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大型钢结构桥梁防腐蚀措施探讨

 GXF360 2019-09-21

目前,欧美等发达国家钢结构桥梁占比远大于国内,而国内钢结构腐蚀造成的年度经济损失却与发达国家十分相近。在国内外钢结构桥梁使用比例差较大的情况下,说明我国在防护钢结构腐蚀方面还落后于欧美发达国家。

大型钢结构桥梁腐蚀类型

均匀腐蚀

这种腐蚀在大型钢结构桥梁中较为常见,其特点表现为腐蚀在金属表面分布较为均匀,腐蚀速度相同。被腐蚀的钢结构金属会慢慢变薄,变薄速度均匀,能够对钢结构性能产生整体影响。

点蚀

通常在干燥环境下钢结构不易出现腐蚀,但也存在局部点蚀情况,其腐蚀为点状,这种腐蚀是大型钢结构桥梁中的难点问题,会造成大型钢结构桥梁出现蚀孔或麻点现象,且蚀孔和麻点随着时间的推移慢慢向周边蔓延,最终导致大型钢结构桥梁出现严重损坏。

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缝隙腐蚀

大型钢结构桥梁在金属对金属接头和金属对非金属接头部位存在间隙。一些尘埃或杂质散落在缝隙中可导致发生腐蚀,通常在螺栓、铆接等连接部位,倘若不及时处理,腐蚀情况将会加重,影响桥梁结构的稳定性和使用安全性。

大型钢结构桥梁腐蚀原因分析

自然环境因素

大型钢结构桥梁通常建立在较为宽广的河海上,海水中的一些结晶、硫酸盐等在长期作用下会腐蚀桥梁;由于河水蒸发导致桥梁周围湿度较高,大气中的CO2、SO2、H2S和氯化物等酸性气体转变为酸性电解质,从而破坏钢结构桥梁表面的保护膜,最终破坏钢结构桥梁本身;此外,大气中的盐颗粒、灰尘等可以吸附一些具有腐蚀作用的气体,虽然其含量较低,但是能够导致空气中腐蚀性气体浓度升高,也会使钢结构桥梁被腐蚀。更为普遍的是风、雨、雾、雪和温差湿度等天气因素也会增加大型钢结构桥梁的腐蚀几率。

制造分厂现有淬火冷却设备共有2个,分别是1#立喷、2#立喷,对于管板锻件,2个淬火冷却设备的的优缺点如下:

钢梁结构因素

大型钢结构桥梁在部件连接上多采用焊接结构或者是铆拴结构,连接部位之间不可避免有缝隙存在,而这些缝隙又极易留存尘埃使该部位出现腐蚀,通常情况下缝隙部位腐蚀情况与缝隙外部相比,前者腐蚀情况较为严重。主要是因为缝隙部位内缺乏氧气,可在缝隙内外形成氧浓差电池,发生酸自催化作用,加速腐蚀发生,导致铆钉和拼接板因生锈而变形。

另外,在钢结构桥梁与混凝土相连接的位置,因为混凝土中的钢筋存在于碱性环境中,钢筋为钝化状态,而混凝土外面的钢材没有实现钝化,混凝土内外钢材因存在PH差而形成了电位差,由此产生活-钝化电池,从而引发腐蚀。

大型钢结构桥梁长期受到腐蚀和交变应力的共同作用,钢结构节点的位置应力较大,难以自行减小,这种情况会导致压力使腐蚀恶化,部件节点处腐蚀最为严重。

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国内外大型钢结构桥梁的主要防腐措施

热浸镀锌防腐

热浸镀锌防腐的原理主要是在钢结构部件表面形成致密的锌涂层。首先,将酸洗和除锈的钢结构部件浸入待润湿的溶剂中,然后浸入480℃至520℃的熔融锌溶液中,确保钢结构部件表面能够形成一层锌液,锌液冷却到一定温度后即为镀层。镀层主要能够对腐蚀杂质发挥隔绝效果,且在镀层出现损坏后,还可以对牺牲阳极的阴极起到保护作用。通常所使用的镀锌涂层厚度为80μm,其优点是耐蚀性较高,使用时间较长,并且在使用过程中不需要对其进行着重维护。但是,热浸镀锌技术受到地点的限制,不能在钢结构加工场地或桥梁施工现场进行。对于形状复杂的工件、边角落、缝隙等的浸镀效果差,且需要现场焊接的位置无法进行镀锌处理(或现场会除去镀锌层)。

涂装涂料防腐蚀

涂装涂料防腐优点表现在成本消耗较低、实践操作简单,且对于施工场地没有特殊要求。一般钢结构桥梁现场的防腐多采用涂装涂料防腐技术,且多由具有耐腐蚀性高的涂料进行全面的防腐涂装,由底漆、中间漆和面漆组成,具有良好的耐温性和简易的施工性能。防腐原理主要有物理屏蔽、钝化及抑制腐蚀和阴极保护。涂装涂料防腐蚀的关键在于除锈和涂料的选择,在实践中,要合理设计配套涂层和涂料。涂层系统的防腐寿命第一次一般为10年左右,10年后将进行首次涂层维护,首次维护后3至5年需要再次维护。欧美国家有钢结构桥梁涂装防护的专业队伍,年复一年对某大型钢结构桥梁进行涂装防腐。

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电弧喷涂复合涂层

电弧喷涂主要使用喷涂材料送丝装置、输电设备及喷枪等设备,通过喷枪导电嘴使一种金属涂料带正电,另一种带负电,当两种金属丝接触时,会产生电弧将金属涂料熔化,再利用压缩空气将熔化的液滴雾化,并快速喷洒在准备好的工件表面上形成涂层。电弧喷涂可涂锌或者是涂铝,合金涂层也较为常见,不仅可以对钢结构发挥物理封闭效果,还可以保护局部牺牲阳极的阴极。既具备浸镀锌防腐优点,也具备有涂料涂装防腐优点,具体表现在四点:一是可以保证长时间防腐蚀;二是电弧喷涂和涂层应用具有较高的生产效率,可在钢结构加工和桥梁装配现场进行防腐操作,不受环境条件的限制;三是在设计使用年限中不用进行防腐维护;四是采用复合涂层,其能够经受住较大碰撞,耐冲击性强,且出现损伤后修补较为方便。

新型耐候钢在钢结构桥梁中的应用

耐候钢的全称为耐大气腐蚀钢。为了提高钢结构在大气中的耐腐蚀性,在钢材生产过程中,加入少量的微量元素如铜、磷、镍和铬等,在钢材表面上形成约50μm至100μm厚的无定形尖晶石型氧化物致密层保护膜,保护膜不仅能有效防止氧气和水蒸气渗入钢材基体中,而且还能减缓锈体的纵向发展和横向扩散,大大提高钢材对大气腐蚀的抵抗力。该保护膜与钢铁结构混为一体,极大增加了保护膜的耐磨性并有效防止了保护膜脱落。耐候钢的抗腐蚀性是普通碳钢的2至8倍,因此在国外被广泛应用于桥梁结构中。目前,我国的耐候钢也在快速研发和逐步普及使用的过程中。

结语

以上各种防腐措施应根据桥梁建设的年代不同选择合适的后期养护方案;同时,在实际应用过程中要严查防腐层喷涂前的除锈工作,务必保证喷涂前钢构件洁净无附着物;喷涂后,防腐物质均匀、牢靠,不低于最低喷涂厚度要求。

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