浐灞2 號(hào)橋防腐涂裝設(shè)計(jì)

趙秋華 呂曉霞

（1、中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安710075 2、西安中交土木科技有限公司，陜西 西安710075）

橋梁處于外界環(huán)境中，長(zhǎng)期受到水、大氣、硫化物等侵蝕介質(zhì)的腐蝕破壞，尤其對(duì)于橋梁鋼構(gòu)件，防腐涂裝鋼構(gòu)件的使用壽命及安全性起到至關(guān)重要的作用。因此，為降低因外界侵蝕作用造成的橋梁耐久病害的發(fā)生，科學(xué)合理的橋梁防腐涂裝設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

1 工程概況

浐灞2 號(hào)橋位于西安市，橫跨灞河，是西安市“地標(biāo)”建筑。該橋于2006 年7 月開建，2008 年10 月通車。

圖1 浐灞2 號(hào)橋

浐灞2 號(hào)橋?yàn)榛旌鲜戒撓湫崩瓨?，橋梁全長(zhǎng)480 米，橋?qū)?9.8 米。主橋全長(zhǎng)235 米，為獨(dú)塔斜拉橋，半漂浮體系，扇形索型式拉索，主橋箱梁從鋼塔中穿過。主塔為鋼結(jié)構(gòu)拱形斜塔，塔高78 米，傾角75°，斜塔自重約1621 噸，其重量在混合斜拉橋中居國(guó)內(nèi)第一。

圖2 浐灞2 號(hào)橋立面圖

1.1 橋梁腐蝕狀況

浐灞2 號(hào)橋鋼結(jié)構(gòu)部分在通車前進(jìn)行過防腐涂裝，使用年限超過8 年。目前，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)表面涂層技術(shù)狀況良好；鋼結(jié)構(gòu)外表面原有涂層局部發(fā)生起泡、開裂、剝落等病害，導(dǎo)致鋼材裸露發(fā)生銹蝕，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成安全隱患，且影響橋梁美觀。該橋混凝土結(jié)構(gòu)部分未進(jìn)行過涂裝，橋墩長(zhǎng)期受到河水的浸泡，箱梁受到水汽、二氧化碳及汽車尾氣等腐蝕介質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剝落、鋼筋銹蝕等病害，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全及美觀。為確保橋梁服役期安全性，對(duì)該橋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新涂裝設(shè)計(jì)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)涂裝設(shè)計(jì)。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)原有涂裝方案及涂層病害原因分析

原有涂裝方案：①鋼材表面處理：底材噴砂處理至國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO850 I-I 1998 之Sa2.5 級(jí)（國(guó)標(biāo)委GB8923-88），表面粗糙度達(dá)到ROGOTEST NO.3 BN9a 級(jí)。②鋼結(jié)構(gòu)外表面：底涂層為70μm 環(huán)氧富鋅漆，中間涂層為100μm 環(huán)氧漆，面涂層為70μm 聚氨酯漆。③鋼箱梁內(nèi)表面：240μm 氟碳漆。

圖3 鋼塔外表面涂層病害

原有鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝體系局部存在起泡、開裂、剝落等耐久病害，導(dǎo)致鋼材裸露發(fā)生銹蝕。該橋鋼結(jié)構(gòu)原有涂層發(fā)生耐久性病害的原因主要有：（1）原有涂裝體系漆膜厚度與現(xiàn)行規(guī)范相比偏小，影響整個(gè)涂層體系對(duì)腐蝕介質(zhì)的屏蔽性；（2）該橋橫跨灞河，長(zhǎng)期受到水汽、汽車尾氣等腐蝕氣體的侵蝕，導(dǎo)致涂層劣化出現(xiàn)病害。

1.3 混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕狀況

混凝土結(jié)構(gòu)表面未進(jìn)行過涂裝，混凝土結(jié)構(gòu)直接暴露于大氣及河水中，出現(xiàn)出現(xiàn)局部混凝土松散、剝落、空洞露筋、鋼筋銹蝕等病害，橋臺(tái)被滲水污染。

2 鋼結(jié)構(gòu)防腐重新涂裝設(shè)計(jì)

該橋鋼結(jié)構(gòu)部位為重新涂裝設(shè)計(jì)，因此，對(duì)原有涂層的清理及鋼材的處理尤為重要，鋼結(jié)構(gòu)基面狀況對(duì)新的涂裝體系的使用性能有著直接影響。

圖4 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害

2.1 原有涂層清理及鋼材基面除銹

（1）原有涂層清理：可采用打磨或脫漆劑脫漆的方式，將原有涂層清理干凈。

（2）鋼材基面除銹：進(jìn)行防腐涂裝之前，應(yīng)將鋼材表面的銹蝕物清理干凈。采用噴砂或拋丸法處理已經(jīng)銹蝕的鋼結(jié)構(gòu)表面，采用手工或動(dòng)力工具處理不易于噴射除銹的部位，分別滿足《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定 第1 部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)》（GB/T 8923.1-2011）[1]規(guī)定的Sa2.5 級(jí)和St3 級(jí)。鋼材基面除銹后，采用目視法檢查，應(yīng)無(wú)明顯可見的原有涂層、銹斑、油污等物質(zhì)附著在鋼材基面。

2.2 涂裝部位

（1）主要構(gòu)件：鋼塔（外表面）、鋼箱梁（外表面）、索道管端部（外表面）。

（2）附屬構(gòu)件：鋼欄桿（外表面）。

2.3 設(shè)計(jì)年限

鋼塔、鋼箱梁及索道管端部為橋梁結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件，維修養(yǎng)護(hù)難度較大，故涂裝體系保護(hù)年限按照《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T 722-2008）[2]（以下簡(jiǎn)稱“JT/T-722”）長(zhǎng)效型（15～25 年）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

鋼欄桿為橋梁結(jié)構(gòu)附屬構(gòu)件，日常易受到行人及車輛的磨損沖撞，為保持美觀性，維養(yǎng)重涂頻率較高，故涂裝體系保護(hù)年限按照J(rèn)T/T 722 普通型（10～15 年）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4 腐蝕環(huán)境

浐灞2 號(hào)橋?yàn)榭绾哟髽颍瑯蛄核幁h(huán)境濕度較大，水汽及車輛排放的尾氣等腐蝕性氣體對(duì)橋梁造成的侵蝕作用較為明顯；過往交通量大，維修養(yǎng)護(hù)對(duì)車輛通行造成的不利影響較大；橋梁結(jié)構(gòu)造型特殊，維修難度較大，養(yǎng)護(hù)成本較高?；诩骖櫂蛄和垦b耐久美觀及節(jié)省涂層維修養(yǎng)護(hù)成本的考慮，腐蝕環(huán)境類型按照較高防腐等級(jí)選擇，根據(jù)JT/T 722 中對(duì)腐蝕環(huán)境的劃分，該橋所處腐蝕環(huán)境按“C5-I（腐蝕程度較高的工業(yè)環(huán)境）”考慮。

2.5 涂裝方案

（1）鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件外表面涂裝方案。

針對(duì)該橋鋼結(jié)構(gòu)外表面防腐涂裝技術(shù)需求，本著防腐、耐久、美觀、經(jīng)濟(jì)的原則，同時(shí)結(jié)合JT/T 722 中針對(duì)長(zhǎng)效型“C5-I（腐蝕程度較高的工業(yè)環(huán)境）”腐蝕環(huán)境類型下鋼結(jié)構(gòu)外表面涂層配套體系技術(shù)性能要求，擬定三個(gè)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝方案，并對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，涂裝體系及技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)具體見表1 所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)外表面涂裝方案對(duì)比

通過以上三種方案優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析可知，方案一雖然相對(duì)普通涂層體系價(jià)格稍高，但是防腐效果及耐久性突出，使用年限較長(zhǎng)，能夠有效延長(zhǎng)橋梁重涂時(shí)間間隔，顯著降低防腐涂層體系在使用壽命周期內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)維修成本。方案二價(jià)格相對(duì)稍低，但是防腐效果及使用耐久性遠(yuǎn)不如方案一，后期養(yǎng)護(hù)維修成本將大大增加，綜合效益不如方案一；方案三的聚硅氧烷面漆防腐效果突出，但對(duì)施工環(huán)境條件及施工操作要求苛刻，容易出現(xiàn)涂裝失敗的風(fēng)險(xiǎn)，且大多為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格較高，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)工程應(yīng)用案例相對(duì)較少，為本項(xiàng)目提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。綜上分析，建議本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)外表面涂裝體系采用方案一。方案一與原有涂裝體系的對(duì)比見表2。

表2 方案一與原有涂裝體系對(duì)比說(shuō)明

（2）鋼結(jié)構(gòu)附屬構(gòu)件外表面涂裝體系組成。

表3 鋼結(jié)構(gòu)附屬構(gòu)件外表面涂裝體系組成

3 混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)涂裝設(shè)計(jì)

該橋混凝土結(jié)構(gòu)表面存在耐久性病害問題，在進(jìn)行防護(hù)涂裝之前，需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行表觀缺陷處理，要求混凝土基面堅(jiān)實(shí)、平整、潔凈、無(wú)浮灰、無(wú)錯(cuò)臺(tái)、無(wú)裂縫，確保防護(hù)涂裝體系與基面粘結(jié)牢固。

3.1 涂裝部位

本橋混凝土結(jié)構(gòu)涂裝部位分為大氣區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)和水位變動(dòng)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)：（1）大氣區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)：指橡膠壩最高高度（高程379.60m）加1.0m 以上的混凝土墩柱和預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁（不含梁底）；（2）水位變動(dòng)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)：指橡膠壩最高高度（高程379.60m）加1.0m 至橡膠壩最低高度（高程376.60m）之間的混凝土墩柱。

圖5 混凝土結(jié)構(gòu)涂裝涂裝部位示意圖

3.2 設(shè)計(jì)年限

考慮到與本橋鋼結(jié)構(gòu)涂裝體系設(shè)計(jì)年限的協(xié)同性，同時(shí)為延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)涂層的重涂周期，將混凝土結(jié)構(gòu)涂裝體系按照《混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐技術(shù)條件》（JT/T 695-2007）[3]（以下簡(jiǎn)稱“JT/T-695”）長(zhǎng)效型（20 年）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3 腐蝕環(huán)境

（1）大氣區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)所處腐蝕環(huán)境。

該橋混凝土橋墩長(zhǎng)期受到河水的浸泡，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁受到水汽、二氧化碳及汽車尾氣等酸性氣體的長(zhǎng)期侵蝕，腐蝕環(huán)境惡劣；涂裝施工為水上作業(yè)，增加施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)考慮到與該橋鋼結(jié)構(gòu)涂裝體系設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性，基于兼顧橋梁涂裝耐久美觀及節(jié)省涂層維修成本的考慮，腐蝕環(huán)境類型按照較高防腐等級(jí)選擇，根據(jù)JT/T-695 中對(duì)腐蝕環(huán)境的劃分，該項(xiàng)目大氣區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)所處腐蝕環(huán)境按“III-1”考慮。

（2）水位變動(dòng)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)所處腐蝕環(huán)境。

水位變動(dòng)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到河水的浸泡，所處腐蝕環(huán)境按“Im1”考慮。

3.4 混凝土結(jié)構(gòu)涂裝體系組成

針對(duì)本項(xiàng)目混凝土結(jié)構(gòu)表面防護(hù)涂裝技術(shù)需求，本著防腐、耐久、美觀、經(jīng)濟(jì)的原則，對(duì)大氣區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)和水位變動(dòng)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂裝體系設(shè)計(jì)。

（1）大氣區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)涂裝體系組成。

表4 大氣區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)涂裝體系組成

（2）水位變動(dòng)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)涂裝體系組成。

表5 水位變動(dòng)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)涂裝體系組成

4 施工要點(diǎn)

4.1 該橋鋼結(jié)構(gòu)部分為重新涂裝，務(wù)必重視對(duì)原有涂層及鋼材表面的處理，確保基面狀況良好，以保證新的涂裝體系與鋼材表面之間的粘結(jié)力。

4.2 該橋混凝土結(jié)構(gòu)表面存在耐久性病害，在進(jìn)行涂裝之前，務(wù)必進(jìn)行表觀缺陷處理，確保涂裝體系與基面粘結(jié)牢固。

4.3 涂裝環(huán)境尤其是施工過程中的環(huán)境條件，對(duì)涂層的漆膜致密性影響非常大，務(wù)必在適宜環(huán)境進(jìn)行涂裝施工。

4.4 涂層體系噴涂完畢后，涂膜的養(yǎng)護(hù)對(duì)涂裝體系的質(zhì)量影響至關(guān)重要，必須在規(guī)定條件下經(jīng)過一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間才能投入使用；且在涂膜實(shí)干之前，避免接觸雨水及其它腐蝕介質(zhì)。

5 結(jié)論

5.1 該橋鋼結(jié)構(gòu)防腐為重新涂裝設(shè)計(jì)，在進(jìn)行涂裝體系設(shè)計(jì)時(shí)，須明確原有涂裝體系發(fā)生病害的原因，有針對(duì)性地進(jìn)行涂裝方案設(shè)計(jì)，確保新的涂裝體系的適用性及耐久性。

5.2 在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)涂裝方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮與該橋鋼結(jié)構(gòu)涂裝設(shè)計(jì)年限、涂裝外觀的協(xié)同性，確保全橋涂裝體系使用壽命的一致性和景觀協(xié)調(diào)性。

5.3 該橋結(jié)構(gòu)造型獨(dú)特，鋼塔為拱形斜塔，高度78m，涂裝施工難度較大；混凝土墩柱處于河水中，梁體與墩柱施工均為水上作業(yè)，增加施工安全風(fēng)險(xiǎn)。為兼顧涂裝耐久性及節(jié)省涂層維修養(yǎng)護(hù)成本，腐蝕環(huán)境類型宜按照較高防腐等級(jí)選擇，以延長(zhǎng)橋梁重涂時(shí)間間隔，使涂裝體系長(zhǎng)久有效發(fā)揮防腐效果。