张晓峰 马旭荣 徐明 吴忠新丰来 浙江交工高等级公路养护有限公司 浙江省交通资源投资有限公司
摘要：基于舟山跨海大桥钢结构的防腐，在分析腐蚀环境因素和维护现状后，从延长涂层的防护寿命、最小化LCC（生命周期成本）出发，钢箱梁和钢螺栓、钢丝绳吊索、潮汐区钢结构和封闭或半封闭空间钢结构。研究了维护涂层系统的设计和施工技术，研究了钢箱梁内外表面的维护涂层系统、钢螺栓密封复合涂层、钢丝绳吊带的三胶两布、防潮等。潮区钢结构固化涂料，通过试验段和现场试验，已成功应用于舟山跨海大桥，提高了跨海大桥钢结构的耐久性和耐候性。
关键词：跨海大桥；钢螺栓；钢丝绳吊索；潮汐区钢结构；维护涂层系统；
1 概述
随着我国经济实力和工程技术水平的大幅提升，跨海桥梁建设取得了快速发展，而钢构件是跨海桥梁的主要构件。在海洋大气环境中，腐蚀环境比较恶劣。原桥梁钢结构的防腐涂层经过一定时间的大气腐蚀、日光曝晒、风雨侵蚀、湿热影响，已受到不同程度的破坏，需要对钢结构涂层进行防腐处理。运营期间进行检查。的维护。但现行公路桥梁规范并没有明确规定先涂后修技术的涂装制度。它们主要对新建钢桥的涂装体系做出了系统的规定[1]。
本文针对海洋环境下桥梁钢结构涂层失效、结构腐蚀等问题。本文从延长涂层保护寿命、最大限度降低LCC（生命周期成本）出发，分析依托工程的钢结构涂层损伤和病害发生现状。总结归纳其规律和特点，并在前期定期测试结果的基础上进行有针对性的补充测试。参考日本明石海峡大桥的成功防腐经验，研究涂装及修复技术，确保桥梁运营安全[2]。
2 舟山跨海大桥腐蚀与维护现状 2.1 舟山跨海大桥工程概况
舟山跨海大桥是连接舟山和宁波的重要跨海工程。起于舟山主岛329国道雅丹山环路，止于宁波市镇海区。有岑港大桥、香教门大桥、桃夭门大桥、西雁门大桥、金塘大桥等特大桥5座，全长48公里。 2009年建成通车，部分桥梁现状如图1所示。
图1 桥梁现状
2.2 腐蚀环境因素
舟山跨海大桥地处海洋环境，属北亚热带季风气候区。根据《油漆和清漆钢结构防腐涂层保护系统》（ISO 12944）[3]中腐蚀环境的分类，舟山跨海大桥属于严重海洋腐蚀环境（C5-M）。由于该海域经常受台风影响，气候条件复杂多变，雨水多为硫酸雨。近年来随着盐化工行业的逐步发展，大气中所含的氯离子对钢铁也有严重的腐蚀作用。综合考虑舟山跨海大桥腐蚀的主要因素是海洋大气环境中的大气腐蚀、日光照射、风雨侵蚀、湿热影响等。
2.3 钢箱梁原有涂装体系
考虑到桥梁所处的海洋腐蚀环境，施工期间采用了“电弧喷铝+封闭漆+中间漆+面漆”的长效涂层系统（使用寿命为15至25年）。
2.4 防腐层失效
由于舟山跨海大桥处于恶劣的海洋大气腐蚀环境中，其整个钢结构的防护涂层都受到了不同程度的破坏。全桥钢箱梁存在螺栓腐蚀、霉斑、锈斑，钢箱梁外表面有涂层。该层出现严重粉化，见图 2。
图2 舟山跨海大桥防腐涂层失效
舟山跨海大桥已进入检修期，防腐涂层失效。但交通行业标准《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（JT/T 722-2008）并未涵盖跨海大桥钢结构的维护保养。涂层有明确的规定，维护涂层系统的设计更多地依赖于工程技术人员的经验。
3 钢结构维护及涂装系统设计 3.1 钢结构维护及涂装系统设计原则
(1)考虑到钢结构涂装和修补的条件，选择油漆类型时，应考虑新旧油漆的匹配。
(2)由于维护和涂装工艺容易受到现场客观环境和条件的限制，钢结构表面很难使用新建的喷砂或抛丸处理设备。需要使用电动工具打磨和清理锈迹和原来的涂层，一些缝隙和阴影。边角区域施工时很难达到要求的PSt3级，因此底漆应选择表面处理要求低、附着力好的低表面处理环氧涂料[4]。
(3)为尽可能缩短工期，应选择漆膜较厚、干燥时间较短的涂料，如高固体份涂料、无溶剂涂料等[5]。
(4)保证涂层具有良好的耐候性。氟碳面漆在保色性和耐候性方面优于传统丙烯酸聚氨酯面漆。因此，钢结构维护涂料推荐使用氟碳面漆[6]。
3.2 钢结构涂装及维护配套方案
在充分研究舟山跨海大桥的腐蚀环境后，依据国内外相关标准和规范，并参考国内外同类桥梁防腐涂层体系的实际应用情况[7,8,9, 10,11,12]，提出舟山跨海大桥海大桥钢结构涂装及养护配套体系。
3.2.1 钢箱梁维护及涂装系统方案
桥梁钢结构涂料的设计要求参考行业标准《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（JT/T 722-2008）和《钢结构涂料养护要点》（日本阪神高速公路） ）、结合舟山跨海大桥海洋腐蚀环境条件：中间涂层加强；考虑到可能会漏掉一些底漆，在对原涂层进行粗化处理后，在钢箱梁的整个外表面涂覆了1×100μm的低温涂层。表面处理改性环氧底漆；面漆为高固高光氟碳面漆，膜厚80μm，耐候性20～25年。新建时，钢箱梁内部只涂了一层125μm改性环氧耐磨漆，导致U肋和底板区域腐蚀严重。因此，在设计维护涂层体系时对底漆进行了加强，采用2×120μm低表面处理改性环氧底漆，并对腐蚀严重的接缝区域进行预涂，以延缓钢结构的腐蚀。具体设计方案如表1所示。
表1 钢箱梁维修涂装系统设计方案
部分
结构层
油漆名称
干膜厚度μm 干膜厚度μm
总厚度 μm 总厚度 μm
外表面
底漆
环氧富锌漆（局部涂装）
1×35
315
中间漆
低表面处理改性环氧树脂
底漆（部分涂装）
1×100
中间漆
低表面处理改性环氧树脂
底漆（整体涂装）
1×100
面漆
高固体分氟碳面漆
（整体绘画）
2×40
内表面
低表面处理改性环氧底漆
2×120
240
3.2.2 钢螺栓维护及涂装系统方案
我国虽然有一些与防腐相关的技术规范和标准，但对于钢螺栓防腐涂层维护缺乏规范化、规范化的施工技术指南。 2015年引进日本防腐涂层技术。虽然钢结构整体状况良好，但部分螺栓螺纹孔内仍出现锈斑。因此，通过反复现场模拟试验和现场验证，提出了一种钢螺栓粘接密封复合涂层新方法。钢螺栓保护涂层系统。
钢螺栓胶封复合涂层维护涂装系统采用三层防护理念：第一层防护采用低表面处理改性环氧底漆，为钢螺栓提供腐蚀防护，主要提供机械屏蔽隔离防护；双重防护利用聚硫密封胶本身的密封和粘结性能，防止外部腐蚀介质接触螺栓区域（特别是螺纹区域）和空气中的水分。同时，密封材料本身的耐腐蚀性能保护整个螺栓区域。包裹和密封；第三层防护利用高固体分氟碳面漆的耐候性，降低涂层的老化和粉化速度，增加涂层的隔离效果。通过三重保护，延长螺栓区域的使用寿命，降低循环期间的维护成本。具体方案见表2。
表2 钢螺栓维护及涂装系统设计方案
涂料类型
油漆名称
干膜厚度/μm
总厚度/μm
改性环氧底漆
低表面处理改性
环氧底漆
3×100
380
螺栓面积
聚硫密封胶
氟碳面漆
高固体分氟碳面漆
2×40
3.2.3 钢丝绳吊索维护及涂装系统方案
新建期间，悬索桥钢丝绳吊索采用常规涂装系统，即在镀锌钢丝束外表面直接涂装“密封底漆+中漆+面漆”的涂装系统的钢丝绳索具。钢丝绳吊索由多股钢丝组成，导致吊索股之间存在较大间隙。油漆具有一定的粘度和表面张力，因此油漆只能涂在钢丝绳吊带的外表面，不能通过缝隙渗透到钢丝绳吊带的内部。因此，钢丝绳吊索具有一定的粘度和表面张力。吊带的防腐效果并不理想。
基于钢结构防腐涂料、聚硫密封胶、高强玻纤布加固技术和氟碳面漆的特点，结合海洋环境特点，“三胶两布”三重防护系统开发了针对钢丝绳吊索具的防护等级，如图3、表3所示。第一级防护是在吊索具底面涂底漆和环氧云铁中间漆。通过底漆涂层为桥梁钢结构提供的腐蚀保护主要是机械屏蔽隔离保护，将钢丝绳与外界完全隔离。第二层防护是在第一层防护的基础上，刮涂三层聚硫密封胶，并在第一层和第二层聚硫密封胶之间缠绕两层高强玻纤布。利用聚硫密封胶的密封和粘结性能，防止外部腐蚀介质接触吊装钢丝绳。同时利用密封材料本身的耐腐蚀性能对整条吊索钢丝绳进行包裹和密封。第三层防护是在第二层防护的基础上涂上氟碳面漆。氟碳面漆的耐候性降低了涂层的老化和粉化速度，增加了涂层的隔离效果。
3.2.4 潮汐区钢结构维护及涂装系统方案
新建金塘大桥防撞钢箱防腐系统采用“金属热喷涂+常规环氧防腐涂层加锌块”。金属热喷涂防腐是指在钢结构表面热喷涂锌铝合金涂层，常规环氧树脂涂层防腐是指在钢结构表面喷涂环氧树脂，锌块采用牺牲阳极保护方法。跨海大桥位于海洋潮汐区，钢结构涂层被长期海浪冲刷。温差和海洋生物污染物对防腐措施影响很大，导致防腐效果不佳。
图3 吊带三胶两布三层防护系统示意图
表3 吊带三胶两布三层防护体系
姓名
厚度/μm
第一级保护
低表面处理底漆
2×35
环氧云母铁中间漆
2×40
二级保护
（三块胶水两块布）
聚硫密封胶
800～1,000
高强玻纤布
高强玻纤布
聚硫密封胶
800～1,000
聚硫密封胶
800～1,000
第三级防护
氟碳面漆
2×35
如果采用普通重防腐涂料，其表面处理达不到要求，无法在水下固化，因而涂层失效。因此，使用含有特殊无机填料和有机成膜物质的厚浆环氧涂料的低表面处理湿面固化涂料。这种涂层可以涂在潮湿的表面上。根据湿面含水率选择辊涂、刷涂等涂装方法。同时，涂料在施工后不久可直接浸入水中继续固化，不影响涂料的性能。这样可以避免潮汐区的水位上升。波动对未完全固化涂层涂装后性能的影响。具体设计方案如表4所示。
表4 潮汐区钢结构维护及涂装系统设计方案
结构层
油漆名称
干膜厚度/μm
总厚度/μm
1 级
无溶剂湿面防腐涂料
1×150
300
2 级
无溶剂湿面防腐涂料
1×150
3.2.5 密闭或半密闭空间钢结构维护及涂装系统方案
舟山跨海大桥新建时，封闭或半封闭空间多采用聚氨酯、环氧涂料。其耐腐蚀性、防潮性、耐化学性、柔韧性、重防腐性能得到了业界的认可。但因其使用方便，在施工及工后维护阶段会挥发有毒的芳香烃、酮类等有机溶剂，产生大量有机溶剂。一般VOC含量为340-450g/L。由于锚地及电缆塔内部空间十分有限，且涂装作业是在通风不良的密闭状态下进行，且施工过程中，电气线路和设备可能产生火花或明火，因此使用传统油漆是危险的。大，对人员中毒的威胁也很大。
因此，出于安全考虑，舟山跨海大桥封闭或半封闭空间的钢结构维护涂装系统选择了水性重防腐系统。具有较高的环保和安全性能，减少溶剂中VOC对人体和环境的污染。同时，安全风险显着降低。具体设计方案如表5所示。
表5 封闭或半封闭空间钢结构维护及涂装系统方案
结构层
油漆名称
干膜厚度/μm
总厚度/μm
底漆
水性改性环氧底漆
1×100
380
中间漆
水性改性环氧底漆
2×100
面漆
水性聚氨酯面漆
2×40
4 跨海大桥预维护涂装施工技术 4.1 跨海桥梁维护涂装工具的改进
将现有的单面砂盘改进为先进的双面砂盘，并通过增加钢丝刷改进除锈磨头的形状。除锈等级可达到规定的PSt3级。除锈效果明显，工程质量效益显着。改进前后对比如图4、图5所示。
图4 改进后的钢磨头外观
4.2 跨海大桥维护及涂装施工技术 4.2.1 钢小构件涂装及预维护施工技术
使用大型角磨机将基材表面的锈迹去除后，再使用小型打磨机对内角和打磨工具难以触及的区域进行第二次除锈。金属基材会呈现出金属光泽，而不破坏原有的钢结构。 ;并治理石油污染。
图5 砂盘改进对比
平面部位采用滚涂，内角部位及涂装工具难以涂抹的部位采用弯柄刷，以达到有效的全覆盖。
4.2.2 钢箱梁维修及涂装施工技术 （1）钢箱梁（内表面）维修及涂装施工技术。
使用改进的双面砂盘除锈。除锈完成后，用排刷对工作区域进行第一次清洁；第二次用除尘器清洁内角和难清洁的部位。
涂漆过程中，应先涂难的地方，再涂易的地方。焊缝、自由边、转角等不易成膜的内角应先涂漆，防止漆膜过薄甚至漏涂。
(2)钢箱梁(外表面)维修及涂装施工技术。
对基材表面进行盐分测试，超标（50毫克/平方米）部位用清水反复擦洗后再施工。
4.2.3 钢螺栓密封复合涂层维护及涂层施工技术
使用小型磨床加工螺栓区域和内角。
刮聚硫密封胶时，用加有10%清洁剂的水涂在密封胶外表面，以保证密封胶均匀密实并完全覆盖整个螺栓区域。
4.2.4 钢丝绳吊索三胶两布维护涂层施工技术
对基材表面进行盐分测试，超标（50mg/m2）区域用清水反复擦洗。合格后才能进行施工。
“三胶两布”施工过程中，标准是填充索体缝隙，并对索体表面进行密封定型；缠绕高强度玻璃布（重叠1/2），均匀包裹整个缆体。
4.2.5潮汐区钢结构湿固化养护涂料施工技术
基面用高压淡水冲洗，含盐技术指标小于50mg/m2后，即可进行下一道工序。
涂漆过程中，应先涂难的地方，再涂易的地方。焊缝、自由边、转角等不易成膜的内角应先涂漆，防止漆膜过薄甚至漏涂。
4.2.6 密封或半密封空间钢结构维修及涂装施工技术
用大型角磨机将基体表面的锈迹去除一次，用小型磨床将内角和磨具难以触及的部位去除锈迹。
涂漆过程中桥梁钢结构细节设计，应先涂难的地方，再涂易的地方。焊缝、自由边、转角等不易成膜的内角应先涂漆，防止漆膜过薄甚至漏涂。
5 跨海桥梁养护涂料体系应用及评价
上述跨海大桥钢结构维护涂装系统在舟山跨海大桥的不同部位进行了维护和应用。经过几年的跟踪监测和评估，发现其在面漆防腐、耐候方面具有优异的表现。
5.1 钢箱梁（内外）维护涂层系统 5.1.1 试验段对比结果
新建时，钢箱梁内表面防腐系统为1×125μm环氧云铁中间漆。运行4年后出现锈迹。仍使用原来的系统进行缺陷修复。 2年后发生点蚀。维护期间，使用了改性环氧底漆。油漆2×120μm防腐系统，4年后无病害，见图6。
图6 钢箱梁内表面防腐系统效果
钢箱梁外表面试验段采用原有的涂装体系（环氧富锌底漆35μm+改性环氧底漆2×100μm+氟碳中间漆2×40μm）和新的维护体系（环氧富锌底漆35μm+环氧富锌底漆2×100μm+氟碳中间漆2×40μm） -富底漆35μm+改性环氧1×100μm+全涂改性环氧100μm+氟碳面漆2×40μm）。 3年后的对比效果如图7所示。从桥梁全寿命周期来看，新的钢箱梁外表面维护系统可以有效地进行涂层覆盖，施工质量将得到提高。更好的。
图7 钢箱梁外表面防护系统效果对比
5.1.2 现场核查结果
2016年，金塘大桥箱梁外表面、桃夭门大桥箱梁内表面采用新型固化涂料体系进行防腐施工。 2018年4月检查，钢箱梁内外表面整体状况良好，无腐蚀、粉化等现象，如图8所示。
图8 钢箱梁内（外）表面防护涂层施工前后对比
5.2 螺栓粘接密封复合涂层维护涂层体系 5.2.1 试验段结果对比
2018年进行了试验段，对传统涂层系统替代不锈钢螺栓系统和橡胶密封复合涂层系统进行了比较。硅酮密封胶、聚氨酯密封胶与新体系的效果对比如图9所示。 传统涂层，替代不锈钢螺栓与胶密封复合涂层2年后的效果如图10所示。 与常规涂层相比在该试验段的系统和更换螺栓的过程中，使用传统涂层系统施工2年后，螺栓上开始出现锈斑和局部腐蚀。不锈钢螺栓部分腐蚀，胶密封复合系统工作良好。
图9 钢螺栓固化与涂层体系效果对比
图10 钢螺栓涂装完成2年后的效果
5.2.2 现场核查结果
采用常规防腐涂装技术，虽然钢螺栓整体状况良好，但经过几年的运行，部分螺栓的螺纹孔内出现了锈斑。 2018年，选用胶封复合维修涂装系统对舟山跨海大桥所有钢螺栓进行维修涂装施工。目前效果良好，见图11。而且，这种维护涂层系统比更换螺栓材料等其他防腐解决方案更便宜，符合技术创新和降本增效的理念。
图11 螺栓固化涂层支护方案施工后效果
5.3 钢丝绳吊索维护及涂层系统 5.3.1 试验段结果对比
通过使用原涂层系统和三胶两布维护涂层系统的测试段，2年后的效果如图12所示。使用三胶两布维护涂层系统可以有效减少损坏使涂层因吊带振动，减少涂层修补次数，从而提高经济效益。
图12 钢丝绳吊具涂装完成两年后效果对比
5.3.2 现场核查结果
为防止水分、氧气、氯离子等渗入吊带内部，继续腐蚀钢丝绳，从而影响吊带的耐用性、安全性和使用性，吊带于4月30日至7月30日举行， 2016年、2016年9月1日，9月1日至11月30日，采用三胶两布维护涂装系统，对西堠门大桥宁波侧、舟山侧钢丝绳吊索进行防腐涂装。整体施工质量良好，防护系统效果良好，见图13。
图13 钢丝绳吊索现场效果
5.4 潮汐区钢结构维护及涂装系统 5.4.1 试验段对比结果
试验段潮区钢结构采用原有涂料体系和维护涂料体系施工。结果如图14所示。将原始涂层体系浸入海水后，使用划格法测试附着力。结果发现，剥离面积在35%至65%之间，这是根据质量控制标准“油漆和清漆的划格测试”（ISO 2409）确定的。附强度等级为4级，说明常规涂层在海水中无法继续固化；维护涂层系统是一种低表面处理的湿气固化涂层。浸泡在海水中后，采用截面测试来测试附着力桥梁钢结构细节设计，发现基本没有剥离现象。根据质量控制标准《油漆和清漆的划格试验》（ISO 2409），附着力等级为0级，表明附着力极好，表明固化涂料体系可以在潮湿的表面上使用，并且可以持续在水下治愈。
图14 潮汐区钢箱涂层测试结果
5.4.2 现场核查结果
2019年，采用水下湿气固化涂料系统对金塘大桥-东通航孔桥、金塘大桥-西通航孔桥潮区钢结构进行防腐涂装。效果如图15所示。采用固化涂料体系进行施工，大大提高了施工进度，施工质量也得到了保证，防护系统有效，综合经济效益明显。
图15 潮汐区钢箱涂装效果
5.5 封闭或半封闭空间钢结构维护及涂装系统
2020年4月1日至4月20日、2020年4月25日至5月15日，分别采用维护涂料系统对西堠门桥锚、桃夭门索塔内表面钢结构进行防腐。绘画，结果如图16所示。维护涂料系统的使用大大减少了施工过程中产生的VOC，有效地改善了工作环境，改善了安全操作，确保工人的健康和环境保护，并更好地促进和增强。绿色环境保护的概念。
图16封闭或半关闭空间中钢结构的维护和涂料效应
6 结论
通过研究钢制盒子的维护和涂料系统，钢螺栓，钢丝绳吊索，潮汐面积钢结构以及跨海桥梁的封闭或半关闭空间钢结构，得出了以下结论。
（1）钢盒梁内部和外表面的拟议的维护涂料系统：1×35μm环氧锌富含锌的底漆（局部涂层） + 1×100μm低表面处理修饰的环氧中间油漆（部分涂料） + 1 ×100μm低表面处理修饰的环氧中间涂料（总涂料） + 2×40μm高固体碳纤维碳to胶（总涂层），2×120μm低表面处理钢束在钢束上修饰环氧引物和预涂层的高度腐蚀的接缝区域延迟钢结构的腐蚀。
（2）提议钢螺栓延长螺栓面积的使用寿命并降低周期时间维持成本，建议使用低表面处理的密封复合涂料维护涂层 +多硫化液密封剂 +多硫化物密封剂 +多硫化物密封剂 +高固体碳纤维碳顶涂层。
（3）基于悬架桥的钢丝绳索吊索的特性，建议提出底漆和环氧云母中间油漆 +三层多硫化物密封剂（两层高强度玻璃纤维布包裹在第一层，并第二层） +碳氟化合物面漆的三粘性和两瓣维护涂层系统延长了钢丝绳吊带的使用寿命，并降低了周期内的维护成本。
（4）根据潮汐区域的钢结构的特征，提出了用于低表面处理的湿表面固化涂层的维护涂料系统，该系统可以在湿表面上实现结构和涂层。同时，涂层可以在施工和涂层后的短时间内直接浸入水中。继续固化而不会影响涂料性能。
（5）提出了基于封闭或半封闭空间中钢结构的特征，提出了一个水基重型抗腐蚀系统，从同一时间大大降低了安全风险。
上述一系列的跨海桥梁钢结构维护和涂料系统已成功地用于Zhoushan跨海桥梁钢结构的维护和涂料结构，可实现良好的经济和社会福利，并可以为类似的参考提供参考项目。
参考
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