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1.钢桥特点及腐蚀危害
钢桥具有跨度大、强度高、施工速度快、工期短等特点。1955年武汉长江大桥的建成，使中国人民征服长江的第一座丰碑屹立在长江上；近年来，随着国家基础设施建设步伐的加快，大型钢结构桥梁不断涌现。建设一座跨江跨海的特大型钢桥，用钢量一般都在万吨级，甚至十万吨以上。腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳是此类特大型钢桥构件退役、寿命降低的重要原因之一。
20世纪二三十年代，欧美发达国家修建了一些钢桥，由于当时的防腐技术不能提供长期的防腐保护，这些钢桥投入使用后即受到严重的腐蚀，即使定期的油漆养护也不能得到满意的保护，于是这些钢桥不得不降级使用或修建第二座桥，给国家造成了巨大的经济损失。1967年，美国东部Cape Pleasant与Noga之间的一座铁桥在使用40年后倒塌在俄亥俄河中，造成46人死亡。经调查，倒塌原因是大气腐蚀引起的应力腐蚀开裂。为此，钢桥的腐蚀问题引起了各国的高度重视，据1997年的报道，武汉长江大桥每年投入的维护费就在100多万元，但还远远不够；腐蚀不仅浪费了大量的人力、物力，而且大大缩短了桥梁的使用寿命。
钢桥结构的防腐已经成为人们日益关注的话题，只有在设计和施工过程中有效地进行防腐，才能保证钢桥的长寿命。
2 国内外钢桥结构防腐发展的历史沿革
欧美钢桥防腐的发展历程是：20世纪40年代油漆防腐；50~70年代重防腐涂层、热镀锌、火焰喷涂、电弧喷涂并存；80年代以后，随着电弧喷涂技术的发展，电弧喷涂防腐与基材的结合强度高，较火焰喷涂生产效率高，因而得到广泛应用。早期多为喷锌，现在电弧喷铝正成为防腐发展的一种趋势。含有重金属涂装底漆和大量有机挥发物等严重污染环境的重防腐涂层在这些发达国家基本不再使用。
到目前为止，我国钢桥的防腐仍以涂装方式处理为主。建国五十年来，钢桥防腐技术的变化也主要集中在涂料种类的调整上。如20世纪五六十年代钢桥防腐采用红丹防锈漆加铁醇酸面漆，这是一种铅基环境污染涂料，一直主导着我国钢桥的防腐。随着大型钢桥的建设，防腐问题开始凸显，铅基涂料体系防腐耐久性差、维护费用高等缺点日益明显。20世纪80年代，重防腐涂料得到发展，经过底漆、中间漆和面漆的配套使用，钢桥的防腐寿命大大提高。 20世纪90年代，国外同类型的重防腐涂料开始大量涌入国内市场，重防腐涂料只能为钢桥提供10年左右的防腐寿命，10年后必然面临巨大的防腐维护费用，这在欧洲已被事实所证实。
3.桥梁钢结构防腐的各种方法
3.1 重防腐涂料涂装
3.1.1重防腐涂料的作用机理
油漆防腐外观漂亮，涂装工艺简单，多年来得到广泛应用。随着涂装技术的发展，重防腐涂料已成为钢桥防腐的主流。在重防腐涂料中，无论是国外品牌油漆，还是国内品牌油漆，其防腐涂装工艺和涂层品种大同小异，即涂装工艺均为底漆、中涂、面漆组成的多层涂装体系；油漆品种均由环氧（无机）富锌底漆、环氧云母氧化铁中涂和环氧聚氨酯或环氧各种彩色面漆或氯化橡胶面漆组成。
其作用机理为： ①屏蔽作用：油漆涂层将钢材与腐蚀环境以机械方式隔离。 ②钝化缓蚀作用：在油漆涂装体系中，第一道车间底漆对钢材有钝化缓蚀作用，增加了漆层的附着力，防腐作用很弱。 ③阴极保护作用：如果在防腐底漆中添加锌粉（如富锌底漆），则对钢材起到阴极保护作用。
3.1.2重防腐涂料的失效机理
油漆对钢桥梁的防腐保护主要是以机械屏蔽隔离保护为主钢结构防腐措施，油漆涂层的老化、粉化使这种隔离作用减弱或丧失。其阴极保护的锌粉只能通过油漆中的有机键与钢材结合，随着有机物的分解和老化，锌粉不能与钢材结合，因此阴极保护作用自然消失。其次，油漆涂层本身有无数的微针孔，当长期处于盐雾、潮湿环境中时，氯离子、水分子等会透过针孔侵入腐蚀基体金属。在漆层与基体金属交界处，钢材腐蚀产物体积聚集膨胀，造成漆层剥落。腐蚀迅速向剥落的漆层周围蔓延，导致整个防腐体系失效。
3.1.3国内外重防腐涂料的应用情况
随着防腐技术的发展和生存环境的不断恶化，人们逐渐意识到涂料对环境的污染，国外已不再大规模在钢桥上使用重防腐涂料，目前发达国家正直接将销售市场转向发展中国家和欠发达国家。如果在新建钢桥上继续使用有机重防腐涂料进行防腐，10年后我们将步发达国家的后尘，面临钢桥巨大的防腐维护费用，严重时甚至会影响桥梁的安全。使用重防腐涂料进行防腐的钢桥在建成后最多10年就需要进行一次例行维护，清除浮锈和旧漆，这样不仅影响交通的正常畅通，维护效果达不到初期建设的水平，而且还会消耗大量的涂料，旧漆的重金属颜料还会污染周围的环境。甚至还要成立专门的钢桥防腐养护队伍，因此每座钢桥都要为此缴纳相当数量的养护费用，这笔开支并不是一次性的支出，而是以后每3至5年都要进行一次。
重防腐涂层的防腐寿命一般为8~10年，这已被世界各国大量的应用实例所证明。英国标准BS5493[1]规定，无论何种环境，热喷涂锌、铝的防腐使用寿命建议在10~15年以上。
3.2 热浸镀锌防腐
热镀锌用于钢桥护栏、自动扶梯及拼装式小型钢桥的防腐。热镀锌涂层厚度一般不能超过80μm，在一般工业气氛下能提供10年左右的有效防护。热镀锌防腐工艺需要将工件浸入熔融金属镀锌槽中，由于镀槽容积有限，较大尺寸的钢桥构件无法进行防腐施工。其次，热镀锌防腐无法现场施工，只能在固定工厂进行，势必产生大量的往返运输费用。第三，热镀锌涂层破损后无法自行修复。因此，采用热镀锌方式进行钢桥综合防腐具有很大的局限性。
3.3热喷涂防腐
热喷涂技术是利用热源加热金属、非金属、陶瓷等喷涂材料，使熔融粒子雾化、喷射并沉积到基体表面，形成特殊表面涂层的方法。喷涂所用热源主要有三种：一是电弧热源，二是等离子热源，三是气体热源。热喷涂又分为电弧喷涂、等离子喷涂和火焰喷涂。火焰喷涂和电弧喷涂主要应用于防腐领域。
3.3.1 火焰喷涂
火焰喷涂是利用可燃气体的燃烧作为热源，将金属丝或粉末熔融、雾化、喷吹到基体表面的一种方法。在欧美，钢桥早期的热喷涂防腐是氧气、乙炔火焰喷涂，取得了良好的防腐效果。1965年，我国在南京长江大桥钢板纵梁盖板上采用火焰喷锌加耐磨漆防腐，13年后检验效果良好。但火焰喷涂生产效率低，严重制约了钢桥加工工期，因此，只有长期积水、表面暗淡及主要承重构件的钢桥才采用喷涂防腐。若全桥防腐均采用氧气、乙炔火焰喷涂，可能存在防腐施工效率与工期、喷层长期附着力及有效性与涂层结合强度之间的矛盾，因此国内尚无大规模采用火焰喷涂进行钢桥防腐的实例。
3.3.2 电弧喷涂
电弧喷涂防腐的原理是利用电弧喷涂设备将两根带电的金属丝（如锌、铝等）加热熔化、雾化喷涂形成防腐涂层，并添加有机封闭涂层，形成长效防腐复合涂层。该涂层的显著特点是：1）耐蚀寿命长，其防腐寿命可达50年以上。同时，该防腐涂层在30年使用寿命内不需要进行其它防腐维护；30年后维护只需在电弧喷涂层上刷涂封闭涂层，不需要重新喷涂，实现一次防腐，涂层长效有效。（2）电弧喷涂层与金属基体具有优良的涂层结合，金属喷涂层与基体金属之间采用机械镶嵌、微冶金结合。能保证防腐层在轻微的弯折、冲击或碰撞下不脱落、剥落，且结合牢固，防腐持久有效，这是其它任何表面防腐涂层都无法达到的。（3）电弧喷涂锌铝涂层的防腐原理为阴极保护，在腐蚀环境中，防腐涂层即使局部受损，仍有牺牲自身的作用，保护钢基体。涂层（阳极）与钢基体（阴极）的面积比≥1；而富锌涂层的阳极阴极比为3.3.3电弧喷涂与火焰喷涂的比较
与火焰喷涂相比，电弧喷涂是用电代替气体燃烧，大大提高了工作效率和工作安全性。特别是随着机械化电弧喷涂设备的出现，电弧喷涂技术完全可以满足桥梁工期的需要，而且电弧温度远高于火焰，涂层结合力远大于火焰喷涂，因此涂层质量完全可以满足长期防腐的需要。由于美国劳动力成本高昂，采用电弧喷涂进行防腐施工的成本甚至比重防腐涂料还要低。经过几十年的试验，已经证明热喷涂技术是钢结构长期防腐的最佳方法。这一结论已得到世界许多国家政府部门和工程界的认可。
4.国内外热喷涂长效防腐技术研究进展
4.1 国外热喷涂长效防腐涂层腐蚀试验
1953年，美国焊接学会对热喷涂锌、铝涂层在工业环境、海水环境（半浸入静止海水和全浸入流动海水）和海洋环境三大环境下进行了为期19年的工业试件试验，共放置了4248个试件。试验结果表明，锌喷涂、铝喷涂和封孔涂层在上述三类环境中均能为钢结构构件提供长期有效的防腐保护。并发表了举世闻名的热喷涂19年试验报告AWSC2 14-74[3]。
美国LAQUE腐蚀技术中心34年的海洋大气中防腐涂层性能试验报告证实，热喷涂锌、铝涂层在各种有害环境中均能长期有效。在此基础上并结合19年的报告，美国制定了AWSC2 18-93热喷涂操作指南，作为热喷涂施工企业的质量控制手册，以指导生产。
美国海军土木工程实验室对75μm厚的喷锌和喷铝涂层进行了10年的海洋气候和海水试验，没有发现红锈，证明该涂层的防腐效果很好。
法国地铁公司对喷锌和喷铝涂层进行了为期10年的暴露试验，结果表明防腐效果良好。
对前苏联第比利斯地下矿井水的试验表明，喷锌至少能达到30年的耐腐蚀效果。
各国技术人员的试验结果是一致的，即热喷涂锌、铝涂层在海洋大气、工业大气、海水环境中均能对钢材提供长期有效的保护，这些试验结果直接作为热喷涂防腐技术标准的制定依据，直接推动了20世纪60年代以后发达国家大型钢桥热喷涂防腐的应用，为世界热喷涂的发展做出了巨大的贡献。
4.2热喷涂长效防腐在国外钢结构桥梁的应用
热喷涂在桥梁上的应用始于20世纪30年代，到20世纪60、70年代，欧洲每年用于热喷涂防腐的锌丝达4000万磅，美国每年使用锌丝200万磅，一般热喷涂复合涂层的防腐寿命在20～40年以上。
英国许多桥梁采用热喷涂防腐已有25年以上的经验。负责桥梁维护的工程师根据对大型结构进行热喷涂的经验，认为锌铝喷涂是恶劣环境下桥梁的有效处理方法，特别是对于桥梁难以或无法进入的部位。英国列举了全国各地采用热喷涂防腐的大型钢桥实例，这些桥梁均在25年以上无需维护的情况下获得了长期的防腐效果。其中，昆斯费里-梅登雷德第四公路桥是20世纪70年代世界上最大的钢桥，消耗了2万吨钢材和100万磅用于喷涂的锌丝。防腐效果很好，已使用20多年而无需维护。南威尔士纽波特的乔治街桥建于1964年，建于工业污染严重的环境中，采用热喷涂防腐。到1985年，经过21年的免维护，涂层检查完好，并确认至少5年内无需维护。苏格兰Qucesferry第四公路桥建于1960年至1964年之间，该桥主跨1000米，位于多风的海洋环境中钢结构防腐措施，喷锌密封。经过13年的免维护，发现保护层颜色依然完好，结构完好。
4.3电弧喷涂长效防腐在国内的应用
20世纪90年代以来，电弧喷涂长效防腐技术在煤矿、铁路、水利、港口码头、冶金、机械、广电、医疗、电力、消防等领域得到广泛应用，如宝钢集团马迹山港码头钢桩、上海磁浮快速列车轨道功能件、长江三峡水利枢纽、武汉军山长江大桥钢箱梁及桥面等国家重点建设工程，以及淳安千岛湖南浦大桥、长江黄柏河大桥、下老溪大桥、广州机场三元里立交、徐连高速公路邳州运河大桥等钢结构桥梁均采用了电弧喷涂长效防腐技术进行防腐，取得了良好的防腐效果。我国完全有能力采用电弧喷涂长效防腐技术解决国内大型钢桥梁的防腐难题。
5.钢桥长期防腐的必要性
世界各国早期修建的钢桥基本都采用油漆防腐，普通油漆防腐年限为3～5年，重防腐油漆涂层为8～10年，以后每3～5年需重新涂装维护，维护效果难以令人满意，我国也不例外。历史上，油漆钢桥因腐蚀造成的损失严重，钢桥防腐维护费用巨大。由于腐蚀作用和现有油漆的风化作用，目前大量钢桥需要维护、维修和重新涂装。鉴于此，无论是新建钢桥还是已建成使用的钢桥，都迫切需要30～50年以上的长效防腐涂层，实现一次性防腐，钢桥长期不腐蚀。
在欧洲，交通运输部门使用长寿命金属喷防腐涂层已有半个多世纪的历史，早在上世纪五六十年代，美国、英国、挪威、瑞典等国家就开始推广金属喷锌、铝防腐涂层在桥梁防腐中的大规模应用；我国的热喷涂（特别是电弧喷涂）技术已达到国际先进水平，但此项技术在国内钢桥防腐中应用很少，我国钢桥仍在使用重防腐涂料进行防腐，钢桥的设计寿命与防腐寿命必然存在较大的差距。
近年来，国家投入巨资用于交通设施建设，高速公路投资5000亿元，铁路投资2500亿元，跨大江大河的路段将建设大量钢桥。对于新建桥梁，只有能够提供优异耐久性、最大限度减少环境冲突的涂层才有优势。热喷涂金属涂层以其优异的防腐性能和环境适应性而受到桥梁工程师的重视。自20世纪90年代以来，我国电弧喷涂工艺得到进一步完善，大大提高了涂层质量和生产效率，降低了生产成本，在钢结构构件的长效防腐中得到广泛应用，其防腐效果远优于油漆防腐，可实现一次性防腐、与钢桥设计年限同步。电弧喷涂涂层在我国钢桥上的推广应用，将为国家在未来几十年节省大量的钢桥防腐维护费用，减少油漆防腐维护带来的环境污染，延长钢桥的使用寿命，必将产生巨大的经济效益和社会效益。
