钢桥防腐涂装设计：除锈工艺、粗糙度要求及体系异同比较

随着桥梁跨度的增加，钢桥的使用越来越多。腐蚀是影响钢桥梁长期安全的重要问题。本文系统介绍了目前钢结构的主要防腐措施、常见的除锈工艺以及涂漆前钢材表面的除锈等级和粗糙度要求，并对铁路钢桥梁和公路钢桥梁进行了比较。推荐的防腐涂料体系的异同，为钢桥梁防腐涂料的设计提供参考。

[关键词] 钢桥除锈 粗糙度 防腐涂料

为进一步扩大内需，促进经济平稳较快增长，我国掀起了新一轮路网建设热潮。在大量工程建设中，由于钢材强度高、重量轻、塑性、韧性好，跨越大江大河、深山峡谷的大跨度桥梁均采用钢桥，如江阴长江大桥跨度1385米，主跨550米。卢浦大桥等。但钢桥有容易生锈的缺点。调查显示，1975年美国因金属腐蚀造成的经济损失约为700亿美元。当年美国的国民生产总值为16,770亿美元。一年因金属腐蚀造成的经济损失约占当年国民生产总值的4.2%。迄今为止，美国仍估计因金属腐蚀造成的年度经济损失占国民生产总值的 4.2% [1-2]。其他国家也相继进行了调查，结果表明，金属腐蚀造成的经济损失大约占该国国民生产总值的4%。为了保证钢桥梁在设计期内的长期安全，做好钢桥梁的防腐工作非常重要。

油漆涂装法：涂装法的耐腐蚀性一般不如长期防腐法。一次性成本较低，但维护成本较高。涂装施工的第一步是除锈。高质量的涂层依赖于彻底的除锈。对于要求较高的涂层，一般采用喷砂、喷丸除锈，露出金属光泽，去除所有锈迹和油污。现场涂敷的涂层可以用手去除。涂层的选择应考虑周围环境，不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受能力。涂料一般包括底漆、中漆和面漆。该底漆含粉量多，基材少，成膜粗糙，对钢材的附着力强。中间漆的作用是增加涂层的厚度，以提高整个涂层体系的屏蔽性能。中间漆对于底漆和面漆来说是必不可少的。必须有良好的附着力。面漆基材多，漆膜光泽，可保护底漆免受大气腐蚀，抗风化。选择不同的涂料时，要注意它们的兼容性。涂层施工必须具有适当的温度（5至38°C之间）和湿度（相对湿度不大于85%）。涂装施工环境应灰尘少，构件表面不应有凝露。涂漆后4小时内不得淋雨。一般采用4～5层涂料，干漆膜总厚度可增至200～300μm。

涂层防护因其施工方便、防腐效果好而被广泛应用。我国钢桥防腐普遍采用涂层防护方法，并针对铁路、公路行业形成了各自的行业推荐标准。

2、钢材涂漆前表面处理方法

钢桥构件在加工、运输、储存过程中，表面常含有氧化皮、锈蚀成型残留型砂、焊渣、灰尘、油污等污垢。为了使涂层牢固地附着在钢桥构件表面，涂装前必须清理表面。否则，不仅会影响镀层与母材的结合力，而且即使有镀层保护也会导致母材劣化。它会继续腐蚀，导致涂层剥落，影响钢桥构件的使用寿命。为了提供良好的工件表面，钢桥构件涂装前的表面处理有以下几点：（1）无油、无潮； (2)无铁锈和氧化物； (3)无粘着杂质； (4)无酸、碱等残留物； (5)表面具有一定的粗糙度。

常用的表面处理方法有[3]：

1、手工处理。符号“圣”。使用手动和电动工具，如刮刀、手动或电动钢丝刷、电动砂纸盘或砂轮，清除钢桥构件表面的锈迹和氧化皮。然而，手工加工是劳动密集型和生产密集型的。效率低、质量差、清洗不彻底。

2、化学处理。符号“是”。主要利用酸性或碱性溶液与钢桥构件表面的氧化物、油污发生化学反应，将其溶解在酸性或碱性溶液中，达到去除工件表面锈迹、氧化皮、油污的目的。 。化学处理适用于清洗薄板零件，但缺点是如果时间控制不当，即使添加缓蚀剂，钢材也会被过度腐蚀。对于结构较复杂的零件和带孔的零件，用酸性溶液酸洗后，浸入缝隙或孔中的残留酸很难完全除去。处理不当会成为工件日后腐蚀的隐患，且化学物质易挥发，成本高。处理后的化学废液很难排放，如果处理不当，会对环境造成严重污染。随着人们环保意识的增强，这种处理方法正在被机械处理所取代。

3、机械处理法。符号“Sa”主要包括喷丸和喷丸。抛丸清理是利用离心力使弹丸加速并投射到工件上进行除锈的方法。但抛丸清理的灵活性较差，且受场地限制，清理工件时有些盲目，容易在工件内表面产生无法清理的死角。该设备结构复杂，易损件多，特别是叶片等部件磨损快，维护时间长，成本高，一次性投资大。抛丸又分为喷丸和喷砂。采用喷丸进行表面处理，冲击力强，清理效果明显。然而，通过喷丸处理薄板工件很容易使构件变形。钢丸撞击表面（无论喷丸或喷丸）使金属基材变形。由于Fe3O4和Fe2O3没有塑性，破碎后会剥落，油膜与基材一起变形。因此，对于有油污的工件，抛丸、喷丸等方法并不能完全去除油污。现有的工件表面处理方法中，喷砂的清理效果最好。喷砂适用于清理要求较高的工件表面。目前，我国通用喷砂设备大多由螺旋钻、刮板、斗式提升机等原始、笨重的输砂机械组成。使用

住户需要修建深坑和防水层来安装机械。建设成本高，维护工作量大。喷砂过程中产生大量砂尘无法清除，影响操作人员的健康，污染环境。抛丸、抛丸处理要求环境湿度小于85%。

4、火焰除锈。符号“FI”是使用氧乙炔火焰和喷嘴除锈的方法。喷嘴的形状和尺寸应适合待去除钢材的表面状况。火焰除锈适用于厚度大于5mm、无涂层或需彻底清除旧涂层的钢材。对厚度近5mm的钢材除锈时，应注意火焰的温度。

3、涂漆前钢材表面除锈等级和粗糙度

我国钢桥钢表面涂漆前除锈常用两种方法：机械处理和手工处理[4-5]。我国国家标准《涂漆前钢材表面除锈及除锈等级》GB 8923-88明确规定了钢材表面除锈等级。

机械处理方法（喷雾或弹射除锈）分为四个级别：

(1)Sa1轻度喷雾或弹丸除锈，钢材表面应无肉眼可见的油脂和污垢，并无弱附着的氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着物；

(2)经过Sa2喷淋或弹射除锈彻底，钢材表面应无肉眼可见的油脂和污垢，氧化皮、锈迹、油漆涂层等附着物已基本清除，其残留物应附着牢固；

(3)Sa2是非常彻底的喷雾或喷射除锈。钢材表面应无肉眼可见的油脂、污垢、氧化皮、锈迹和油漆涂层及其他附着物。任何残留的痕迹应该只是浅色的点或条纹。点。

(4)Sa3通过喷涂或弹射除锈使钢材表面清洁。钢材表面应无肉眼可见的油脂、污垢、氧化皮、锈迹和油漆涂层等附着物，表面应呈现均匀的金属色泽。

手工处理方法（手动和电动工具除锈）分为两个级别：

(1)St2用手和电动工具彻底除锈。钢材表面不应有肉眼可见的油脂和污垢，不应有氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着不牢的附着物；

(2)St3是一种非常彻底的手动和电动除锈工具。钢材表面应无肉眼可见的油脂和污垢，不得有氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着不牢固的附着物。除锈应比St2更彻底，基体裸露部分表面应有金属光泽。

为了提高涂层的附着性能，涂层前对钢材表面有一定的表面粗糙度要求。表面粗糙度是指被加工表面上由小间距和峰谷组成的微观几何形状特征。它是微观几何形状误差，也称为微观粗糙度。应注意表面粗糙度与形状误差（宏观几何形状误差）和表面波纹度的区别。一般波距小于1mm属于表面粗糙度，波距在1～10mm之间属于表面波纹度，波距大于10mm属于形状误差。我国国家标准《表面粗糙度参数及数值》GB/T 1031-1995规定，表面粗糙度的主要评价参数可采用以下三种类型之一：（1）轮廓算术平均偏差Ra； (2)显微粗糙度十点高Rz； (3)轮廓的最大高度Ry。

4、铁路、公路钢桥推荐涂装标准比较

我国现行防腐涂料行业推荐标准为铁路（铁路钢桥梁防护涂料TB/T 1527-2004）和公路（公路桥梁钢结构防腐涂料技术条件JT/T 722-2008）行业推荐使用涂层保护法。一般来说，公路标准的出台晚于铁路标准。与铁路标准相比，规定更加详细、明确。两个标准的基本内容是一致的，即都定义了三种涂装阶段：初次涂装（新建桥梁钢结构）。初次涂装包括两年缺陷责任期内的涂装、维护涂装（桥梁钢结构的维护）。桥梁整个运行过程中的涂装）、重新涂装（彻底清除旧涂层并重新表面处理），最后按照完整涂装规范进行涂装），必须采用机械和手工两种处理方法来除锈涂漆前从钢材表面取出。建议对除锈等级和粗糙度提出具体要求。装配系统、涂层质量要求及相应的各种测试方法[6-7]。

主要区别如下：

1、公路标准明确给出了涂料体系的防护寿命分类，即普通型（10～15年）和长期型（15～25年），而铁路标准没有给出涂层系统的防护寿命涂层系统。

2、公路标准明确给出了涂装部位的分类，将涂装部位分为七类：外表面、非封闭环境内表面、封闭环境内表面、钢桥面、干湿交替区和水下区、抗-防滑摩擦面及附属钢制构件，包括防撞护栏、扶手及底座、灯座、排水管、钢制路缘石等。铁路标准中涂装件的分类隐含在条文及涂装支撑系统中，分类不像公路标准那么详细。

3、公路标准对表面粗糙度的要求略有提高：公路标准推荐热喷涂锌（铝），钢材表面粗糙度为Rz60μm~100μm，铁路标准为Rz50μm~100μm；公路标准建议喷涂无机富锌底漆以外的防护涂层，钢材表面粗糙度为Rz30μm～75μm，铁路表面粗糙度为Rz25μm～60μm。公路标准单独提出了喷涂无机富锌底漆的钢材表面粗糙度应为Rz50μm~80μm的要求。

4、公路标准明确指出涂层支撑系统应根据腐蚀环境、工况条件、防腐年限进行设计，并将涂层支撑系统与腐蚀环境国际分类（ISO12944-2）联系起来，让操作更简单；铁路标准环境的分类在涂料配套系统的适用部分栏中直接解释。

5、在相同的腐蚀环境下，公路标准的普通涂料体系的总干膜厚度比铁路标准的厚度约厚20μm至60μm，长效型的总干膜厚度比较厚。铁路标准只规定了一种涂层系统，并且没有普通涂层系统和长效涂层系统的区别。

5. 结论

腐蚀是影响钢桥梁长期安全和性能的重要问题。随着我国交通基础设施建设的发展，大跨度钢结构桥梁的建设急剧增加，桥梁钢结构的防腐问题越来越受到重视。本文系统介绍了桥梁钢结构防腐的相关内容，并对铁路、公路钢桥梁的涂装行业标准进行了对比分析，可为钢桥梁的防腐设计提供参考。目前，一种新型的涂层+除湿系统综合防腐系统逐渐在大型桥梁中得到应用[8-10]。防腐的原理是，如果空气湿度降到40%以下，钢结构就很难发生腐蚀。防腐效果好，但日常运行成本较高，且除湿系统仅适用于封闭系统。

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