陈健
华设设计集团股份有限公司 江苏 南京 210000
摘 要：通过近海大型桥梁工程调研，分析了海洋大气环境下钢箱梁的腐蚀特点，并对比研究了不同防腐体系的性能，针对该环境下钢箱梁的防腐涂装提出了合理可行的技术方案。
关键词：钢箱梁；海洋大气；防腐涂装
前言：
近年来，随着国家大规模基础设施建设的发展，我国建设了一系列海洋环境下的大型桥梁，如港珠澳大桥、杭州湾跨海大桥、胶州湾跨海大桥、平潭跨海大桥等。钢箱梁作为这些大桥的主体且重要的组成部分，其防腐问题已成为保证桥梁结构在全寿命周期内安全运营的重要课题，因此有必要对海洋环境下的钢箱梁的防腐涂装方案进行研究。
一、海洋大气环境下钢结构的腐蚀特点
根据结构所处温度、湿度、日照、潮水位等物理状态的不同，海洋环境可以分为土中区、水下区、潮汐区、浪溅区和大气区五个区域。在这五个区域中，钢结构受多种因素影响均会出现电化学腐蚀。
海洋大气区一般指高于波浪飞溅外的大气区和离海岸较近的大气区，该区域中含有水蒸气、氧气、CO2、SO2以及含Cl-、SO4-在内的多种盐类等。与普通大气环境相比，海洋大气区湿度温度高、干湿交替明显，并且存在的腐蚀介质更多。因此，暴露于海洋大气环境中的钢结构，由于多种自然客观因素的作用更容易腐蚀。
国内外大量研究表明，钢结构表面发生腐蚀前均会在其表面形成电解质液膜。该液膜由大气中的水分子通过分子间吸附力、钢结构表面腐蚀介质的凝聚力等作用形成。在海洋大气环境下，CO2、SO2和氯盐等溶解在液膜中，使其具有很强的导电性，形成了离子通路。
在电解质液膜和氧气存在的条件下，钢材中的铁元素作为阳极被氧化而失去电子，变成了铁锈。在该过程中，氯离子不仅促成“腐蚀电池”的形成、加速电池作用，而且其并没有被“消耗”，会周而复始地对钢材进行破坏。
其反应过程如下：
Fe2++2Cl-+4H2O→FeCl2·4H2O→Fe（OH）2+2Cl-+2H++2H2O
在氧的作用下，反应进一步进行：
4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3→Fe2O3（铁锈）+3H2O
上述化学反应的速度受温度、湿度、含氧量、氯离子等影响，在海洋大气环境中，钢结构表面白天经阳光照射温度较高，水分不断蒸发，电解质液膜氯离子含量变高，电解能力随之加速；由于环境湿度大，晚上钢结构表面又处于润湿状态，这种干湿循环交替，促进电化学过程的发展，增加了钢结构的腐蚀速度。
图1 氯盐沉积速率与普通钢材年均腐蚀量关系图
二、海洋大气环境下钢箱梁防腐涂装方案
钢箱梁在海洋大气区服役环境恶劣，其防腐涂装需综合考虑施工性能、维修和管养的要求、对环境的影响等方面，遵循耐久、经济、环保统筹兼顾的原则。钢箱梁防腐涂装设计时一般采取以下三个步骤：1、根据大气环境，确定腐蚀等级；2、确定涂装设计防腐年限；3、确定防腐配套体系及详细涂装方案。
依据《色漆和清漆 防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护》（GB/T 30790.2-2014），大气环境分为六个腐蚀等级：
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采用国内标准方法对各涂层耐冲击性、层间附着力、耐湿热性能、耐盐雾性能、耐盐水性能、耐化学品时间进行测定。有关试验结果如表5所示。
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三、钢箱梁防腐涂装方案对比
结合工程实例，对适宜海洋环境下使用的三种配套体系的涂装方案进行对比分析：
各方案对比表
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四、结语
本文从海洋大气环境下钢箱梁的腐蚀特点分析研究出发，分析了各种防腐蚀措施的特点，对比研究了不同防腐体系的性能，通过对比不同配套体系得出结论如下：
1）海洋大气环境下采用富锌底漆的涂层配套体系较为切实可行，一般能满足防腐年限15-20年的要求，并已为国内外许多桥梁工程所证实；
2）热喷镀锌(铝)对施工的要求较高，前期投入较大，防腐寿命一般比喷涂环氧富锌底漆长，但由于其施工中产生的锌蒸汽等对人体危害大，目前已较少使用。
3）冷喷锌体系施工方式友好，自身具有良好的抗老化性，一般能满足25年以上的防腐，并且较热喷锌铝成本低，其具有广阔的使用前景。
随着钢结构在跨海桥梁上的普遍使用，如何科学合理的选择防腐涂装方案，减少在主体结构全寿命周期内的防腐涂装维修次数，是值得不断深入研究的课题。
参考文献：
[1]马旭涛 浙江沿海钢结构桥梁防腐保护与涂装 浙江交通职业技术学院学报，第21卷第1期，2020年3月。
[2]马翔宇 港珠澳大桥钢箱梁外表面涂装配套性能研究 涂料技术与文摘，2013
[3] 周常蓉，朱卫华 海洋环境下钢结构的腐蚀机理 科协论坛. 2008年第9期（下）
[4] 邹颋；东海大桥钢管桩耐久性研究，河海大学硕士学位论文, 2006