桥梁钢结构防腐蚀涂层配套和涂层使用寿命

赵清泊，李敏风

（1.兰州兰渝铁路有限责任公司，甘肃 兰州 730050；2.上海斐然国际贸易公司，上海 200136）

桥梁钢结构防腐蚀涂层配套和涂层使用寿命

赵清泊1，李敏风2,*

（1.兰州兰渝铁路有限责任公司，甘肃 兰州 730050；2.上海斐然国际贸易公司，上海 200136）

介绍了桥梁钢结构防腐涂层设计的相关依据：ISO 12944-5:2007、BS EN ISO 14713:1999和JT/T 722–2008。从防腐方法的选择、钢结构设计、涂层配套方案及膜厚确定、涂装管理、涂装设计以及完善的涂层维护计划的建立等方面对影响桥梁钢结构防腐效果的因素进行了探讨。

桥梁钢结构；防腐；涂层配套；涂层使用寿命

1 前言

近年来，随着国民经济和基建设施建设步伐的加快，我国建造了大量的钢结构或混凝土桥梁，如杭州湾大桥、舟山连岛工程的 5座大桥等等。它们的建成有利于推动地区间和国家的经济发展，也使我国的建桥技术达到了世界先进水平。在桥梁建造中，桥梁的防腐蚀涂料和涂装成为其技术中的关键。近期，青岛海湾大桥、宁绍杭州湾大桥等陆续开工，尤其是世界上最长的跨海大桥——港珠澳大桥(全长49.968 km，总投资729.4亿元)的开工，将使我国的桥梁建设迈上一个新台阶。在港珠澳大桥的设计中，其钢结构设计寿命为120年，可抗8级地震、16级大风，用钢量超过11个“鸟巢”(约50万吨)。因此，提高桥梁钢结构防腐寿命成为桥梁设计、业主、总包、涂装分包、涂料制造商和监理等单位最关心的问题。为了澄清某些模糊的认识，本文对照国内外相关标准，结合国内某些大桥工程实际，对桥梁钢结构的防腐设计、配套方案和涂层使用寿命等问题作一概述，供业界参考。

2 桥梁防腐涂层设计及其使用寿命相关标准

国内许多著名的大桥如杭州湾跨海大桥、上海东海大桥、青岛海湾大桥等业主提出了大桥的使用寿命可达到一百年，这说明我国的大型桥梁建设技术已达到了世界领先水平，但这与涂层的使用寿命设计是两个完全不同的概念。对于桥梁钢结构防腐涂料配套涂层和热喷金属锌、铝层加防腐涂料复合涂层，涂层的设计寿命应依据国内外相关标准来判定。

2. 1 ISO 12944-5:2007标准[1]

该标准的1998年版是由欧洲18国共同发起，并由世界标准化组织批准后形成的国际标准，2007年作适当的改变后重新发布。它是钢结构涂料、涂装工作的最好依据。它不仅涉及到桥梁钢结构工程的设计，业主，监理和涂装总包、分包，也涉及到涂料供应厂商和他们的技术服务人员。在这个标准中，将涂层的使用寿命分成3个范围：低(Low)2 ～ 5年，中(Medium) 5 ～ 15年，高(High)＞15年。而涂层使用寿命与腐蚀环境(环境分类按 ISO 12944-2:2007)、漆膜厚度(ISO 12944-5:2007)有一定的关系，如表1所示。

从表1可见，ISO 12944-5:2007所有配套中对最高使用寿命的提法是大于15年；而判定涂层使用寿命的办法则是依据ISO 4628-3:1998国际标准，即锈蚀等级达到Ri 3级(锈蚀面积占1%)时的年限。此时，进行第一次大修是最经济有效的。

表1 腐蚀环境、使用寿命和漆膜厚度的关系Table 1 Relationship between corrosion environment, service life and coating thickness

2. 2 BS EN ISO 14713:1999国际标准[2]

该标准全名为《钢结构防腐蚀保护 锌、铝涂层 指南》(Protection Against Corrosion of Iron and Steel in Structures — Zinc and Aluminium Coatings — Guidelines)，也是在1995年由欧洲18国共同发起，由世界标准化组织批准后形成的国际标准。该标准中，对腐蚀环境的分类与ISO 12944标准一致。BS EN ISO 14713:1999标准中关于涂层使用寿命≥20年的热喷涂防腐涂层体系规定如表2所示。

表2 BS EN ISO 14713规定的使用寿命≥20年的热喷涂防腐蚀涂层体系Table 2 Thermal sprayed corrosion protection coating systems of service lives ≥20 years stipulated by BS EN ISO 14713

从上述两个国际标准中可以看出，热喷锌、铝作底层，防腐涂料作封闭层等复合涂层的防腐年限肯定高于重防腐涂料配套。

2. 3 中华人民共和国交通行业标准JT/T 722–2008[3]

该标准的全名为《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》。它根据 ISO 12944:2007标准和 BS EN ISO 14713:1999标准，结合我国实际情况，对桥梁钢结构防护年限、涂装寿命和涂层体系保护年限(第一次大修前)的判定等作了具体的规定，其要点为：

(1) 腐蚀环境的分类按ISO 12944-2。

(2) 桥梁钢结构涂装部位的划分。桥梁钢结构按涂装部位分为 7类：外表面，非封闭环境内表面，封闭环境内表面，钢桥面，干湿交替区及水下区，防滑摩擦面和附属钢构件(包括防撞护栏、扶手护栏及底座，灯座，泄水管，钢路缘石等)。而按保护年限分为2类：普通型(10 ～ 15年)，S01 ～ S03均为重防腐涂料配套；长效型(15 ～ 25年)，其中配套S10、S11为C5-M环境条件下用热喷锌、铝作底层的复合涂层配套，其余6个配套S04 ～ S09为C3、C4、C5-I和C5-M环境条件下重防腐涂料配套。

(3) 涂层保护年限的判定。在涂层体系保护年限内，涂层95%以上区域的腐蚀等级不大于ISO 4628规定的Ri 2级，无气泡、剥落和开裂现象。

该标准将涂层的综合技术参数与腐蚀环境、防护寿命挂钩，这对配套选择有一定的指导意义。JT/T 722–2008标准规定的涂层体系性能要求(附着力均大于等于5 MPa)如表3所示。

3 影响桥梁钢结构防腐蚀效果的因素

桥梁钢结构的长效防腐工程是一个系统工程，直接关系到桥梁的安全运行与使用寿命。故钢结构的腐蚀与防护成为当今材料科学、涂料工业、钢结构制造业等领域中的重大课题，引起人们高度重视。影响桥梁钢结构防腐蚀效果的主要因素包括以下方面。

3. 1 防护方案的设计

3. 1. 1 防腐蚀方法的选择

目前，钢结构防腐蚀的方法很多，如热浸涂锌、喷涂冷涂锌或粉末涂料涂装、采用外加电流或安装牺牲阳极等的阳极保护法。

当前，国内外大型桥梁钢结构防腐配套主要有两种：第一种是重防腐涂料涂层体系，如杭州湾大桥扶栏的配套方案(见表4)；第二种是电弧喷锌、铝层与防腐涂料形成的复合涂层体系[4-5]，如川、鄂交界的四渡河特大桥钢箱梁外侧的配套(见表5)。

表4 杭州湾大桥扶栏重防腐涂料配套方案Table 4 Accessory project of heavy corrosion protection coatings for handrail of Hangzhou Bay Bridge

表5 四渡河特大桥钢箱梁配套方案Table 5 Accessory project for steel box girder of large Sidu River Bridge

前几年，我国很多桥梁钢结构采用了电弧喷锌、铝作为底层，复涂重防腐涂料。该复合涂层收到了很好的防腐蚀效果。如武汉君山大桥、上海棵株山大桥、舟山西堠门大桥、巫山大桥等。从总体分析，我国大部分的桥梁钢结构还是通过重防腐涂料的配套涂层来进行防腐，这种发展趋势与国际上桥梁防腐蚀技术发展保持一致。随着重防腐涂料技术的发展和社会节能环保的需要，国外大部分桥梁钢结构也采用重防腐涂料配套。2009年底，上海振华重工集团公司承接了美国旧金山奥克兰海湾大桥钢箱梁外侧的防腐工程，其业主指定的配套方案见表6。

表6 奥克兰海湾大桥钢箱梁外侧配套方案Table 6 Accessory project for outside steel box girder of the New Oakland Bay Bridge

关于该桥，值得说明的是：

(1) 表面处理清洁度为ISO 8501-1 Sa 2½级，粗糙度为ISO 8503 R2= 65 ～ 85 μm。

(2) 特殊的无机硅酸锌底漆和聚硅氧烷面漆，一次无气喷漆达到规定膜厚。

(3) 膜厚质量的判定办法：两个95%。

(4) 涂层使用寿命大于15年，锈蚀等级Ri 3级。

对于桥梁钢结构的两种主要防腐方法，不能机械下结论：一律采用防护效果较好的电弧喷锌、铝等金属层加封闭涂料法。该方案从总体上分析，应考虑到下列4点：

(1) 对表面的处理要求高。上海地区表面处理等级、价格如表7所示。

表7 上海地区表面处理等级及价格Table 7 Surface pretreatment grades and prices in Shanghai area

在钢结构制造中，若采用钢板预处理流水线，则钢板需经抛丸、喷涂20 μm的车间底漆。车间底漆作为防锈底层的一部分，可相对减少二次除锈的工作量，且其每平方米的价格仅为6元。

(2) 环保方面。电弧喷锌、铝，尤其是电弧喷锌会对周边大气环境造成污染；氧化锌、铝气体还会对热喷涂、电焊等操作人员的健康造成危害。另外，由于电弧喷锌、铝时对表面处理要求高，常用的开放式喷砂法若采用石英砂作磨料，也会对环境和操作工人的健康带来危害。

(3) 能耗高。电弧喷锌、铝时，需要一定的电压和空气压力施工，能耗高；而且喷涂速度慢，效率低。因此，喷涂金属涂层的防腐层初期成本投资较高，工料费一般比喷涂重防腐涂料高出60% ～ 100%。

(4) 重防腐涂料的封闭与喷涂。金属涂层(特别是电弧喷铝层)的表面有孔隙，且较粗糙。在桥梁钢结构复合涂层中，必须使用环氧涂料封闭，并复涂环氧云铁等中层涂料和高性能聚氨酯等面漆。这样不仅提高了复合涂层的防腐蚀性能，还使复合涂层表面光滑平整，具有光彩夺目的颜色。但使用有机涂料的面漆，不可能有20年以上的年限而不退色、不粉化。因此，在防腐蚀方法选择上，设计单位应根据各部位桥梁钢结构的腐蚀环境，业主对涂层使用寿命的规定与要求以及资金状况，认真进行性能价格比的分析，因地制宜，选择适宜的防腐蚀方法。

3. 1. 2 从防腐角度进行钢结构设计

根据ISO 12944-3:1998国际标准之规定，钢结构设计时应考虑防腐蚀施工的需要，如在质量检查、维护时，应有合适的工作距离，以避免缝隙、电偶腐蚀以及锐边、切口、内外角等引起的腐蚀，还应对电焊缝等重要防腐环节作具体规定。

3. 1. 3 涂层配套方案及膜厚的确定

原则上按照 ISO 12944:2007和 BS EN ISO 14713:1999两个国际标准进行各部分桥梁钢结构涂层配套方案和规定膜厚的设计。须注意的是，配套方案要因地制宜，可根据桥梁工程的具体情况和国内重防腐涂料的实际作适当的变动。另外，必须强调环保和节能：要大力推广高固含量、触变性能好、VOC低的重防腐涂料和水性涂料；大力推广无需作严格表面处理的Mastic类型高性能涂料。

3. 2 涂装

3. 2. 1 涂装管理的重要性

“三分涂料，七分涂装。”无论采取何种防腐蚀方案，决定桥梁钢结构涂层使用寿命长短的关键还在于涂装。桥梁钢结构涂装具有下列特点：

(1) 涂装的每个环节自始自终都贯穿在桥梁钢结构的制作和安装上。

(2) 桥梁钢结构有 7个部位，处于不同腐蚀条件下，针对不同的部位，有不同的配套。

(3) 涂装管理是重中之重。桥梁钢结构涂装不仅包括表面处理、喷漆、干燥等工艺，还包括与上述工艺相关的工艺条件管理、质量管理(膜厚管理)、耗漆量管理等等。涂装管理是降低成本、保证涂装质量和提高经济效益的最有效的办法。但与重防腐涂料技术相比，我国涂装管理的水平是比较落后的。

2009年，笔者对上海周边地区桥梁钢结构工程的调查发现，造成桥梁钢结构漆膜弊病的原因与涂装质量息息相关。这也说明了涂装管理的重要性。表 8为部分桥梁钢结构漆膜弊病的原因分析。

3. 2. 2 工程案例分析──涂装设计的重要性

建于上海黄埔江上的3座大桥是上海标志性建筑，从桥梁设计到钢结构制作，应用的重防腐涂料大多为国产涂料。为迎接2010年世博会，上海有关单位对这3座大桥的钢结构防腐涂层情况作调查，以便重新涂装。在调查中发现，最好的涂层是南浦大桥。2009年对南浦大桥钢箱梁进行大修时发现，已有17年涂层寿命的漆膜，有 60%可以作为低表面处理涂层的底层，附着力良好。上海黄浦江大桥钢箱梁外侧涂料、涂装状况见表9。

虽然这 3座大桥均处于黄浦江上，但腐蚀环境各有不同。杨浦大桥毗临杨浦电厂、上海船厂、沪东船厂，空气中H2S、SO2含量高，属腐蚀性工业大气(C4条件)，距离海洋又比其他两座桥近。故同样的配套体系，杨浦大桥的桥梁钢结构腐蚀也就严重些。

表8 部分桥梁钢结构漆膜弊病原因分析Table 8 Cause analysis of coating faults of part of bridge steel structure

表9 上海黄浦江大桥钢箱梁外侧涂料、涂装状况Table 9 Paint and coating status of outside steel-box girder of Shanghai Huangpu River Bridge

从徐浦大桥的涂层配套上看，用上了先进的水性无机富锌底漆(美国IC531)，由于该漆料对表面处理要求极高，对施工环境条件的限制也十分苛刻，加工该涂料干膜中锌粉含量高达 90%，一次无气喷漆要达到70 μm干膜，当时的无气喷漆设备和喷漆技术无法达到如此高的水平，结果造成了徐浦大桥涂层锈蚀、脱落面积比南浦大桥严重的后果。

上述案例分析可以明显看出，不是重防腐涂层配套的防腐蚀性能差，而是涂层及涂装设计必须因地制宜，才能收到更好的效果。

3. 3 建立完善的涂层维护计划

定期检查和维护完工后的涂层质量，是延长涂层寿命的必要措施[6]。按照ISO 12944:2007国际标准的有关规定和Akzo Nobel等国际大公司的工作经验，在防腐设计年限内，前期每隔两年、后期每隔一年对钢结构防护涂层进行整体检查、分析，并做详细记录和报告。临近设计年限，应对桥梁钢结构防护涂层进行更为全面的检查分析和判断，以确定涂层大修的时间和方案，并出具相应的计划书。该项工作由涂料厂家和涂装工程队跟踪服务，并将上述内容写入桥梁钢结构工程的技术文件中。上述工作经费也应包括在涂料和涂装的价格之中。

在JT/T 695–2007的交通行业标准中，桥梁涂装阶段分成3类：

(1) 初始涂装。新建桥梁钢结构的初次涂装(包括2年缺陷责任期内的涂装)。

(2) 维修涂装。桥梁在其运营过程中，对涂层进行的维护保养。

(3) 重新涂装。彻底除去旧涂层、重新进行表面处理后，按照完整的涂装规格进行的涂装。

上述要求其基本精神与ISO 12944国际标准相符合，应该在全国相关行业中推广，以保证涂层使用寿命。

4 结论

(1) 桥梁钢结构涂层防腐使用寿命应根据 ISO 12944-5:2007和BS EN ISO 14713:1999国际标准来判断。

(2) 桥梁钢结构的涂层配套等涂装设计、涂装工艺和涂层维修设计是保证涂层设计寿命的关键。

(3) 贯彻执行国内外相关标准，发展提高桥梁钢结构防腐技术，是我国桥梁建设中的头等大事。

[1] International Organization for Standardization. ISO 12944-5:2007 Paints and varnishes — Corrosion protection of steel structures by protective paint systems — Part 5: Protective paint systems [S].

[2] Finnish Standards Association SFS. BS EN ISO 14713:1999 Protection against corrosion of iron and steel in structures — Zinc and aluminium coatings — Guidelines [S].

[3] 中华人民共和国交通部. JT/T 722–2008 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件[S]. 北京: 人民交通出版社, 2008.

[4] 刘新. 防腐蚀涂料与涂装应用[M]. 北京: 北京化工出版社, 2008.

[5] 晁宇, 洪伟, 贾平, 等. 电弧喷涂复合涂层防护技术在杭州九堡大桥上的应用[J]. 电镀与涂饰, 2010, 29 (2): 67-70.

[6] 庞启财. 桥梁防腐蚀涂装和维护保养[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003.

[ 编辑：韦凤仙 ]

Accessory and durability of corrosion protection paint system of bridge steel structure //

ZHAO Qing-bo, LI Min-feng*

The corresponding standards of ISO 12944-5:2007, BS EN ISO14713:1999 and JT/T 722–2008 used for design of corrosion protection coatings for bridge steel structure were introduced. Influencing factors on corrosion protection effect of bridge steel structure were discussed from the following aspects: selection of corrosion protection methods, design of steel structure, ascertaining of coating accessory project and thickness, coating management, coating design and establishment of perfect coating maintenance plan, etc.

bridge steel structure; corrosion protection; coating accessory; durability of paint system

Lan Yu Tie Lu Co., Ltd., Lanzhou 730050, China

TQ639

A

1004 – 227X (2010) 08 – 0064 – 05

2010–05–25

赵清泊（1964–），男，河南省长垣县人，大学，参加过多项国家大型铁路建设，研究方向为适应国家铁路和桥梁大规模建设的各种新型材料、复合材料及施工工艺。

李敏风，高级工程师，(Tel) 021–61001722-807。