1、目 录一 前 言 .1二 桥梁的腐蚀环境 .42.1 大气腐蚀 42.2 水的腐蚀 52.3 土壤腐蚀 5三 铁路钢桥的腐蚀特性 .63.1 钢铁腐蚀机理 63.2 钢桥构件的腐蚀形态 73.3 铁路钢桥不同部位的腐蚀特性 9四 钢桥的防腐措施 .124.1 涂料保护 124.2 阴极保护 13五 桥梁防腐蚀涂料及涂装技术 .145.1 桥梁防腐蚀涂料 145.2 铁路钢桥的防腐蚀用涂料 175.3 铁路钢梁涂装体系 205.4 铁路钢梁涂装技术 21六 桥梁热喷涂长效防腐蚀技术 .236.1 热喷涂技术的特点 236.2 热喷涂长效防腐 246.3 电弧喷涂长效防腐蚀工艺 27七 目前我国铁
2、路钢桥防腐保护涂装发展动向 .29八 桥梁的维修保养 .308.1 桥梁的检测评估 308.2 涂层老化的评价 318.3 桥梁维修保养 32九 铁路钢桥的噪声与噪声控制 .39第 2 页 共 57 页十 主要结论与建议 .40第 1 页 共 57 页一 前 言腐蚀是导致钢结构桥梁耐久性降低的主要因素之一。如日本统计的 104 座悬索桥断桥事故中，有 23 例与钢材腐蚀有关。近些年来由于斜拉索腐蚀所引起的换索现象频繁发生，如美国路易斯安娜州新奥尔良的鲁林桥、阿根廷的扎拉特布拉什拉桥、委内瑞拉的马拉开波桥以及我国的济南黄河桥、广州海印桥等均进行过换索工作；英国伦敦塔桥因主塔底下钢梁腐蚀生锈无法支
3、撑大桥自重，被迫关闭重新建桥；2001 年我国的宜宾小南门桥因吊索钢丝锈蚀折断，造成桥梁断成三节等等。钢结构桥梁因腐蚀需要进行涂装维修更是不计其数，可以说每一座钢桥每隔 35 年左右均应进行一次防腐蚀涂装维护，1015 年需将原有油漆涂装层全部喷砂除去，进行重新防腐蚀涂装。据美国高速公路管理局 1998 年统计资料，美国境内州际和国家级桥梁 279543 座，其中因腐蚀不合格需要维修的桥梁为 68466 座，腐蚀率占 24.5%；城镇间桥梁 309792 座，腐蚀率达 35.4%。为此美国专门设立桥梁研究和建设创新基金，以期开发桥梁腐蚀的新材料和新技术。目前美国各个州每年都要拿出数千万美元用于
4、桥梁腐蚀涂装维修。金属腐蚀已经成为钢桥的一大灾害，它给钢桥的维修带来了很大的困难，特别是对于那些难以接近的地方，必须有庞大昂贵的专有设备配合，才能使防腐蚀涂装得以充分进行。据统计，钢桥的腐蚀涂装费用将占钢桥总费用 10%以上。目前我国正在大规模的进行高速铁路建设，在这种令人鼓舞的新形势下，桥梁工作者我们需要考虑的是：我国所建设的这些桥梁的防护水平是否也处于世界先进水平？是否能预防这些桥梁免遭环境条件的侵蚀，确保安全、可靠地运行，确保长寿命的使用？我国地处四个地带六个区：热带湿热区；亚热带亚湿热区；亚热带干热区；温带温和区等，长沙以南相对湿度超过 80的时间在 200 天以上；我国是一个发展中国
5、家，环境治理还很有限，相当广阔的区域 SO2 污染严重，还下着酸雨，pH值在 56 之间；地球上海洋面积为 361106 平方千米，我国海岸线长达一万多公里，沿海五千多个大小岛屿，海水和海洋大气中的 Cl-离子弥漫在一些地区；我国水深 200 米以内的大陆架占世界大陆架总面积的 23，这些事实说明，我国要建设的桥梁很多，而周围环境又比较苛刻。再说具体地区环境，以三峡为例，三峡的大气环境是属于南温带和亚热带过第 2 页 共 57 页渡地带的气候，夏热、冬暖，年平均气温 2122，极端高温达到过 43.5（在丰都县） ，年平均湿度多超过 70。RH 大于 80的天数在 200 天以上，年降雨多达
6、120130 天，pH5.56.0（酸雨） ，空气污染含有 SO2、Cl2、NH3、CO2 等，其特点是高温、高湿、风小、雾多、雨多。长江水质污染，pH 值达 8.89.1，偏碱性，含有大量泥砂。这样的环境对我国各地钢结构桥梁的建设会产生什么样的影响？要采取什么措施预防这些影响？在周围环境作用下，材料的退化和变质是一种自然现象，包括金属的腐蚀和非金属的老化。在相对湿度较低时，金属的腐蚀速度非常缓慢，到达临界相对湿度时，腐蚀速度突然加大，这一临界值随金属种类、金属表面状态和潮湿空气中所含污染物程度而有所不同，一般来说，金属的临界相对湿度在 70左右，如图1、图 2 所示，铁、锌、铜的临界值均在
7、70左右，而这些潮湿空气（在金属表面上形成水膜）一旦含有 SO2、Cl2 污染物时，腐蚀速度呈几十倍上百倍的增加。CO2、H2S、NH3 等污染物也促进腐蚀，CO2 遇水溶解后生成 H2CO3 促进了金属的腐蚀（但也有人认为，CO2 的存在使铜和铁的腐蚀都各有下降） ；H2S 溶入水膜后，使水膜酸化、导电度上升，阳极去极化容易，所以潮湿空气中含少量H2S 也强烈加速腐蚀，NH3 溶入水膜，使其 pH 值显著上升，含 1325nh3 时，ph 可达 910，显著加速铜的腐蚀。温度升高，显著加速化学或电化学反应，加速腐蚀。在环境侵蚀同时，存在静应力（使用应力和残余应力） ，某些合金会引起应力腐蚀，
8、存在循环应力，绝大部分材料会引起腐蚀疲劳。某些钢出现应力腐蚀开裂的应力源包括残余应力、装配应力和使用应力。据统计，有些合金其引起应力腐蚀开裂的比例分别为 40、25、25。可见，要谨慎设计使用应力，处理好装配应力和残余应力，才能有效地避免应力腐蚀开裂。以上分析可以总结下述认识：（1）我国地处较为严酷的气候条件，所建钢结构桥梁普遍会存在腐蚀，国外已有钢结构大桥因为应力腐蚀而突然塌落，以及三座预应力桥梁因压浆不饱满使钢绞线钢筋严重锈蚀而突然倒塌的报道，这是我们必须面对的事实，也就是说，我国任何钢结构桥梁的建设，必须从设计开始，贯穿制造过程和维护保养过程，进行卓有成效的腐蚀控制，使每一座建在我国大地
9、上的钢铁桥梁都是一座美丽、壮观、安全、长寿、维护少的艺术精品。第 3 页 共 57 页（2）卓有成效的腐蚀控制措施可包括：控制和治理环境污染，我国自上而下拥有一支庞大的强有力的环境保护领导、管理科技队伍，环境治理成效显著，这对减缓钢结构桥梁的腐蚀意义重大，然而一个国家的环境治理决非易事，没有几十年花大力气事达不到理想境界的；隔离污染的环境侵蚀，例如悬索桥钢缆采用不干性密封胶隔离侵蚀环境，高强度钢螺栓与钢梁的连接部分选用密封胶密封；选用耐蚀材料，例如选用耐候钢、不锈钢，不过价格过于昂贵，对于发展中国家也有困难；选用先进制造技术，例如预应力钢绞线是桥梁的心脏，这是确保桥梁使用寿命的关键之一，传统压
10、浆工艺常造成压浆不饱满，造成钢绞线锈蚀，选用真空辅助压浆新工艺克服了这个问题，提高了质量；研制和使用保护涂层，这是最现实、最有效、最经济、几十年实践证明为最好的措施。因此防止钢结构腐蚀，延长使用寿命，保证桥梁正常运营状态，对钢结构采用长效重防腐涂装及复涂工艺，合理的涂装配套方案是提高钢结构防腐能力的有效途径。第 4 页 共 57 页二 桥梁的腐蚀环境桥梁的建设是根据需要而建造，它横跨各类大江、大河、山川、海湾，连接陆地和岛屿，地理位置千变万化，各处气候条件复杂，腐蚀环境亦各不相同。如南方的湿热和酸雨，北方的寒冷和冰盐，沿海的盐雾等，都是造成钢桥腐蚀的主要因素，因此研究金属腐蚀环境对钢桥的腐蚀保
11、护至关重要。2.1 大气腐蚀桥梁长期暴露在空气中，由于空气中的水分、氧气和腐蚀介质（如雨水中杂质、烟尘、表面沉积物等联合作用）的化学和电化学作用而引起的金属腐蚀现象称为大气腐蚀。大气的腐蚀环境有两种基本的划分方法。一是按照自然环境的气候特征来划分，另一种则按照环境的腐蚀特性来划分。我国的铁路桥梁以往在进行涂装设计时，参考的是自然环境的腐蚀特征。现在的桥梁防腐设计，无论是铁路桥梁还是公路桥梁，或者是两用桥梁，参考的都是环境腐蚀特征。按照环境腐蚀的严酷性程度，更接近于实际应用，被许多防腐蚀工作者所采用，相关的标准有我国的GB/T 和国际标准 ISO12944-2，具体内容可以参考第三章桥梁防腐蚀涂
12、装系统设计 。（1）自然大气环境分类这种方法是根据地区的气温划分气候带，再依据地区的湿度来划分出气候区，两者综合起来划定该地区是某气候带某气候区。气候带通常划分为热带、亚热带、湿带和寒带。气候区以相对湿度和温度持续时间划分为湿和区、湿热区、湿区、亚干燥区和干燥区。根据以上分类方法，可以将我国的气候环境分为 4 个气候带和 5 个气候区。热带湿热区：雷州半岛、海南岛和台湾南部；亚热带湿热区：秦岭以南、长江流域、四川、珠江流域、台湾北部和福建；亚热带干燥区：新疆天山以南、戈壁沙漠；温带湿和区：秦岭以北、内蒙南部、华北、东北南部;寒带干燥区：内蒙北部、黑龙江省。（2）腐蚀环境分类根据大气腐蚀环境中污
13、染物质，大气环境的类型大致可以分为农村大气、城第 5 页 共 57 页市大气、工业大气、海洋大气和海洋工业大气。（3）影响大气腐蚀的因素大气环境中的腐蚀主要是金属表面电解液膜下的电化学腐蚀。这个过程的特点是氧气特别容易到达金属表面，金属腐蚀受到氧去极化过程的控制。大气腐蚀的影响因素主要取决于大气成分及空气中的污染物、相对湿度、温度和表面状态等。2.2 水的腐蚀大桥是横跨江河湖海的，桥梁的墩梁等不可避免地会处于水的腐蚀环境之中。（1）淡水腐蚀淡水的含盐量少，一般呈中性，如江河湖泊的水等。一般情况下，淡水的腐蚀性较弱。在淡水中的腐蚀是氧去极化腐蚀，即吸氧腐蚀。水中有着足够的溶解氧的存在是金属腐蚀的
14、最根本原因。淡水中含盐量低，导电性差。电化学腐蚀的电阻比在海水中大。由于淡水的电阻大，淡水中的腐蚀主要以微电池腐蚀为主。但是随着工业排放物对淡水的污染，C1 、 、 、 都会加剧腐蚀的进24SO3NCl行，这些因素对淡水腐蚀的影响不可忽视。（2）海水腐蚀海水是一种含有多种盐类的电解质溶液，以 33.5的氯化钠为主盐，pH值为 8 左右，并溶有一定量的氧气。除了电位很负的镁及其合金外，大部分金属材料在海水中都发生氧去极化腐蚀。其主要特点是海水中氯离子含量很大，因此大多数金属在海水中阳极极化阻滞很小，腐蚀速度相当高；海浪、飞溅、流速等这些利于供氧的环境条件，都会促进氧的阴极去极化反应，促进金属的腐
15、蚀。海水导电率很大，所以不仅腐蚀微电池活性大，宏电池的活性也很大。海水中不同金属相接触时，很容易发生电偶腐蚀：即使两种金属相距数十米，只要存在电位差，并实现电联结，就可能发生电偶腐蚀。2.3 土壤腐蚀大桥的支撑梁柱必然要立足于土壤之中，土壤对钢铁或混凝土的腐蚀直接影响着大桥的安全。土壤是由气相、液相和固相所构成的一个复杂系统，其中还生存着很多土壤微生物。影响土壤腐蚀的因素很多，各因素又会相互作用。所以这是一个十分复杂的腐蚀问题。影响土壤腐蚀的几个重要因素有：电阻率、含氧量、第 6 页 共 57 页盐分、含水量、PH 值、温度、微生物等。第 7 页 共 57 页三 铁路钢桥的腐蚀特性我国铁路桥梁
16、已有近百年的历史，是铁路的关键、重要设备。早期的铁路桥梁主要为钢结构，设计标准较低，材质相当于 A3 钢。解放后混凝土梁的生产开始增多，同时钢桥的种类、所选用的材质也不断增加。现在铁路桥梁一般分为钢桥和混凝土桥两种。我国铁路现共用桥梁 36000 多座、120000 多孔，其中梁 110000多孔，钢梁 10000 多孔，跨度 1032m 简支混凝土梁 68000 多孔，占混凝土梁总数的 61.37；跨度 1040m 的简支钢梁 7300 多孔，占钢梁总数的 73.67，中小跨度桥梁合计 75000 多孔，占全路桥梁总数的 62.38。按长度又分为：特大桥桥长 500m 以上；大桥桥长 100
17、m500m；中桥桥长 20m100m；小桥桥长20m 及以下。目前在我国运营的铁路线上，钢桥的长度约占桥梁总长的 78。铁路钢桥按桥面位置的不同，分为上承梁、下承梁、中承梁等。按梁式的不同分为简支梁、悬臂梁和连续梁的桥跨结构。铁路桥梁的钢结构常年暴露室外，我国幅员辽阔，铁路线拉得很长，钢桥所处的环境条件很不相同，涉及了我国几乎所有的气候类型，如东北、华北、中原的钢桥分别处于寒冷、寒温、暖温、干燥性的气候条件下，华东、华南的钢桥处于亚湿热、湿热、含有盐雾的海洋性的气候条件下，西北的钢桥处于风沙性的气候条件下，西南的钢桥处于湿热、酸雨性的气候条件下，新建的青藏线上的钢桥处于强紫外线的照射条件下等。
18、由于所处的外部环境不同，钢桥的腐蚀特性、腐蚀严重程度也不尽相同。另外，钢桥的不同部位所接触的腐蚀介质也不尽相同，腐蚀情况也有些差异。3.1 钢铁腐蚀机理钢铁的腐蚀在自然界里是不可避免的，如何防止钢桥的腐蚀，延长大桥的使用寿命，是桥梁建设中的重要任务。防止钢铁的腐蚀，就有必要首先了解钢铁腐蚀的机理。（1）钢铁的自然腐蚀趋势除了少数贵金属外，金属都是由其自然态的矿石，通过消耗能量的冶炼、电解等方法而获得的。在自然界里发现的铁都不是纯铁，铁是铁矿石放在高炉里或是加热炉里提炼出来的。冶炼过程中还加入了煤矿或焦炭，并加热至很高的温度。第 8 页 共 57 页在这个过程中，铁矿石吸收了大量的能量，这种能量
19、一部分就贮藏在钢铁中。因此，任何一块钢铁都可以看做是一个充了电的蓄电池。这块钢铁以后就会以电的形式将贮存的能量释放出采。钢铁在能量释放过程中，某些成分耗费了即钢铁产生了腐蚀。这样钢铁就回到了能够稳定存在的自然态。因此，金属随时随地都有恢复到自然化合态（矿石）的倾向，并释放出能量。腐蚀的过程就是金属从热力学不稳定的原子态，转变成热力学稳定的离子态，即金属的能量降低的过程，这就是金属自然腐蚀的趋势。（2）钢铁的电化学腐蚀腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属与腐蚀介质间发生化学作用而产生的腐蚀，比如钢铁在非电解质溶液和有机溶剂中发生的腐蚀。化学腐蚀的过程中没有电流的产生。电化学腐蚀是金属
20、和介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀过程中有隔离的阴极区和阳极区，电流可以通过金属在一定的距离内流动。钢铁的腐蚀绝大多数情况下是电化学腐蚀。在金属表面形成原电池是电化学腐蚀最为主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线连接，我们可以发现导线上有电流通过。这种装置我们称之为原电池。原电池放电所产生电化学反应，在阳极进行的是氧化反应，在阴极进行的是还原反应。从理论上说，单一金属在电解质溶液里只能形成双电层，不会产生腐蚀。实际上除了金、铂等呈现惰性的金属外，其他金属单独放在电解质溶液中，由于表面电化学性的不均匀，从而产生了许多极小的阴极和阳极，构成了无数的微电池，也会产生电化学腐蚀。
21、3.2 钢桥构件的腐蚀形态桥梁钢结构的腐蚀形态有多种多样，可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。在局部腐蚀中，又可以细分多种形态。(1)均匀腐蚀均匀腐蚀的腐蚀作用是均匀地发生在整个金属表面上，并在平面上逐步地使金属腐蚀并降低其各项性能。(2)点蚀局部性腐蚀状态，可以形成大大小小的孔眼，但绝数情况下是相对较小的孔隙。从表面上看，点蚀互相隔离或靠得很近，看上去呈粗糙表面。点蚀是大多数第 9 页 共 57 页内部腐蚀形态的一种，即使是很少的金属腐蚀也会引起设备的报废。(3)电偶腐蚀也称之为双金属腐蚀。由多种金属组合而成的部位，如铝与铜，铁与锌，铜与铁等等。在电解质水膜下，形成腐蚀宏电池，会加速其中负电位金属的
22、腐蚀。影响电偶腐蚀的因素有环境、介质导电性、阴阳极的面积比等。在潮湿大气中也会发生电偶腐蚀，湿度越大或大气中含盐越多（如靠近海边） ，则电偶腐蚀越快。大阴极小阳极组成的电偶，阳极腐蚀电流密度愈大，腐蚀愈严重。电偶腐蚀首先取决于异种金属之间的电位差。这里的电位指的是两种金属分别在电解质溶液（腐蚀介质）中的实际电位，即该金属在溶液中的腐蚀电位。电位差越大，其他条件不变，腐蚀可能越大。为了防止电偶腐蚀，要尽量避免电位差悬殊的异种金属有电接触；避免形成大阴极小阳极的不利面积比，面积小的部件宜用腐蚀电位较正的金属；电位差大的异种金属组装在一起时，中间一般要加绝缘片，垫片紧固不吸湿，避免形成缝隙腐蚀；设计
23、时，选用容易更换的阳极部件，或将它加厚以延长寿命；可能时加入缓蚀剂或涂漆以减轻介质的腐蚀，或加上第三块金属进行阴极保护等。(4)缝隙腐蚀缝隙腐蚀是一种严重的局部腐蚀。经常发生于金属表面缝隙中。桥梁结构非常复杂，金属孔隙、密封垫片表面、螺丝和铆钉下的缝隙内等，都会有溶液的积留而引起缝隙腐蚀。并不是一定要有缝隙才可以发生这种腐蚀，它也可能因为在金属表面上所覆盖的泥沙、灰尘、脏物等而发生。几乎所有的腐蚀性介质，包括淡水，都能引起金属的缝隙腐蚀，而含氯离子的溶液通孝常是最敏感的介质。为了防止缝隙腐蚀，主要是在结构设计中避免形成缝隙，避免造成容易产生表面沉积的条件。因此，对接焊比铆接或螺栓连接要好。容器
24、设计上要避免死角和尖角，以便于排除流出液体。垫片要采用非吸湿性材料，以免吸水后造成腐蚀条件。此外也可采用电化学保护的方法来防止，方法是外加电流。(5)应力腐蚀在一定环境中外加或本身残余的应力，加之腐蚀的作用，导致金属的早期破裂现象，叫应力腐蚀，通常以 SCC(Stress-Crossion-Crack)表示。金属应力腐蚀破裂只在对应力腐蚀敏感的合金上发生，纯金属极少产生。合金的化学成分、金相组织、热处理对合金的应力腐蚀破裂有很大影响。处于应力第 10 页 共 57 页状态下，包括残余应力、组织应力、焊接应力或工作应力在内，可以引起应力腐蚀破裂。对于一定的合金来说，要在特定的环境中才会发生应力腐
25、蚀破裂。例如不锈钢在海水中，铜合金在氨水中，碳钢在硝酸溶液中。防止应力腐蚀破裂的主要方法是消除一切应力或施以压应力，设备加工或焊接后最好进行除应力退火，或进行喷砂处理造成表面压应力。改变介质的腐蚀性，使其完全不腐蚀（添加缓蚀剂） ，或者使其转为全面腐蚀，选用耐应力腐蚀破裂的金属材料，使其不能构成材料环境组合，也可防止应力腐蚀破裂。(6)腐蚀疲劳钢铁在交变应力作用和腐蚀介质的共同作用下产生的腐蚀叫做腐蚀疲劳。它往往成群出现。高强度钢丝绳经常出现腐蚀疲劳。1967 年 12 月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌，事故调查的结果就是因为应力腐蚀和腐蚀疲劳产生的裂缝所致。减少腐蚀疲劳
26、的主要方法是选择在预定环境中抗腐蚀的材料，以及在材料表面镀锌、涂漆等以减轻腐蚀疲劳的作用。3.3 铁路钢桥不同部位的腐蚀特性由于桥梁的结构形态不同，所以各部位的腐蚀特性各有不同。铁路钢桥最多采用的钢桁梁结构最为复杂。箱形的加劲梁由于内部采用抽湿系统，大大缓解了腐蚀带来的隐患。斜拉索和悬索由于是线形结构，又处在高空，其腐蚀特点又不同于其他钢结构。(1)铁路钢桥的桁梁结构铁路钢桥的桁梁结构。桥梁的主体部分是上部结构，受到的主要是大气腐蚀。随着大气环境的不同，桥梁受到的腐蚀也不同。跨海大桥受到海洋性气体中氯离子的侵蚀，腐蚀环境最为恶劣。处于工业区和城市的桥梁，由于大气环境很差，受到的腐蚀也很严重。铁
27、路钢桥大多采用明桥面，列车垃圾及废水对铁路桥面的腐蚀产生最直接的影响。桥梁的结构复杂，各部位的腐蚀情况也有很大的不同。铁路桥梁或公路铁路两用桥梁，多采用复杂的钢桁梁结构，腐蚀情况多种多样。铁路钢桥的腐蚀可以分为两个部位，即钢桥和钢轨以下和以上的部位，两者由于所处位置不同，腐蚀条件也有差异。钢桥、钢轨以下的部位，如上承桁梁的下弦杆、纵梁和横梁等，上承板梁的第 11 页 共 57 页所有部位等，主要腐蚀物的来源有客车上的自由排放的各种污物、污水，通过轨道污染下面的钢结构；再者就是货车运行中飘落的各种粉尘，如煤粉尘、含酸或碱性货物的粉尘等。受腐蚀最严重的部位是桥枕下的纵梁上盖板顶面与上承板梁的上翼缘
28、顶面。其次腐蚀物是雨水和阳光紫外线。钢桥、钢轨以上部位的钢结构，如下承桁梁的上弦杆、竖杆、斜杆和上平联等，腐蚀因素主要是雨水的侵蚀、紫外线的照射等。在钢桥的上弦和下弦的箱型杆内部主要的腐蚀介质是大气中的潮湿气体，阴暗潮湿是腐蚀的主要根源。钢桥高强度螺栓的栓接点是不允许有上下贯穿的缝隙存在的，就是说在板缝之间不能有流锈水的现象存在。因此栓节点的腐蚀要是雨水产生的缝隙锈蚀，因此该部位必须使用高质量的涂料防体系，防止缝隙腐蚀的产生。纵梁上盖板顶面与板梁上翼缘顶面（放桥枕面）是全桥腐蚀最严重的地方，也是最难处理的地方，该处主要是行车时桥枕震动擦对涂层的破坏，以及列车下落的各污染物的侵蚀，要求涂层有耐磨
29、性。上桁梁表面由于积水积灰，腐蚀最厉害。铆钉、焊缝等处，由于最早的涂装没有引起足够重视，漆膜有缺陷，是最会腐蚀的地方。(2)钢箱梁悬索桥和斜拉索桥的钢箱梁的外表面，主要发生大气腐蚀。箱梁的内部，通风很差，湿气的聚集会引起涂层的起泡锈蚀等。1970 年建成的丹麦小贝尔特桥，首先采用了箱梁内部的空气干燥装置，起了很好的防腐蚀作用。现在新建的大桥，都采用了控制内部湿度的方法，腐蚀情况减轻很多。(3)吊杆、系杆及缆索系统桥梁的缆索系统主要指斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆和吊索以及一些拱桥的吊索等。缆索系统处于高空之中，主要的腐蚀环境是大气腐蚀。在高纬度地区，还要考虑到积雪对缆索的影响。缆索的材料是高强度
30、冷拔碳素钢丝，强度在 1500MPa 以上，延伸率4。但是由于含碳量高，在 0.750.85之间，塑性也差，没有进行防护下的抗腐蚀性很差。缆索系统是在高应力状态下工作的，尽管对于工作疲劳没有影响，但是腐蚀是在高应力状态下进行的，它将影响钢丝的强度。主缆到现在为止还没有发生过什么事故，但是吊索，特别是斜拉索由于腐蚀介质和应力的相互作用，在桥梁史上出现了多次严重事故。第 12 页 共 57 页吊索斜拉索绞成型后，会有孔隙沟槽等，即使灌浆也难防止 100的没有缝隙。悬索桥拉索和主梁、立柱、索夹和索鞍等的结合处，通常也是最易受腐蚀的地方。(4)栓焊连接部位高强螺栓连接部位应力比较集中，较钢梁大面积部位
31、易积水和存留灰尘，易产生缝隙腐蚀等局部腐蚀。焊缝部位易出现缺陷，并且在焊接过程中产生的焊渣是由铁的氧化物和无机盐类（如氯化铵、氯化锌等） 、松香等组成的多孔混杂体，极易吸收水汽和有害气体，产生腐蚀，该部位的腐蚀属焊缝腐蚀。第 13 页 共 57 页四 钢桥的防腐措施4.1 涂料保护钢铁的大敌就是腐蚀，而涂料正是钢铁桥梁防腐蚀的最方便有效的方法之一。比如悉尼港口大桥在建设时的涂装工作量就相当繁重，每道漆约有 80000L，涂装面积相当于 60 个足球场那么大。从电化学腐蚀的原理分析，我们可以了解到钢铁发生电化学腐蚀必须具备几个基本条件：钢铁作为腐蚀阳极，其电位最低；低电阻的电解质溶液，从外面渗入
32、或残存在底漆与钢铁的界面上；足够的氧气参与腐蚀过程，并维持在一定水平上。采用涂料来保护钢铁，就是要提高其腐蚀电位，由腐蚀阳极成为阴极，隔绝电解质以免形成腐蚀电池。漆膜的耐腐蚀一个重要原因就是涂层作为一种高聚物薄膜，能够不同程度地阻缓腐蚀因子水、氧和离子的透过，从而发挥防锈防腐蚀的作用。此外，涂层漆膜对腐蚀介质的稳定性，与底材的附着力以及相应的机械性能对于涂层的防腐蚀性能都有着重要的影响。涂料对桥梁用钢铁的保护作用主要有三种，屏蔽作用、缓蚀作用和阴极保护作用。(1)屏蔽作用。涂料经过良好的施工，覆盖在钢铁表面，能有效地隔绝钢铁与外界腐蚀环境的接触。也就是说，涂料阻止了大气中的氧气、水汽和其他腐蚀
33、性离子对钢铁的侵蚀。所有涂料都有着基本的屏蔽作用。(2)缓蚀作用。防锈底漆的防锈作用在很大程度上依靠防锈颜料的作用。铬酸锌、磷酸锌和红丹等对钢铁有着缓蚀作用。以磷酸挚锌为例，它具有形成碱式络合物的能力，可以与漆基的极性基团单羟基或羧基)进一步络合，生成稳定的交联络合物，不仅增强了漆膜的耐水性和附着力，同时在钢铁表面形成了牢固的铁锌磷酸盐络合物，阻止锈蚀的形成和发展，降低钢铁的腐蚀速度。(3)阴极保护作用。利用锌粉的阴极保护作用，制成的环氧富锌漆和无机硅酸富锌漆最具有最好的防锈作用，是重防腐涂料体系中的首选底漆。高含量的锌粉与钢铁紧密接触，由于锌的电位比钢铁低，腐蚀电流就会从锌流向钢铁，锌粉首先
34、被腐蚀从而就保护了钢铁。锌粉在大气中的腐蚀产物为难溶碱式盐，它们会填没涂层中的空隙，也具有保护作用。第 14 页 共 57 页4.2 阴极保护电化学保护根据其原理，有阳极保护和阴极保护两种。阳极保护主要是对钢铁进行钝化，保护其在强氧化性质中不受腐蚀。例如在硝酸中，钢铁一般会强烈腐蚀，但是当硝酸浓度达到 35时，腐蚀速度就会显著减小，达到 60时，几乎不受腐蚀。此时，钢铁变得十分稳定。这就是阳极保护。阴极保护是使用钢铁成为阴极并极化，以减小、防止腐蚀可以分成牺牲阳极保护和外加电流保护。牺牲阳极保护法，是采用一种比所要保护金属的电位要负，即化学性质更为活泼的金属或合金，与被保护的金属连接在一起，依
35、靠该金属或合金不断的腐蚀牺牲掉所产生的电流使其他金属获得阴极极化而受到保护。因而，这种自身腐蚀的金属或合金，称之为牺牲阳极。常见的牺牲阳极材料有锌基合金，铝基合金。外加电流阴极保护是由直流电源通过辅助阳极对被保护体施加保护电流，使被保护体成为阴极并极化，从而免受腐蚀的一种保护技术。第 15 页 共 57 页五 桥梁防腐蚀涂料及涂装技术5.1 桥梁防腐蚀涂料涂料的前身为油漆，随着科学技术的发展，涂料已完全超越了油漆范畴；涂料的施工称为涂装。一百多年来，涂料在经济建设中发挥了重要作用、为满足不同用途，现在涂料已发展到上千种，不仅有机涂料得到很大发展，而且还研究出多种无机涂料，并且针对不同腐蚀环境，
36、开发与之相匹配的涂装体系，这对金属防腐蚀起到了重要作用。5.1.1 涂料防腐蚀特点1屏蔽作用涂料被涂装至钢结构件表面，并形成一定厚度的涂层，它直接将钢铁和腐蚀环境隔离开使金属产生一道防腐蚀保护屏障，推迟腐蚀介质与钢铁相接触时间，即只有等漆膜在所处腐蚀环境中失效损坏后，钢铁被暴露才与腐蚀介质相接触产生腐蚀，涂料涂装层从而实现了对钢铁的防腐蚀保护，所有涂料涂层均具备这一性能。2钝化缓蚀作用在涂料家族中，有磷化底漆、铬酸底漆和各类车间底漆等，它们在工序间起到防锈或增加涂装底漆附着力和钝化缓蚀作用，其自身防腐效果较弱。3阴极保护作用防腐底漆中添加锌粉、铝粉形成富锌（铝）涂料，锌、铝粉的存在使得涂装底层
37、对钢铁构件提供阴极保护作用。5.1.2 涂料的基本组成涂料通常由成膜物质、颜料、溶剂和助剂等组成。1成膜物质它是涂料的主要基础物质，有单组分和双组分两类，早先主要为油性成膜物质，现在发展为多种合成树脂成膜，约占涂料总量 90以上。2溶剂溶剂也称辅助成膜物质，早期主要为有机挥发类液体，不同品种涂料（合成树脂）有不同溶剂相匹配。随着环境保护要求越来越高，要求严格控制涂料有机挥发物 VOC 总量，现在为发展纯溶性和水性等多种溶剂。第 16 页 共 57 页3颜料颜料是涂料不可缺少的组成部分，通常是超细粉末的有色物质，均匀地分散在涂料中，它的存在大大地改善了涂料涂层的涂装性能（如遮盖性、粘度和施工工艺
38、性）和涂层性能（防腐性能、耐老化性能、装饰性等） 。常用的涂料有红丹、氧化铁红、锌铬黄、钼酸锌和锶盐、富锌涂料中锌粉等。4助剂助剂的作用主要是改善涂料的施工工艺性能，用量虽然很小，但效果很大。如改善颜料在涂料中分散性的表面活性剂和防沉淀剂，还有防结皮剂、紫外线吸收剂等。5.1.3 桥梁常用的防腐蚀涂料桥梁用涂料进行防腐蚀保护已经 100 多年了，经过技术不断发展和大量应用实桥效果，现在已形成系列化的专用桥梁涂料，下面重点对桥梁常用的几类涂料进行介绍。1油脂涂料油脂涂料是以聚合油、催干剂和颜料等组成的涂料，涂料在干燥过程中靠脂肪酸碳链上的不饱和双键自动氧化聚合，使之成为体型结构而固化成膜。常用于
39、钢铁防锈底漆的红丹防锈漆即属于此类。由于此底漆防腐效果不适合现代桥梁建设需要，虽然在桥梁建设史上发挥过重要作用，但现在已经基本不用该漆作防腐底漆。2醇酸涂料改正常行距醇酸树脂是以多元醇与多元酸和脂肪酸经过酯化缩聚而成，醇酸树脂涂料的性质与改性植物油的种类、油度的长短有密切关系，并且通过不同树脂改性可获得不同性能的醇酸树脂涂料，其具有以下共同特点：涂层具有良好的柔韧性，良好的附着力和机械强度；颜料在该涂料中有较好的分散性，因此可根据用途做成底漆、中间漆和面漆；涂层耐久性好，保光保色性好，但耐水性较差；施工方便，价格便宜。此涂料在桥梁防腐历史中曾发挥过重要作用如至今给人们留下印象的醇酸类桥梁涂料有
40、云母氧化铁醇酸瓷漆、锌铝粉醇酸瓷漆、有机硅改性醇酸树脂涂料第 17 页 共 57 页等。3氯化橡胶涂料氯化橡胶系由天然橡胶经过塑炼解聚后，或异戊二烯橡胶溶于四氯化碳中氯化而得。单独使用氯化橡胶作涂料时其漆膜较脆，附着力不好，不耐紫外光老化等，所以在工业中使用的氯化橡胶涂料均由加入合成树脂或天然树脂、颜料增塑剂、稳定剂改性而得，使氯化橡胶涂料获得较好的物理性能和化学性能。氯化橡胶涂料主要具有如下性能：（1）抗水蒸气渗透能力好，耐水性好，耐盐水和盐雾性能好；（2）耐燃性好，由于氯化橡胶含氯量达到 67，具有一定的延燃性；（3）耐酸、碱、盐等化学性能较好；（4）热稳定性差、耐紫外光老化性能差，在大气
41、环境下氯化橡胶漆膜易产生开裂、粉化等破坏。因此大气环境下使用的氯化橡胶涂料均采用耐候性优良的树脂和颜料等进行改性，如云铁氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯、氯化丙烯涂料等。4环氧涂料环氧树脂的分子结构中含有环氧基，涂料工业中常用的环氧树脂是由环氧氯丙烷和二酚基丙烷在碱作用下缩聚而成的高分子化合物，简称双酚 A 型环氧树脂，其主要具有如下性能：（1）涂层附着力好，耐水性好；（2）耐老化性能差；（3）可以或的较厚涂层；（4）可以有许多种交联剂，从而获得不同性能的涂层。5丙烯酸树脂涂料丙烯酸树脂涂料多采用氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯等低聚物作交联固化，丙烯酸涂料漆膜具有优良的物理机械性能，耐候性和保光保色性好，
42、是良好的户外钢桥防腐涂装面漆。通常有不饱和聚酯聚合的丙烯酸、乙烯酯聚合的丙烯酸等。6聚氨酯涂料应用于防腐涂装的聚氨酯树脂通常含有两个组分，一个是含有异氰酸酯，另一个是含有羟基，临施工使用前将双组分混合而反应固化生成聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯。其主要特点是：漆膜耐户外日晒，不易粉化，保光保色性能及耐老化性能优良；漆膜坚硬，第 18 页 共 57 页具有优良的物理机械性能和耐化学腐蚀性；作为底漆涂料时，漆膜的附着力不如环氧涂料好；但作为面漆涂料时，可以与环氧漆、氯化橡胶漆等保持优良的附着力；聚氨酷涂料可以在 0下固化，冬季施工性能比其他油漆好。可以制成无溶剂或高固体含量涂料，因此在施工时可以一次获得
43、规定的涂膜厚度。5.2 铁路钢桥的防腐蚀用涂料铁路钢桥无论国内外一般都是采用防腐蚀涂料进行防腐蚀保护。我国铁路钢桥的涂料防腐蚀技术也是不断发展和逐渐完善的，20 世纪 50 年代，钢梁涂料保护寿命仅为 23 年；60 年代后期至 80 年代，先后采用了红丹防锈底漆与灰铝锌醇酸面漆（即 66 醇酸面漆）或灰云母氧化铁醇酸面漆配套体系，涂料保护寿命提高到了 10 年左右；90 年代采用环氧富锌防锈底漆、环氧云铁中间漆、灰铝粉石墨酸面漆（即 018 醇酸面漆）配套系，涂料保护寿命达到了 15 年以上。铁路钢桥涂料采用底面漆配套使用，充分发挥底漆的防锈作用和面漆的耐老化作用。国内外使用的涂料品种见表
44、1。表 1 国内外常用的钢桥涂料国别 底 漆 中间漆 面 漆中国 红丹防锈漆，富锌防锈漆 云铁环氧漆 灰铝锌醇酸面漆，灰云母氧化铁醇酸面漆，灰 铝粉石墨酸面漆，聚氨酯面漆等德国 红丹醇酸底漆，油性红丹 漆 云铁铝粉醇酸面漆英国 锌黄酚醛底漆，富锌底漆 / 云铁酚醛面漆，云铁聚氨酯面漆法国 红丹底漆 云铁面漆美国 富锌底漆 流平罩漆，环氧漆 铝粉酚醛面漆，铝粉聚乙烯面漆，聚氨酯面漆日本 富锌底漆，油性红丹底漆 云铁环氧漆 聚氨酯面漆，氯化橡胶面漆，醇酸面漆5.2.1 红丹防锈漆红丹防锈漆传统的性能优异的防锈底漆，并且价格低廉。一般认为其防腐蚀能力是来自油中的脂肪酸和铅形成的铅皂，铅皂是一种缓蚀剂
45、；但也有人认为，红丹颜料的保护作用与阴极和阳极腐蚀反应的极化有关。铁基体的阴极反应因溶第 19 页 共 57 页解度 Pb2化合物的生成而极化，而阳极反应则因从可溶性 Fe2形成不溶的Fe3化合物，并与 Pb2的氧化物、氢氧化物一起沉积在金属晶格中而极化。由于铅毒的存在，为了保护环境，现在红丹防锈漆正逐渐为其他防锈底漆所代替，但铁路钢桥作 为永久性的重要钢结构，所以红丹防锈漆在我国钢桥上仍普遍使用。红丹防锈漆可以是红丹酚醛防锈漆，也可以是红丹醇酸防锈漆，其中红丹含量在不挥发物中含量不低于 65%。5.2.2 富锌底漆富锌底漆是阴极保护型的重防腐涂料，分为无机富锌底漆和有机富锌底漆两大类。无机富
46、锌底漆包括水玻璃型和水解硅酸乙酯型两种，其中在钢桥上作为底漆使用的是前者。水玻璃无机富锌底漆也称为水性无机富锌底漆。我国使用的水性无机富锌底漆大多是二次固化型，它是由钠水玻璃（泡花碱） 、锌粉组成，涂层成膜后需涂刷固化剂使涂层固化。目前在我国铁路已开始使用水性自固型无机富锌涂料，它主要是由钾水玻璃、锌粉组成，涂层在几小时内即可实现完全自固化，不怕雨淋，大大缩短了施工周期。已在我国新建的秦沈客车专运线丁香桥、渝怀线长寿桥等使用。有机富锌底漆主要是环氧富锌底漆。由于环氧树脂与钢基板的附着性好，所以用量较大。5.2.3 灰铝锌醇酸面漆该种涂料是铁道部科学研究院和天津油漆厂 1966 年共同研制的以片
47、状锌铝粉为主要颜料的醇酸磁漆，涂层耐候寿命达到了 10 年以上。其主要原理是利用鳞片状的颜料在涂层中像瓦片一样层层叠加，对水汽的渗入、透过有很好的阻挡作用。5.2.4 灰云铁醇酸面漆按照片状颜料可以处长面漆耐候寿命的思路，铁道部科学研究院和安徽繁昌铅锌矿等单位于 1978 年研制成功了灰云铁醇酸面漆。该面漆采用云铁作为主要原料，利用其片状结构、化学惰性等特点，涂层耐候寿命也达到了 10 年以上。5.2.5 灰铝粉石墨醇酸面漆铁道部科学研究院在 1993 年又研制了铁路钢梁面漆灰铝粉石墨醇酸面漆第 20 页 共 57 页（又称 0182 醇酸面漆） 。其中的颜料使用的是鳞片状的铝粉石墨复合材料。
48、它的耐候寿命能够达到 20 年以上。表 2 列出了上述 3 种面漆的主要特性和特点。第 21 页 共 57 页表 2 铁路钢桥用面漆主要特点涂料名称 包装 沉降性 涂刷性 特点红丹防锈漆 单 易 刷、喷均可 具有缓蚀作用，防锈能力好，有一定毒性环氧富锌底漆 双 易 刷、喷均可 具有阴极保护作用，附着力好云铁环氧中间漆 双 易 刷、喷均可 附着力好66 醇酸面漆 双 不易 刷、喷均可 耐老化，耐酸性气氛较差灰云铁醇酸面漆 单 易 喷 耐老化，耐酸性气氛较差018 醇酸面漆 单 不易 刷、喷均可 耐老化，耐酸性气氛，密度小，涂装面积大5.2.6 聚氨酯上盖板涂料铁路钢桥的纵梁、上承板梁和箱形梁的上
49、盖板顶面使用耐磨涂料。它是由 2道棕黄聚氨酯底漆（每道干膜最小厚度 50m）和 4 道灰聚氨酯盖板面漆（每道干膜最小厚度 40m）组成。这种涂装体系的特点是耐磨性好。5.2.7 灰云铁环氧中间漆该漆在富锌底漆和钢铁的喷锌、喷铝层上具有优良的附着力和封闭功能。作为环氧富锌底漆、无机富锌底漆等高性能防锈漆的中间层漆封闭涂层，增强整个涂层的附着力和保护性能。它能与环氧型、聚氨酯型和氯化橡胶型等涂料配套，也能与醇酸、酚醛等传统型涂料进行配套。5.2.8 环氧沥青涂料主要用于非密封的箱形梁内表面的涂装。一般涂装四道，每道干膜最小厚度为 60m。综上所述，将铁路钢梁涂装用涂料的主要特性汇总于表 3。表 3 铁路钢梁涂装用涂料的主要特性涂料名称 主要成分 包装形式 主要特点红丹醇酸（酚醛）底漆醇酸树脂（改性酚醛树脂） 、红丹、体制颜料、催干剂、溶剂 单组分漆膜坚韧，附着力、干性、防锈性能好环氧富锌底漆 环氧树脂、锌粉、聚酰胺固化剂、溶剂 双组分 耐溶剂腐蚀，防锈能力强，具有阴极保护作用棕黄聚氨酯盖板底漆聚氨酯树脂、醇酸树脂、铬酸锌、体制颜料、固化剂、
