与桥梁钢结构同寿的防护涂层体系--纸质论文.doc

与桥梁钢结构同寿的防护涂层体系 摘要 地面以上、离开潮水飞溅区的河道、港湾、海洋大气，是桥梁钢结构的使用环境，现有的长效涂层针对封孔和防潮作了有益的探索，由于底层的一些锈蚀和凸起，使表层作用受影响，故加强底层成了关键。用高含铝量的锌铝伪合金喷涂层作底层，经盐雾加速腐蚀试验表明，寿命可至80年，因为底层未坏，只须早期检查，及时刷去表层粉化失效的涂料，不用拷铲只须补涂，两、三次补涂，便可以达到与桥梁同寿。 前言 20世纪以来，桥梁使用钢结构日渐增加，出现了两个方面的腐蚀问题，其一为斜拉桥钢索腐蚀，更换周期短；另一个是桥梁钢结构的涂层不能与桥梁同寿。于是在桥梁装设钢结构维修行车，并辅以脚手架，对钢结构作周期性的轮回涂装，有的还要拷铲出白，从新作整个防腐体系。最后有些钢桥出现铆钉孔松动，有些出现焊缝腐蚀严重（集中性）。不得不抽换构件甚至及早拆除桥梁。 桥梁钢结构长效涂层的关键 桥梁钢结构的使用环境是地面、水面以上、离开高潮位的飞溅区，处于河道、港湾和海洋大气中。桥梁钢结构长效涂层的要求是第一个维修周期长至40年，而且到此期限时，底层不能有大的损坏，不需拷铲出白，只要将粉化的面层刷去（布质轮或刷子）补涂即可。40年加上两三次涂料周期便与桥梁同寿命了。 发展涂料的过程曾在涂料中加入玻璃微珠或不锈钢鳞片，其目的在于阻隔介质入侵，延长介质从大气到达钢铁表面的途径，以求涂料的长效。但当检查时发现红棕色锈斑，即腐蚀介质已通过防护底层而达到钢铁表面，腐蚀更重一些的地方形成凸起，将中间层和面层涂料膜顶起来，引起成本很高的玻璃微珠层或不锈钢鳞片层失效。所以说，桥梁钢结构长效防护涂层的作用：一方面要阻隔介质使其尽量少到达钢铁表面，第二方面是通过了表层和中间层的介质与牺牲金属（锌或铝等）起作用，而少腐蚀铁。这样才能作到少出现红棕色锈斑，不出现局部突起。因此，可以说长效底层是长效保护体系的关键。 长效底层的技术路线 着重加强底层，底层在少量介质到达时仍然不大量腐蚀；中间层和面层有效的封孔和防老化。双管齐下就能达到目的。 技术路线的核心是选用高含铝量的锌铝伪合金喷涂层，因为它能在腐蚀介质少量到达钢铁表面时仍然保护良好。 为了用牺牲金属（如锌或铝等）保护钢铁，人们曾在底层选用过多种涂层如：富锌底漆、比利时的“锌加”富锌涂层、电镀锌、热浸镀锌、热浸镀锌铝合金、喷涂锌铝合金和喷涂锌铝伪合金等。用盐雾加速腐蚀的办法筛选，证明喷涂高含铝量的锌铝伪合金涂层，优于对比试验的其他涂层（富锌底漆、镀锌等）。当对比试样出现红棕色锈斑时，喷涂高含铝量的锌铝伪合金涂层表现良好，锌铝氧化产物较少，基本上没有红棕色锈斑。原理图如下： 图1 金属喷涂效果图 喷涂伪合金的突破 4.1什么是伪合金涂层 来源： 伪合金喷涂主要使用电弧喷涂方法获得，电弧喷涂时，使用成份相同的金属丝作为电弧的两根熔化极，喷出后便得到该种金属涂层（喷锌得到锌涂层，喷铝得到铝涂层）如果使用两根不同成份的线材喷涂时，就得到这两种材料的伪合金涂层。 图2 熔丝喷涂原理图 特点： 伪合金的组织结构是两种材料的机械混合物。有时还含有少量的二者合金，涂层的力学性能和化学性能将兼有二者的特点。只要两种材料的熔点相差不是很悬殊，都可以进行这种组合，材料不同组合可以得到许多种伪合金，如锌-铝伪合金，锌-铝镁伪合金等。 金相组织 锌铝伪合金的金相组织，由纯锌相、纯铝相和一些锌铝合金相。在500倍的显微组织图内可以清楚地看到这些铝元素分布状态。因为电弧的温度很高，两种纯金属丝呈熔融而且分散的状态喷向钢的表面，钢的表面是常温的，高温金属急冷下来呈纯铝相和纯锌相，只有两种金属的接触介面附近才能通过扩散形成一些固溶体或一些固溶体夹杂着纯铝、纯锌的合金。 从液态金属变成固态的金属结晶体，需要有两个条件，一是有原子活动的能量（热状态），二是要有扩散运动的时间。两种纯金属喷出时热状态下接触的部分，具有这两个条件，因而就产生了一些锌铝合金。 图3 锌铝伪合金金相图（涂层中铝元素分布[4]） 铝在锌中的固溶度，室温时只有0.05 % ；锌在铝中的固溶度室温时只有4~5 %左右。锌铝合金各含量时平衡的金相组织可参阅锌-铝二元相图： 图4 锌-铝二元相图 锌铝伪合金涂层的性能： 电化学性能：介于锌涂层和铝涂层之间近于锌涂层，因此对钢铁起到很好的阴极保护作用。力学性能：介于锌涂层和铝涂层之间近于铝涂层，有较高的硬度和抗冲击性能。见表1： 表1 锌铝伪合金涂层的性能 指标 单位 锌涂层 锌铝伪合金涂层 铝涂层 涂层硬度 HV 22.9 38.5 41.2 腐蚀电位 V -1.38 -1.30 -1.16 腐蚀电流 A/cm2 150 100 10