钢桥面铺装钢板除锈处理现场施工检测方法探究

孙歧斌

摘 要：本文对钢桥面板除锈、防锈施工检测方法进行了简述，查阅了相关标准，分析其检测原理及检测方法，以加强试验人员对检测原理、方法的理解，提高对钢桥面板除锈、防锈处理的试验检测能力。

关键词：清洁度;粗糙度;盐分含量;露点温度;检测频率

中图分类号：U445.73文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）25-0063-04

Abstract： In this paper， the construction testing methods of steel bridge deck rust removal and rust prevention were briefly described， the related standards were consulted， the testing principles and methods were analyzed to strengthen the understanding of testing personnel on the testing principles and methods， improving the ability of test and inspection for the rust removal and rust prevention treatment of steel bridge deck.

Keywords： cleanliness;roughness;salt content;dew point temperature;detection frequency

公路工程钢桥面铺装不同于普通混凝土桥面铺装，它是一项工序繁杂、质量要求更高的施工项目，其性能主要表现在优良的耐久性、结构的稳定性、对变形的适应性、对温度的稳定性、对钢桥面板优良保护性等。其中，对钢桥面板的保护性直接影响桥面铺装的耐久性和桥梁结构的使用寿命。因此，在钢桥面铺装中对钢板进行保护，提高其防腐能力是重中之重，而对钢桥面板除锈处理的优劣直接影响防腐层处理的效果。

国内钢桥面铺装的施工通常是依据重庆交通科研设计院主编的《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》（以下简称《指南》），并结合施工图设计来组织实施的。《指南》中涵盖设计、材料、施工、质检与验收及部分参数的试验方法等内容，但对相应试验方法的录入并不详尽。《指南》中对钢桥面板的除锈、防锈处理中所涉及的相关试验方法并未详细列举，需要查阅其他相关标准。笔者借清云高速公路西江特大桥钢桥面铺装施工过程中检测验收的契机，进一步查阅相关资料，汇集多种检测方法，理清其检测原理，对相关钢桥面板的除锈、防锈处理检测方法进行系统归纳，以便于了解检测目的，熟悉检测原理，掌握检测方法，提高检测效率。

1 设计要求

对试验检测来说，了解设计意图、熟悉施工工艺、判明检测目的与意义，并据此制定工作目标是尤其重要的。

清云高速公路西江特大桥地处夏季炎热、冬季潮湿的地区，暴雨、阵雨现象比较常见，在这种气候条件下，水分极易导致钢板锈蚀，进面会影响钢箱梁的使用寿命，因此，加强桥面铺装对钢板的保护作用和防腐作用是工程成败的关键所在。本项目按功能要求对桥面铺装层进行了分层设计，其铺装结构如图1所示，对钢板的处理提出了明确的指标要求，其中钢板处理后的上一个功能层是防腐层，为了充分发挥防腐层的作用，就需要做好钢桥面板的除锈处理。

2 钢桥面板除锈处理试验检测

2.1 清洁度

在钢材防腐中，清除钢材表面的附着物或生成物是重中之重，是提高钢材基底表面与防腐层附着力的关键，若清洁不彻底，不仅会严重影响防腐层的附着力，而且会形成防腐层下的腐蚀现象，造成防腐层过早剥离，从而使其失效，因此需要严格控制清洁度等级。

《指南》中要求钢板清洁度应达到《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定 第1部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》（GB/T 8923.1—2011）中Sa2.5级①，采用比对样板照片的方法进行评定;检查钢板表面时需要在良好的散射日光下或在照度相当的人工照明条件下进行，并且应凭借正常视力，将钢板表面与每一张样片进行比较，样片应尽量靠近待测面，并与待测面置于同一平面上。評定锈蚀等级时，应记录最差的等级作为评定结果;同时，由于存在较多的影响因素，因此需要按相似相近原则处理[1]。评定处理等级时应注意以下几个影响因素：①照明不均匀、表面不平整、锈蚀程度不同会造成表面粗糙度有差异;②因喷射丸砂冲击钢板表面的角度不同面导致光线在除锈表面反射不同，造成表面色调有差异;③对于钢板表面有涂覆过的钢材，在评定表面处理等级时，仅可根据钢材表面点蚀程度选用带有锈蚀等级C或D的样片;④为更准确、更容易地评定清洁度，有必要在喷射处理前先进行钢板锈蚀程度的等级评定，然后再根据其锈蚀等级来选用对应A、B、C、D清洁度等级样片②。

2.2 粗糙度（[Rz]）

2.2.1 粗糙度分析。粗糙度（[Rz]）是指取样长度[L]内粗糙面峰谷最大高度[2]，即粗糙轮廓峰顶与谷底之间的距离（见图2）。本研究利用“仿形法”来测量钢板喷砂、抛丸后的表面粗糙度（[Rz]）。对于防腐层而言，表面粗糙度同样会严重影响防腐层与钢材表面的黏结力，一个合适的粗糙度可以增加钢材比表面积，使防腐层黏结面增大，表面粗糙轮廓波谷内嵌入的防腐层会增加其径向和切向的摩擦力，从而增加防腐层与钢材表面的黏结力。但是，过大的粗糙度不仅会浪费涂料，而且可能在表面粗糙轮廓波谷处截留空气，在波峰处还可能会出现刺破防腐层的现象，进而破坏防腐层的完整性，导致钢材锈蚀[3]。

2.2.2 测试步骤（拓片仿形法）[4]。①用毛刷扫除钢板表面的灰尘和残余喷砂磨料;②目测评估钢板表面粗糙度，选择适当的复制胶带（每种胶带在其测量范围的中间部位，测量数据最精确，超出测量范围的测量值是不可靠的）;③从Testex复制胶带盒里抽出一条复制胶带，揭掉背面的贴纸;④将复制胶带粘贴在喷过砂、没有灰尘残余的金属表面;⑤用成套工具里面配置的研磨棒研磨复制胶带的白色圆圈的海绵泡沫，直至圆圈里的海绵泡沫完全变成均匀的灰色;⑥调整粗糙度仪（千分尺）读数至-50 μm（根据不同规格粗糙度仪调整，如图3和图4所示的仪器可调整读数为150时即为-50 μm，既复制胶带本身不可压缩的厚度，也可以实测其不可压缩的实际厚度）;⑦从钢板表面轻轻取下复制胶带，将变色的圆形海绵泡沫部位放在千分尺的砧板上测量胶带的厚度并记录表面粗糙度读数;⑧在复制胶带上记录实际钢板表面粗糙度，并把复制胶带粘贴在质量检验记录上。

2.2.3 注意事项。在试验过程中，应注重以下相关事项。

第一，由于Testex复制胶带的海绵泡沫在60 ℃以上时可能会软化，导致检测结果不准确，因此，在检验前建议进行不同温度下标准块粗糙度的测试，经多次测试后确定其有效使用温度，建议使用时钢板及环境温度不超过65 ℃。

第二，通常采用一次测得值作为测试结果，但如果使用Coarse或X-Coarse复制胶带所得的测量值为38～64 μm，则需要再做第二次测试;用另外型号复制胶带对同一部位进行二次测量，如果两次测量值都在上述范围内，取两次测量值之平均值作为粗糙度，如果使用任一型号复制胶带所得测量值不在此范围之内，则应使用第二次测得的值，即不用计算平均值。

第三，一般情况下，要求钢桥面铺装钢板喷砂处理的粗糙度在80 μm以上，X-Coarse规格可以检测的范围为64～147 μm，因此一般只需要配备X-Coarse规格即可。

2.3 钢板表面水溶性盐分含量检测

2.3.1 检测方法概述。根据钢材锈蚀作用机理，钢材的锈蚀可分为化学锈蚀、电化学锈蚀和生物腐蚀三种。其中，电化学锈蚀是钢材锈蚀的最主要形式，一些卤素离子，特别是氯离子能破坏钢材表面原有的氧化保护膜，当形成铜、锌原电池的钢材表面可溶性的氯化物接触到水和氧气时，就会生锈腐蚀并促进锈蚀反应，使锈蚀迅速发展。因此，为防止锈蚀的产生，严格控制钢板表面的氯化物含量就显得尤其重要。

按照《指南》中要求，在喷砂除锈时需用ISO 8502-9的标准测定氯化物含量，但根据笔者查阅相关规范，该标准中的方法对应着《覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的评定试验 第9部分：水溶性鹽的现场电导率测定》（GB/T 18570.9—2005）检测方法，此方法是用“Bresle盐分贴片”提取钢板表面水溶性盐，主要是氯化物和硫酸盐的总表面浓度的现场评定方法，而非单独的氯化物的表面浓度。

《指南》要求钢板表面水溶性盐含量现场检测采用两种方法，分别为“Bresle盐分贴片法”和“ISO 8502-1铁氰化钾试纸法”（ISO 8502-1标准为“2，2′-联吡啶试纸法”检测水溶性铁离子，《指南》中要求以“铁氰化钾试纸”替代“2，2′-联吡啶试纸”来进行测试;铁氰化钾与酚酞混合可得到铁锈指示剂，遇到亚铁离子会变蓝（滕氏蓝），可用于检测金属的锈蚀程度）。对于轻度腐蚀、表面较平整、易于粘贴的钢板表面可采用“Bresle盐分贴片法”;对于重度腐蚀或者起鳞的钢板表面不适用于“Bresle盐分贴片法”。这主要是因为盐分贴不易粘贴，易渗漏;盐分会藏在重度锈蚀和鳞片下面，不能有效地溶解和提取盐分，测得结果会偏小。

2.3.2 Bresle盐分贴片法试验设备及材料。电导率仪（见图5）及Bresle盐分贴片（见图6）、注射器（可选5 mL规格，要求最大容积8 mL，最大针头直径1 mm，最大针头长度50 mm）、秒表、50 mL烧杯、蒸馏水、橡胶手套等。

2.3.3 Bresle盐分贴片法操作步骤。Bresle盐分贴片法操作步骤主要有以下两步[5]。

第一步，空白试验（以消除烧杯、注射器和电极上的外来杂质对检测结果的影响）。①根据电导率仪规格型号取10～20 mL蒸馏水（[V]）倒入烧杯（为便于计算，通常取10 mL或20 mL）;②用注射器从烧杯中抽满水，再排注回烧杯中;③将电导率仪探头完全浸入烧杯中，缓缓搅动，记录下电导率（[γ0]）。

第二步，钢板表面盐分提取及结果计算。

①取一Bresle盐分贴片[规格A-1250，截面大小为（1 250±13） mm2]，去掉外面的保护纸和中间的泡沫填料。

②压下带胶的边框粘贴到测试表面，里面的空气量要尽可能地少。

③确认盐分贴片已经牢固地粘贴在表面，在烧杯中抽取3～5 mL的水（约为烧杯内水量的1/4）。

④在盐分贴片边缘，以30°角把注射器针筒插入测试部位，如难以进入测试部位，可以把针头弯曲一下再注水刺入测试部位充分浸润表面。

⑤不断按压Bresle片表面10～15 s，使蒸馏水和测试表面得到充分接触，等待1 min后抽取溶液回到针筒里，以使表面可溶性盐类得到充分溶解。

⑥不要把针从盐分贴片中抽出，在空格内反复地抽取和注射溶液，一共进行10个循环[《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的评定试验 第6部分：可溶性杂质的取样 Bresle法》（GB/T 18570.6-2011）中要求为4个循环，这时可以提取到超过95%的盐分，为尽可能地将钢板表面可溶性盐类充分溶解，建议做10个循环，这样可以有效地提取接近于100%的表面可溶性盐分]。

⑦在最后一个循环后，抽取回收尽可能多的溶液到玻璃烧杯中，这样恢复其水量到接近原来的容量（[V]）。

⑧将电导率仪探头完全浸入烧杯中，缓缓搅动，记录下电导率[γ1]。

⑨钢板表面氯化物含量结果整理：

2.3.4 注意事项。第一，注意电导率单位的转换，有的电导率仪测量结果单位可能是μS/m或μS/cm，而1 mS/m=100 μS/m=10 μS/cm。《覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的评定试验 第9部分：水溶性盐的现场电导率测定》（GB/T 18570.9—2005）中给出的计算公式测得值单位为kg/m2，与《指南》中给出规定值的单位不一致，计算时也比较烦琐，这里将计算结果的单位与《指南》统一，以便于比较。第二，在提取盐分的注射和抽取过程中，不能有溶液的损失，如果有损失或溢出，必须在另选一点重新检测。第三，如果总盐含量检测结果超出标准值要求，在排除检测方法及除锈处理不彻底的问题后，需要对喷砂磨料进行盐分检测，优选更换或清洁喷砂磨料，以免喷砂磨料中过多的杂质影响钢板表面盐分含量。

2.4 露点温度检测

在常温下，钢材表面形成一薄层氧化保护膜，可以起到一定的防止钢材锈蚀的作用，故在干燥环境中，钢材锈蚀进展缓慢。但在温度或湿度较高的环境中，电化学锈蚀进展会加快。金属的电化学腐蚀是其阳极化反应的结果，而这种阳极化反应是需要水的，因此保证钢板表面的干燥状态是防止电化学腐蚀的关键，若要保持钢材的干燥状态，就要使其表面不附着水分，因此需要通过监控大气湿度、露点温度来实现。露点温度的检测方法一般有两种，一种为露点仪直接测读，一种为通过获取温度与湿度然后进行换算。

在没有露点仪时，我们可以用干湿球计测量大气温度和湿度来换算露点温度，采用近似法来计算（Magnus-Tetens Approximation），但在计算时需要注意计算公式的适用条件，计算公式如下：

公式的适用条为：温度[T]符合0 ℃<[T]<60 ℃、相对湿度RH符合0%

3 结语

为了提高检测效率并保证检测质量，了解设计意图及除锈处理的施工意义、熟悉检测原理、掌握检测方法、重视检测注意事项等都是必不可少的，也是做好试验检测的前提条件。在做好以上工作之后，在检测过程中才能优质、高效、精确地获得检测结果，为工程质量控制与评价提供强有力的数据支撑。

注释：

①Sa2.5是指非常彻底的喷射清理，具体来说，是指在不放大的情况下观察时，表面应无可见的油、脂和污物，并且没有氧化皮、铁锈、涂层和外来杂质。任何污染物的残留痕迹应仅呈现为点状或條纹状的轻微色斑。

②钢材表面的锈蚀程度分别以A、B、C和D四个锈蚀等级表示。其中，A为大面积覆盖着氧化皮面几乎没有铁锈的钢材表面;B为已发生锈蚀，并且氧化皮已开始剥落的钢材表面;C为氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且在正常视力观察下可见轻微点蚀的钢材表面;D为氧化皮已因锈蚀而碧落，并且在正常视力观察下可见普通发生点蚀的钢材表面。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.产品几何技术规范（GPS） 表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值：GB/T 1031—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定 第1部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有防腐层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级：GB/T 8923.1—2011[S].北京：中国标准出版社，2013.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.涂覆涂料前钢材表面处理喷射清理后的钢材表面粗糙度特性 第5部分：表面粗糙度的测定方法 复制带：GB/T 13288.5—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的评定试验 第9部分：水溶性盐的现场电导率测定法：GB/T 18570.9—2005[S].北京：中国标准出版社，2005.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的评定试验 第6部分：可溶性杂质的取样 Bresle法：GB/T 18570.6—2011[S].北京：中国标准出版社，2012.