊接性，在大气和海洋重钢结构防腐工程中取得令人满意的效果，得到愈来愈多的业内人士的认可。水性无机富锌底漆在我国上海徐浦大桥(1996年)、天津彩虹大桥(1996年)等桥梁钢结构防腐涂装中得到应用，效果良好。

3．1．3溶剂型富锌底漆

钢结构防腐中的溶剂型富锌底漆分为醇溶性无机富锌底漆和环氧富锌底漆两类。醇溶性无机富锌底漆是目前国内长效重防腐配套体系中应用最多的底漆。它主要是以正硅酸乙酯的水解低聚物为成膜物，为改进漆膜的附着力、减少脆性，通常添加少量极性相近的、抗皂化的聚乙烯醇缩丁醛树脂。醇溶性无机富锌底漆在水和氧的存在下，金属锌发生阳极反应，生成的腐蚀产物随着腐蚀介质的不同而异，有氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌、碱式氯化锌、氧化氯化锌等。这些生成物结构致密，是微水溶性稳定的化合物，沉积在锌层表面，形成钝化的屏蔽层，阻止了水、氧、盐的渗透，使下层锌的电化学反应速率减弱，腐蚀速率下降。该类富锌底漆推荐膜厚为50—100 pm，如一次喷涂太厚，钢结构防腐中漆膜会产生龟裂问题。环氧富锌底漆采用胺类固化剂，胺可与钢铁表面上的氧化物形成氢键，提高涂料的湿膜附着力和干膜附着力。环氧富锌底漆的机械强度高，漆膜坚固，屏蔽效果好。在钢结构防腐工程施工时，因溶剂型富锌底漆施工性较好，对底材的表面处理要求较低，醇溶性无机富锌底漆要求钢结构表面清洁度达到Sa2．5级，粗糙度要求地为40一80“m；环氧富锌底漆要求表面清洁度达到Sa2．5级，局部只能手工处理的部位(St3级)也可以使用，粗糙度要求勉为40～60 p,m。溶剂型富锌底漆优异的施工性和耐腐蚀性被广大用户所接受，近年来在跨海大桥钢结构防腐涂装中得到广泛应用，如日本明石海峡大桥(1998年)、厦门海沧大桥(1999年)、杭州湾大桥(2006年)等。

3．2钢结构防腐中间漆

钢结构防腐中间漆在防腐蚀涂料体系中起到承上启下的作用，使各涂层之间黏结良好，形成一个整体防护体系。桥梁钢结构防腐一般选用环氧云铁中间漆居多，该涂料选用云母氧化铁(Fe：Oj)为主要颜料，由于云母氧化铁为片状结构，在漆膜中与基底呈平行取向排列、互相交叠覆盖，切断了漆膜中的毛细孔，延长了腐蚀因子在漆膜中的扩散距离，起到“迷宫效应”，能有效地屏蔽H：O、O：、C1一等的内扩散。钢结构防腐工程中，有时环氧云铁中间漆中加入少量铝粉，其作用机理相同，起到双重“迷宫效应”。研究结果表明，含铝粉的涂层透水率比不含铝粉的涂层透水率降低2／3。对于表面比较粗糙的底漆(如热喷锌或铝层和厚浆型无机富锌底漆)，往往采用黏度较小的中间过渡层漆(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的表面中，起到良好的锚固作用。

3．3钢结构防腐面漆

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，跨海大桥钢结构防腐蚀体系中面漆的装饰作用越来越受到人们的重视和关注。大桥的整体外观色调是靠面漆来体现，如杭州湾跨海大桥选用了赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色，厦门海沧跨海大桥选择银蓝色为主色调，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。

3．3．1脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆

脂肪族丙烯酸聚氨酯防腐面漆具有优良的耐候性及机械性能，是迄今为止桥梁钢结构使用量最大的面漆品种。由于丙烯酸聚氨酯面漆紫外加速老化试验结果为1 000 h左右(紫外老化试验结果见表2 r引)，一般应用于对防护周期要求不高(防护年限5～8 a)的桥梁钢结构表面的涂装。但考虑某些大型桥梁钢结构的复杂性，并综合考虑维修的困难程度，人们对防护涂装体系提出了更高的要求，即长效防腐(周期为20 a、30 a或更长)，脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆已不能满足这方面的要求。

3．3．2氟碳面漆

氟碳面漆近年来在我国跨海大桥钢结构防腐涂装中的应用量不断增加，其优异的耐候性、抗沾污性、自洁性及耐化学腐蚀性已被广大用户所接受。其主要原料从“3F”树脂发展到“4F”树脂，作为其主要亮点的耐候性能得到进一步的提升…】。日本是最早将FEVE氟碳涂料引入桥梁防钢结构防腐标准的国家。在1991年10月，日本对“钢质公路桥涂装便览”进行了大修订，底漆是无机富锌和超厚膜型环氧涂料，氟树脂涂料作为面漆正式列入桥梁涂装规格书。我国的铁道行业标准TB／T1527《铁路钢桥保护涂装》在2004年进行了修订。标准首次将氟碳涂料引入钢桥防护体系，为氟碳涂料在铁路钢桥中的应用提供了依据…】。氟碳涂料作为目前耐候性最好的涂料品种之一，一般应用于要求长效防腐(防护年限大于15 年以上)的桥梁钢结构表面的涂装，如大连港原油码头跨海大桥、日本名港大桥、日本明石海峡大桥、杭州湾跨海大桥等。

3．3．3聚合硅氧烷面漆

据有关资料报道，聚合硅氧烷面漆可分为环氧聚硅氧烷和丙烯酸聚硅氧烷两大类。在钢结构防腐工程中，前者在附着力、耐磨性、防腐性方面比较突出，后者保光性更好一些。其耐候性能与氟碳面漆基本一致，可以制成高固体分涂料，可厚膜化施工，一次喷涂厚度可达75—150 p,m，符合环保和健康要求，具有较好的市场发展前景¨21。但目前聚硅氧烷涂料在市场上的应用较少，尚无应用数据。

4跨海大桥钢结构防腐涂装配套体系

跨海大桥钢结构形式包括钢箱梁、钢桁梁、钢管拱、钢塔、钢丝主缆及钢护栏等，其外表面直接暴露于所处区域的大气环境中，环境因素(如风雨、潮湿、大气污染等)和使用过程(如桥梁振动、承受动载和静载等)直接影响到钢结构防腐蚀进程，主要的腐蚀类型包括电化学腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等，其中以局部区域的电化学腐蚀破坏性最大，是影响大桥使用年限与安全的重要因素之一。因此，大桥所处地理环境的腐蚀调查与分析以及相应的防腐涂料配套体系的设计在整个跨海大桥的建设过程当中尤其重要。跨海大桥处于近海区域，大部分属于亚热带海洋性季风气候，同时由于临海城市工业大气环境，受到高盐分海洋大气、工业大气、潮湿雨水(含酸雨)、台风侵袭、日光曝晒等多种腐蚀侵害，腐蚀条件相当恶劣，根据ISOl2944(钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护》腐蚀环境分类标准，跨海大桥基本属于c4一C5一M类腐蚀环境，属于较为严重的腐蚀环境。同时，由于跨海大桥维护工作的施工难度大，而且会对大桥正常的营运带来极大的不便和各种安全隐患，所以对于钢结构防腐配套设计，必须进行全面分析。选择合适的重防腐配套体系，同时进行细致的涂装施

工，才能保证涂层结构的长效防护(大于15 a)。目前，跨海大桥钢结构防腐涂料主要以防锈底漆(金属喷涂或富锌底漆)、环氧中间封闭漆以及以耐紫外老化为主要功能的面漆的配套体系组成。表3为我国跨海大桥主要的钢结构防腐涂装配套体系（略）。

5结语

跨海大桥所处的环境极其恶劣，因此，钢结构防腐蚀保护至关重要。桥梁钢结构的重防腐技术发展至今，逐渐形成了两大发展趋势：一是发展迅速的以溶剂型富锌涂料为基底的重防腐体系；二是较为成熟的以金属喷涂层作为基底的重防腐体系。这两种体系由于具有优良的防腐性能和环境适应性，受到各类型桥梁钢结构防腐的关注，并为我国跨海大桥的建设的发展提供了保障。在未来的几十年将为国家节约大量的大桥钢结构防腐维护费用，减少环境污染，延长跨海大桥钢结构的使用寿命，产生巨大的经济效益和社会效益。

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