随着桥梁跨度的增大，钢桥的应用越来越广泛，腐蚀是影响钢桥长期安全的重要问题。本文系统介绍了钢结构的主要防腐措施、涂装前钢材表面常用的除锈工艺及除锈等级、粗糙度要求，并对比了铁路钢桥与公路钢桥推荐使用的防腐涂层体系的异同，为钢桥防腐涂层设计提供参考。
[关键词] 钢桥 除锈 粗糙度 防腐涂层
为进一步扩大内需，促进经济平稳较快增长，我国启动了新一轮公路网建设。在大量工程建设项目中，跨过大江大河、深山谷的大跨度桥梁均采用钢桥，因为钢材强度高、重量轻、塑性、韧性好，如跨度1385米的江阴长江大桥、主跨550米的卢浦大桥等。但钢桥存在易生锈的缺点。调查显示，1975年美国因金属腐蚀造成的经济损失约为700亿美元。当年美国国民生产总值为16770亿美元，当年因金属腐蚀造成的经济损失约占当年GNP的4.2%。直到今天，美国仍估计每年因金属腐蚀造成的经济损失占GNP的4.2%[1-2]。其他国家也曾进行过调查，结果表明，因金属腐蚀造成的经济损失大致占该国国民生产总值的4%，为保证钢桥在设计年限内的长期安全，做好钢桥的防腐工作十分重要。
油漆涂装法：涂装法的防腐效果一般不如长效防腐法，一次性成本低，但维护成本较高。涂装法的第一步是除锈，高质量的涂层依靠彻底的除锈，高要求的涂层一般采用喷砂、喷丸除锈，露出金属光泽，去除所有铁锈和油污。现场施工的涂层可采用手工除锈。选择涂层时应考虑周围环境钢结构防腐蚀涂料，不同的涂层对不同的腐蚀条件具有不同的耐受性。涂层一般分为底漆、中间漆和面漆。底漆含粉量多，基料少，成膜粗糙，对钢材附着力强。中间漆的作用是增加涂层厚度，提高整个涂装体系的屏蔽性能。中间漆必须对底漆和面漆有良好的附着力。面漆基料较多，成膜有光泽，能保护底漆不受大气腐蚀，并能耐风化。选择不同涂料时，应注意其相容性。涂料施工应有适宜的温度（5～38℃之间）和湿度（相对湿度不大于85%）。涂料施工环境应无尘，构件表面无结露。涂装后4小时内不得淋雨。涂料一般涂装4～5层，干漆膜总厚度可加厚至200～300μm。
涂层防护因其施工方便、防腐效果好而被广泛应用。我国钢桥梁防腐普遍采用涂层防护方式，并形成了铁路、公路行业的行业推荐标准。
2.涂装前钢材表面处理方法
钢桥梁构件在加工、运输和贮存过程中，其表面常常覆盖有氧化皮、铁锈、型砂、焊渣、灰尘、油污等污物。为使涂层能牢固地附着在钢桥梁构件表面，涂装前必须将表面清理干净。否则，不但影响涂层与母材的结合强度，而且会使母材即使有涂层的保护仍继续腐蚀，造成涂层剥落，影响钢桥梁构件的使用寿命。为提供良好的工件表面，对钢桥梁构件涂装前的表面处理应做到以下几点：（1）无油污、水分；（2）无铁锈、氧化物；（3）无粘结性杂质；（4）无酸、碱残留物；（5）表面具有一定的粗糙度。
常用的表面处理方法有[3]：
1.手工处理。符号“St”。使用手动和电动工具，如刮刀、手动或电动钢丝刷、电动砂纸盘或砂轮除锈。钢桥构件表面的铁锈和氧化皮可以手工清除，但手工处理劳动强度大、生产效率低、质量差、清理不彻底。
2、化学处理。符号“Be”。它主要是利用酸性或碱性溶液与钢桥构件表面的氧化物、油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性溶液中，达到清除工件表面的铁锈、氧化皮、油污的目的。化学处理适用于薄板的清洗，但其缺点是如果时间控制不当，即使加入缓蚀剂，也会使钢材过度腐蚀。对于结构较复杂、带有孔洞的零件，用酸性溶液酸洗后，渗入缝隙或孔洞的残酸很难完全清除，如果处理不当，将成为日后工件腐蚀的隐患。另外，化学药剂易挥发，成本较高，处理后的化学废液难以排放，如果处理不当，将对环境造成严重污染。随着人们环保意识的提高，这种处理方法正在被机械处理所取代。
3、机械处理法。符号“Sa”主要包括抛丸和喷丸。抛丸清理是利用离心力使弹丸加速，抛射到工件上进行除锈清理的方法。但抛丸灵活性差，受场地限制，清理工件时有一定的盲目性，容易在工件内表面产生无法清理的死角。设备结构复杂，易损件多，特别是叶片等部件磨损快，维修工时多，费用高，一次性投资大。喷丸又分为喷丸和喷砂。喷丸用于表面处理，冲击力强，清理效果明显，但对薄板工件喷丸容易使部件变形。钢丸击中表面（无论是抛丸还是喷丸）都会使金属基体变形。由于Fe3O4、Fe2O3无塑性，发生破碎剥落，油膜随基体一起变形，所以对有油污的工件，抛丸、喷丸不能完全清除油污。在现有的工件表面处理方法中，喷砂的清理效果最好。喷砂适用于对工件表面要求较高的清理。目前，我国常见的喷砂设备多由螺旋钻、刮刀、斗式提升机等原始笨重的输砂机械组成。
用户需要建造深坑和防水层来安装机械，成本高，维护工作量大。喷砂过程中会产生大量砂尘，无法清除，影响操作人员的健康，污染环境。喷丸和喷丸要求环境湿度低于85%。
4、火焰除锈。符号“FI”是使用氧乙炔火焰和喷嘴除锈的方法。喷嘴的形状和大小应适合被除锈钢材的表面状况。火焰除锈适用于厚度超过5mm、无涂层或完全去除旧涂层的钢材。当除锈厚度接近5mm的钢材时，要注意火焰的温度。
3.涂装前钢材表面除锈程度及粗糙度
在我国，钢桥梁涂装前钢材表面除锈通常采用机械处理和手工处理两种方式[4-5]，我国国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级及除锈级别》GB 8923-88对钢材表面除锈级别有明确的规定。
机械处理（喷砂或喷砂）有四个级别：
（1）Sa1级轻度喷涂或喷砂除锈。钢材表面应无可见的油脂、污物，无松散附着的氧化皮、铁锈、油漆涂层和其他附着物；
（2）Sa2彻底喷砂或喷丸除锈。钢材表面不应有可见的油脂、污物，氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着物基本已清除，残留物应附着牢固；
（3）Sa2 是一种非常彻底的喷砂或喷丸处理工艺。钢材表面不应有肉眼可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层或其他附着物。任何残留的痕迹应该只是轻微的斑点或条纹。
（4）Sa3：喷漆或喷砂使钢材表面清洁。钢材表面不应有可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层和其他附着物。表面应呈现均匀的金属颜色。
手动处理有两种级别（手工和电动工具除锈）：
（1）St2 彻底的手工和动力工具除锈，钢材表面应无可见的油脂和污垢，无松散附着的氧化皮、铁锈和油漆涂层；
（2）St3 是一种非常彻底的手工和动力工具除锈方法。钢材表面应无可见的油脂和污垢，无松散附着的氧化皮、铁锈、油漆涂层和其他附着物。除锈应比 St2 更彻底，基材裸露部分的表面应具有金属光泽。
为了提高涂层的附着性能，对涂装前的钢材表面有一定的表面粗糙度要求。表面粗糙度是指加工表面上由微小间距和峰谷构成的微观几何形状特征钢结构防腐蚀涂料，是一种微观几何形状误差，又称微观粗糙度。应注意表面粗糙度与形状误差（宏观几何形状误差）和表面波纹度的区别。一般波距小于1mm的属于表面粗糙度，波距在1～10mm之间的属于表面波纹度，波距大于10mm的属于形状误差。我国国家标准《表面粗糙度参数及其取值》GB/T 1031-1995规定，表面粗糙度的主要评定参数可以是下列三种之一：（1）轮廓算术平均偏差Ra；（2）微观粗糙度十点高度Rz；（3）轮廓最大高度Ry。
4 铁路与公路钢桥涂装推荐标准对比
我国现行的铁路（铁路钢桥防护涂层TB/T 1527-2004）和公路（公路桥梁钢结构防腐涂层技术条件JT/T 722-2008）行业防腐涂装行业推荐性标准均推荐采用涂层保护方式。总体来看，公路标准出台晚于铁路标准，规定也比铁路标准更加详细、明确。两标准的基本内容一致，即都定义了初涂（新建桥梁钢结构初涂包括两年缺陷责任期内的涂装）、养护涂装（桥梁整个运营过程中涂装的养护）、重涂（彻底清除旧涂装、重新进行表面处理、按完整涂装规范进行涂装）三类涂装阶段。两标准均规定涂装前必须对钢材表面进行机械处理和手工处理除锈，并对除锈程度、粗糙度等都有具体要求。两个标准都推荐了涂层匹配体系、涂层质量要求以及相应的各种测试方法[6-7]。
主要区别如下：
1.公路标准对涂层体系的防护年限进行了明确的划分，即普通型（10～15年）和长效型（15～25年），而铁路标准并没有给出涂层体系的防护年限。
2、公路标准明确给出了涂装部件的分类，分为外表面、非封闭环境内表面、封闭环境内表面、钢桥面、干湿交替区及水下区域、防滑摩擦面、辅助钢构件等七大类，包括防撞护栏、扶手及底座、灯座、排水管、钢路缘石等。铁路标准中对涂装部件的分类隐含在条文和涂装配套体系中，分类不如公路标准那么详细。
3、公路标准对表面粗糙度要求稍高：公路标准建议采用热锌（铝）喷涂，钢材表面粗糙度为Rz60μm~100μm，铁路为Rz50μm~100μm；公路标准建议喷涂除无机富锌底漆外的其他防护涂层，钢材表面粗糙度为Rz30μm~75μm，铁路为Rz25μm~60μm。公路标准单独提出喷涂无机富锌底漆的钢材表面粗糙度应为Rz50μm~80μm的要求。
4.公路标准中明确提出应根据腐蚀环境、工作条件、防腐期等设计涂层体系，且涂层体系与国际上腐蚀环境分类（ISO12944-2）相关联，更易于操作；铁路标准在涂层体系的适用部位一栏中直接描述了腐蚀环境的分类。
5、在同样的腐蚀环境下，公路标准普通涂层体系总干膜厚度比铁路标准约厚20μm～60μm，长效涂层总干膜厚度更厚。铁路标准只规定了一种涂层体系，没有区分普通和长效涂层体系。
五、结论
腐蚀问题是影响钢桥梁长期安全和整体性能的重要问题。随着我国交通基础设施建设的发展，大跨度钢结构桥梁建设急剧增加，桥梁钢结构的防腐越来越受到重视。本文系统地介绍了桥梁钢结构防腐的相关内容，并对铁路、公路钢桥涂装行业标准进行了对比分析，供钢桥防腐设计时参考。目前，一种新型的涂层+除湿系统的综合防腐体系正在大型桥梁中逐步应用[8-10]。其防腐原理是，如果空气湿度降到40%以下，钢结构就很难腐蚀，防腐效果好，但日常运行成本高且除湿系统仅适用于密闭系统。
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