汪 锋 王震宇

(1.江苏扬子大桥股份有限公司，江苏 靖江 214500;2.中涂化工(上海)有限公司，上海 200063)

1 概述

1.1 问题的提出

钢结构桥梁在中国的大量使用距今已有近15年以上的历史，我国最早的一批钢结构桥梁代表有虎门大桥、西陵大桥、杨浦大桥、江阴大桥。当时，这些桥梁的钢结构防腐多采用聚氨酯的防腐配套体系，按照通常的概念，这样的配套体系在设计当初，可以满足15年左右的防腐年限要求。实际的涂料防腐寿命不仅和涂装材料、配套体系有关，同时和我国的气候环境、空气污染程度、桥梁的使用频率等方面的因素有关。所以，这些早期的桥梁，首次维修期均没有达到设计寿命，如:上海杨浦大桥，1993年建成通车，钢结构迭合梁斜拉桥，2007年进行防腐重涂改造;徐浦大桥，1997年建成通车，从2006年开始，防腐涂装就开始维修;宜昌长江公路大桥，双塔单跨960 m钢箱梁悬索桥，2001年建成通车，2007年开始防腐涂装改造。

江阴大桥位于长江三角洲地段的中部，是黑龙江省同江至海南省三亚国道主干线以及北京至上海国道主干线的跨江工程，在国民经济和国防建设中占有比较重要的地位。主桥系悬索桥结构，主跨钢箱梁跨径为1 385 m，桥塔为门式钢筋混凝土塔柱，柱高为193 m，中设横梁三道。大桥1994年开工建设，1999年10月建成通车。

经过9年多的运营和管理，江阴大桥促进了当地乃至附近省份的经济建设，但是在日常的桥梁养护和检查过程中发现钢箱梁涂层中出现大量点状锈蚀，且发展较快，其中严重的腐蚀深度达2 mm～3 mm(见图1)。为保证钢箱梁结构的耐久性和美观，有必要对钢箱梁进行防护涂装。

图1 钢箱梁锈蚀图

1.2 钢箱梁腐蚀分析

要提高钢结构的耐久性，就必须在防腐方面进行充分的对策考虑，基于这点，就需要首先了解钢结构桥梁的腐蚀特点。

江苏江阴市，地处我国北亚热带季风湿润气候区，四季分明，日照充足，雨量丰沛，加之江阴长江公路大桥地处长江之上，湿度更大。

江阴市地处我国较为富裕的长三角地带，工业发达，大气污染状况严重，根据2011年无锡市环保局统计数据表明，2011年，江阴市的酸雨频率为40.7%。这样的酸雨对钢结构的腐蚀非常严重。

同时，江阴长江公路大桥日均通车量约60 000辆，是我国比较繁忙的长江大桥，这样的车流量导致桥上车辆尾气集中，大量通行的车辆集中排放尾气，导致桥面的二氧化硫的含量急剧升高，在高湿度的气候条件下，这些二氧化硫吸附在钢铁表面，形成硫酸亚铁，这样的弱酸性环境，加剧了腐蚀的发生。

综上所述，江阴长江公路大桥处于C4级偏重腐蚀环境。

2 氟树脂涂料及其防腐性能

2.1 氟树脂涂料及应用

氟树脂涂料自发明以来，在防腐方面得到了广泛的推广和运用，近20年来，在日本的新干线项目、阪神高速公路、东京湾工程、本四联络桥工程等都普遍采用该体系替代原有的聚氨酯配套体系，氟树脂涂料优越的防腐性能得到了充分体现。

日本早期使用聚氨酯配套体系或氯化橡胶配套体系的桥梁分别在1985年～1988年之间采用氟树脂涂料进行维修改造，在2007年进行的跟踪回访，实际情况证明，经过了约20年的时间，这些桥梁的防腐体系依然完好无损。

2.2 氟树脂涂料在钢结构表面防腐性能

氟树脂涂料的优异性能来自于氟树脂中分子结构的氟原子，它和碳原子之间形成的C—F键极短、键能高，因此分子结构非常稳定，可以满足长效防腐的要求。由于碳—氟原子是由比紫外线能量大的键合强度连接，所以不易受阳光中紫外线照射而断裂，因此耐紫外线性能优异。另外在其分子链中，每一个C—C键都被螺旋式的三维列氟原子紧紧包围，这种结构能保护其免受紫外线、热和其他化学物质的侵害，因此透氧性极小，所以能很好地防止底材锈蚀。

在实际工程应用过程中，氟树脂涂料的优异性能还体现在:

1)保光保色性好;

2)自洁功能。由于漆膜光滑、结构致密，因此涂层表面不利于污渍的附着，即使有少量的油性物质，也比其他涂料更容易擦洗干净。

在美国的加利福尼亚光照最强的标准试验地，针对4种表面涂装材料延续进行了6 000 h的试验，从如图2所示的曲线上可以看出，氟碳树脂涂料的抗紫外线能力是普通聚氨酯涂料的3倍～4倍。

因此，氟树脂涂料是一种非常优异的新型防腐材料。

一种涂料的应用，除了大量的实验室数据以外，还需要具体的实际比较，图3是几种面漆涂料在实际气候条件下，经过15年暴晒后的实际表现情况，在胶带上沾染的涂料越少，说明该涂料漆膜完整，没有出现粉化脱落等状况。

图2 涂料耐紫外线对比试验

图3 15年暴晒后漆膜状况

3 江阴大桥主桥钢箱梁锈蚀分析及设计

运营中的江阴大桥长期暴露于各种天气中，处于中等偏重的大气及化学腐蚀环境。周边的工厂、民用设施排放的废气、过往的船只排放的废气等含有硫磷等污染物质，而且大桥处于江面之上，钢箱梁长期处于湿度较高环境，这些都会影响桥梁的安全及其使用寿命。

综合上述分析，决定在江阴长江公路大桥钢箱梁防腐改造上，使用氟树脂涂层替代原有的聚氨酯涂层。

3.1 设计要求

江阴大桥原有防腐配套体系为80 μm醇溶性无机富锌底漆+15 μm环氧封闭漆+(80×2)μm环氧云铁中间漆+30 μm丙烯酸聚氨酯面漆+25 μm丙烯酸聚氨酯面漆。

3.2 结构特点

江阴大桥钢箱梁位于江面上，风大维修不易，应选择性能优异的涂料产品，最大限度的减少在重新涂装后的维修频率。

3.3 防腐设计

鉴于以上分析，决定使用氟树脂涂料作为维修的替代原聚氨酯涂层的新防腐面漆层，具体新的配套体系如下:

1)原配套体系完好部分的修补配套如表1所示。

表1 原配套体系完好部分的修补配套表

2)原配套涂层中出现严重劣化，锈蚀等涂层缺陷，并暴露出母材的部位的改造配套如表2所示。

4 江阴大桥钢箱梁维修施工工艺

对于维修施工，喷砂的表面处理方式没有办法实现，但是表面的粗糙度和清洁度仍是重要的问题，否则严重影响涂料的附着力和维修效果。

表面处理，采用动力磨具，对原有聚氨酯涂层表面进行整体拉毛处理，如局部出现锈蚀到底材的情况，需要彻底打磨到底材，表面处理级别需要达到St2.5的水平，并增大打磨面积两倍;如遇锈蚀坑洞低于底材表面，需彻底打磨，需要将锈坑中的铁锈完全除尽;去除表面局部的油污和其他污染物，用专用清洁剂，稀释剂进行低压喷洗或刷洗;全部的表面处理完成后，用高压淡水枪冲洗掉所有残余物，检查表面的pH值，pH值必须低于9;干燥后经检验合格后才进行喷漆。

表2 改造配套表

4.1 表面处理

对原有的聚氨酯涂层进行拉毛处理，彻底清除粉化层，并对原配套体系的中间漆涂层进行附着力测试，确保改造后的涂层完整，并有良好的附着力，拉毛采用电动碗型钢丝刷，彻底处理后，用高压淡水冲洗，确保表面无污染。

对点锈造成的坑洞需要电动砂轮机彻底打磨，深至母材，并根据锈蚀坑洞的大小，扩大打磨的面积，使用环氧富锌，从底漆开始修补，确保新涂层整体膜厚不低于300 μm。

4.2 涂装施工

1)环氧富锌底漆的涂装。

即针对已经锈蚀到母材的部分，底涂层涂装。富锌底漆施工时，使用短羊毛刷，施工方法与大面积钢结构的预涂施工类似，注意控制膜厚，需要彻底涂布均匀，无流挂，龟裂，漏涂等表面施工缺陷。

2)环氧中间漆的涂装。

中间层漆施工时要求在油漆混合的使用期内进行涂装，同时注意和前道油漆的涂装间隔期，该涂层的目的在于增加涂层的整体强度并为新涂层提供良好的联结附着力，因此膜厚的控制也很重要。

3)氟碳面漆的涂装。

面漆涂层是最后的涂层，除了注意膜厚，防止漏涂，控制施工环境等因素外，在全部施工完成后，需要进行附着力试验，测试整个新的涂层在江阴大桥钢箱梁外表面的整体附着力，确保新涂层发挥效果。

经测试，完工后的整体漆膜采用拉开法测试附着力，均在8.5 MPa以上，高于国家标准要求的5 MPa。

5 结语

江阴大桥主桥钢箱梁防腐处理是国内桥梁维护过程中首次大面积使用氟树脂配套体系修补聚氨酯防腐体系的典例，方案的设计和施工方法基本上都是遵从最新的防腐设计思路，并结合了江阴大桥实际的防腐环境和结构特点后优化而成，代表了当今世界上最先进的防腐理念和涂料发展技术，在未来投入使用的几十年内，我们将对该涂层的使用状况进行监控，确保涂料的防腐性能最大程度的发挥。

［1］杨卓如.氟树脂涂料及其应用［J］.合成材料老化与应用，2003(3):10-12.

［2］潘文艳.氟树脂涂料耐腐蚀及耐老化性能［J］.现代涂料与涂装，2004(3):41-43.