橋梁與其腐蝕和防護目錄1、橋梁簡介2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理3、橋梁的腐蝕防護1、橋梁簡介橋梁是鐵路、公路、管線或渠道跨越河流、海峽、山谷或其他障礙的空中建筑物。即空中的道路，是整個道路系統(tǒng)中的重要節(jié)點。1.1、橋梁的起源遠古時期開始，人類活動的地方就有了橋梁獨木橋天然石橋1.1、橋梁的起源后來，人們會用天然的植物藤蔓和人造的麻繩開始造橋原始索橋的大致結構1.1、橋梁的起源受到大自然天然結構的啟發(fā)，加之石料等材料的運用技術提高，人們開始自己造拱橋，梁橋等各種橋梁。1.2、橋梁的分類按用途：鐵路橋梁、公路橋梁、公鐵兩用橋梁、立交橋、行人橋按建材：鋼橋、混凝土橋梁、結合梁橋、混合梁橋、木橋（這里我們知道，建造橋梁的材料主要為鋼筋和混凝土）按結構（最主要的分類方式）：梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋1.2、橋梁的分類梁橋：以受彎為主的主梁作為承重構件的橋梁。其構造簡單，制造、架設和維修均較方便，廣泛用于中、小跨度橋梁，但在材料利用上不夠經(jīng)濟1.2、橋梁的分類拱橋：指的是在豎直平面內(nèi)以拱作為結構主要承重構件的橋梁，承重結構主要承受軸向力，沒有彎矩或彎矩很小1.2、橋梁的分類斜拉橋：是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系。其可使梁體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結構重量，節(jié)省了材料。1.2、橋梁的分類懸索橋：指的是以通過索塔懸掛并錨固于橋兩端的纜索（或鋼鏈）作為上部結構主要承重構件的橋梁。從纜索垂下許多吊桿，把橋面吊住，在橋面和吊桿之間常設置加勁梁，同纜索形成組合體系，以減小活載所引起的撓度變形。2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理自古至今，人們建造了無數(shù)的橋梁，它們一方面給人類提供方便，另一方面自身也經(jīng)受巨大的損壞，需要進行維修，甚至報廢重建。2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理損壞的原因主要歸結為下列幾點：自然災害各類交通事故橋梁材料的腐蝕材料的制作不良2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理日本曾統(tǒng)計過104所懸索斷橋事故，其中有23例與鋼材的質(zhì)量與腐蝕問題有關事故原因載荷及交通事故自然災害腐蝕材料不良其他數(shù)量373519492、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理橋梁承受著交變載荷,長期暴露在自然環(huán)境中,橋梁的鋼結構及混凝土結構都會受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕。2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理特別是在一些環(huán)境質(zhì)量惡劣的地區(qū),如大氣污染嚴重的地區(qū)、水污染嚴重的地區(qū)以及濱海、海洋環(huán)境中SO2,CO2,Cl-等腐蝕性物質(zhì)含量增大,都會造成橋梁的嚴重腐蝕,影響橋梁的結構安全性及使用壽命。因此,橋梁的腐蝕與防護問題已經(jīng)成為橋梁工程及腐蝕與防護領域的重要研究課題。2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理2001年，中國四川省的宜賓小南門金沙江大橋發(fā)生斷裂2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理據(jù)現(xiàn)場勘查人員的報告，發(fā)現(xiàn)坍塌斷裂之處露出一層薄薄的鋼筋網(wǎng)，懸吊的承重鋼管中露出了銹跡斑斑的鋼纜。正是因為吊索鋼絲的銹蝕折斷，造成了橋梁斷成三節(jié)。另據(jù)現(xiàn)場工程人員說，讓人不可思議的是，那承重鋼纜是裝在鋼管中且加了防銹油的，怎么會生銹？

2、橋梁的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理橋梁工程中的腐蝕問題主要是指鋼鐵構件和混凝土的腐蝕,其中混凝土的腐蝕又包括混凝土中鋼筋的腐蝕及混凝土材料本身的腐蝕,混凝土中鋼筋的腐蝕與其它鋼鐵構件的腐蝕在機理上是一致的。2.1、大氣腐蝕一般情況下，橋梁的橋身，橋面所處的腐蝕環(huán)境是大氣環(huán)境2.1.1、大氣腐蝕的機理大氣腐蝕是金屬處于表面水膜層下的電化學腐蝕過程，表面水膜是空氣中水分在金屬表面吸附凝聚而形成的。陰極反應（中性堿性水膜中）：O2+H2O+4e4OH—陰極反應（弱酸性水膜，酸雨中）：O2+4H++

4e2H2O陽極反應：FeFe2++2e（或?qū)懗山饘匐x子水化物的形式）2.1.1、大氣腐蝕的機理實際中，由于腐蝕開始后有銹蝕產(chǎn)物的存在，它對銹層下基體鋼材的離子化起氧化劑的作用，在濕潤大氣下電化學腐蝕反應機理大致如下：陰極反應發(fā)生在Fe3O4/FeOOH界面：6FeOOH+2e→2Fe3O4+2H2O+2OH-陽極反應發(fā)生在金屬/Fe3O4界面：FeFe2++2e陰極反應實質(zhì)為銹層內(nèi)Fe3+→Fe2+的銹層還原反應。硫化物，鹽霧，酸雨及塵埃顆粒的存在，增強了水膜電解質(zhì)的導電性，加速了大氣腐蝕2.1.2、大氣腐蝕的主要破壞形態(tài)均勻腐蝕縫隙腐蝕應力腐蝕2.1.3、大氣腐蝕的影響因素一、成分大氣的主要成分幾乎是不變的，但不同地域的大氣中還含有一定量的二氧化硫，一氧化碳，硫化氫，鹽霧等物質(zhì)。2.1.3、大氣腐蝕的影響因素SO2：（1）SO2→SO3→H2SO4（2）與Fe作用→FeSO4（易溶于水）→H2SO4Cl-：氯離子隨氯化物顆粒沉積在金屬表面的水膜中，同時其也具有吸濕作用，會將大氣中的濕氣吸納與金屬表面，大大增強表面水膜電解質(zhì)導電性。同時，氯離子自身對鋼鐵和混凝土的侵蝕性也非常高。2.1.3、大氣腐蝕的影響因素固體塵埃：（1）本身具有腐蝕性（2）本身無腐蝕性，但能吸附腐蝕性物質(zhì)，如碳層會吸收SO2和水氣（3）本身腐蝕性和吸附性都沒有，但會在金屬表面形成縫隙而凝聚水分，形成氧濃差電池。如砂粒2.1.3、大氣腐蝕的影響因素此外，影響大氣腐蝕的因素還有相對濕度、金屬表面溫度、金屬表面形態(tài)。相對濕度：過高時，氧擴散困難；過低時，水膜難以形成；達到某一臨界值，腐蝕明顯。金屬表面溫度：金屬表面溫度比大氣溫度低時，表面才能凝結水膜，即結露。所以氣溫高的地區(qū)和晝夜溫差大的地區(qū)，腐蝕更嚴重。金屬表面形態(tài)：粗糙的表面吸附性強，更易發(fā)生各種形態(tài)的腐蝕2.1、大氣腐蝕設計防護方案時，往往根據(jù)環(huán)境條件來確定具體方案：熱帶/亞熱帶/溫帶/寒帶濕和區(qū)/濕熱區(qū)/亞濕區(qū)/亞干燥區(qū)/干燥區(qū)鄉(xiāng)村大氣/工業(yè)大氣/海洋大氣2.2、水介質(zhì)腐蝕

一般情況下，橋墩所處的腐蝕環(huán)境之一是水環(huán)境2.2、水介質(zhì)腐蝕海水中，腐蝕機理如下：陰極反應：O2+H2O+4e4OH-陽極反應：FeFe2++2e其機理與大氣腐蝕相同，但與大氣腐蝕不同的是，這種反應在海水環(huán)境中是沒有阻滯性的。2.2、水介質(zhì)腐蝕海水含鹽量高達3.20%—3.75%，pH值在7.50—8.60之間，溶有各種雜質(zhì)，電化學反應非?；顫?；且海水流速較快，易發(fā)生沖刷腐蝕現(xiàn)象，加速腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。所以說，海水腐蝕比大氣腐蝕要更為嚴重，也需要受到更高的重視。2.3、土壤腐蝕橋墩所處的另一種腐蝕環(huán)境是土壤環(huán)境2.3.1、土壤腐蝕的特點多相性，多孔性含有多種有機物和無機物不均勻性有微生物腐蝕發(fā)生不僅對金屬造成破壞，也會對混凝土造成破壞土壤組成,結構,物理化學的差異,易造成各種不同的宏觀或微觀腐蝕電池，形成局部腐蝕。2.3.2、金屬的土壤腐蝕陽極過程：陽極：Fe+nH2OFe2+·nH2O+2e堿、中性介質(zhì)：Fe2++2OH—Fe(OH)2氧的作用：2Fe(OH)2+1/2O22Fe(OH)3表面腐蝕產(chǎn)物與粘土結合,覆蓋在表面，可阻礙腐蝕的陽極過程。2.3.2、金屬的土壤腐蝕陰極過程：陰極：

O2+2H2O+4e4OH—在酸性很強的土壤中會發(fā)生放氫過程；在硫酸鹽還原菌豐富的土壤中，硫酸根的還原反應液參與土壤腐蝕的陰極過程：

2H++2e→H2SO42-+4H2O+8e→S2-+8OH-由于氧在土壤中擴散速度受到土壤結構，松緊程度，濕度，深度等綜合影響，土壤中陰極過程受氧輸送所控制，陰極過程為主要控制步驟。2.3.3、混凝土的土壤腐蝕混凝土中，對其中包裹鋼筋進行保護的物質(zhì)主要是Ca(OH)2,使混凝土具有強堿性(pH>12.6),使其內(nèi)部鋼筋處于鈍化狀態(tài)。其主要的影響因素有：CO2；Cl-；硫酸鹽2.3.3、混凝土的土壤腐蝕CO2對混凝土的腐蝕：大氣中的CO2、SO2、NO2,酸雨與酸性水、酸性土等,均能與混凝土直接起反應,中和混凝土中的堿[Ca(OH)2]CO2+Ca（OH）2→CaCO3+H2O隨著混凝土表面的碳化，堿含量減少，其內(nèi)部的[Ca(OH)2]向表面滲透，引起其強度降低，直至完全破壞。2.3.3、混凝土的土壤腐蝕Cl-對混凝土的腐蝕：2Cl-+Ca(OH)2

→CaCl2+2OH-破壞混凝土高堿性鋼筋鈍化膜，引起鋼筋銹蝕后體積膨脹，導致其開裂失效。2.3.3、混凝土的土壤腐蝕硫酸鹽對混凝土的腐蝕SO42-+Ca（OH）2

→CaSO4·2H2O反應后混凝土體積增大數(shù)倍，使其內(nèi)部產(chǎn)生很大的應力，導致其強度降低而破壞2.3.3、混凝土的土壤腐蝕鹽類物質(zhì)除了與Ca(OH)2

發(fā)生反應對混凝土造成破壞外，還會發(fā)生膨脹性腐蝕?；炷两Y構多孔隙→滲入可溶性鹽類→干濕交替，結晶析出→晶體體積膨脹→混凝土開裂，疏松，粉化→結構強度和對鋼筋的保護作用均受損2023/2/222.3.3、混凝土的土壤腐蝕補充：混凝土的堿集料反應（混凝土的癌癥）在混凝土的硅質(zhì)集料中如果含有堿活性的物質(zhì),如礦物蛋白石等,在潮濕的環(huán)境下，就有可能發(fā)生堿-硅酸反應,在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的膨脹應力，從而引起混凝土開裂3、橋梁的腐蝕防護

隨著我國基礎設施建設速度的加快,大型鋼結構橋梁不斷涌現(xiàn),鋼橋防腐蝕的重要性日益顯現(xiàn)。防腐蝕是鋼橋從設計、施工、使用全過程必須優(yōu)先考慮的重要環(huán)節(jié),通過廣泛應用各種先進有效的防腐蝕方法,完善對鋼橋長效防腐蝕處理,不僅可以節(jié)約大量的橋梁維護費用,延長鋼橋使用壽命,同時也產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。3、橋梁的腐蝕防護對橋梁進行腐蝕防護，其中最常用的方法有兩種，涂料防護和陰極防護3.1、橋梁的涂料防護

鋼鐵的大敵就是腐蝕，而涂料正是鋼鐵橋梁防腐蝕的最方便有效的方法之一。比如悉尼港口大橋在建設時的涂裝工作量就相當繁重，每道漆約有8000L，涂裝面積相當于60個足球場那么大。鋼結構橋梁的表面需要兼具裝飾和防腐蝕兩種功能的涂料。3.1.1、涂料的防腐蝕特點1、屏蔽作用涂料被涂至鋼結構件表面，并形成一定厚度的涂層，直接將鋼鐵與腐蝕環(huán)境隔開，形成一道防腐蝕保護屏障，推遲腐蝕介質(zhì)與鋼鐵相接觸時間。所有的涂層均具備這一性能。3.1.1、涂料的防腐蝕特點2、鈍化緩蝕作用在涂料家族中，有磷化底漆、鉻酸底漆和各類車間底漆等，它們在工序間起到防銹或增加涂層底漆附著力和鈍化緩蝕作用。其自身防腐效果較弱。3.1.1、涂料的防腐蝕特點3、陰極保護作用防腐底漆中添加鋅（鋁）粉形成富鋅涂料，電流由鋅流向鋼鐵，鋅粉首先被腐蝕從而就保護了鋼鐵。鋅粉在大氣中的腐蝕產(chǎn)物為難溶堿式鹽，它們會添沒涂層中的空隙，也具有保護作用。3.1.2、涂料的基本組成成膜物質(zhì)主要基礎物質(zhì)，有天然油脂、天然樹脂、各類合成樹脂等溶劑使涂料保持良好的溶解和稀釋狀態(tài)，由于嚴格要求控制涂料有機揮發(fā)物VOC總量，現(xiàn)在發(fā)展純?nèi)苄院退缘榷喾N溶劑。顏料使涂膜呈現(xiàn)一定的色彩，形成一定的厚度，具有一定的功能，主要有紅丹、氧化鐵紅、富鋅涂料中的鋅粉等。助劑改善涂料的施工工藝性能，用量少、效果大，如改善顏料在涂料中的分散性的表面活性劑和防沉淀劑，還有潤濕劑、消泡劑、紫外線吸收劑等。3.1.3、常用的防腐蝕涂料油脂涂料醇酸涂料氯化橡膠涂料環(huán)氧涂料丙烯酸樹脂涂料聚氨酯涂料3.1.4、涂料的成膜機理一、物理干燥1、溶劑的揮發(fā)成膜（1）可逆性（2）溶劑敏感性（3）漆膜成型不依賴溫度，無化學反應（4）熱塑性，高溫變軟

3.1.4、涂料的成膜機理一、物理干燥2、聚合物粒子凝聚成膜（1）一定溫度下具有可逆性（2）對溶劑的敏感性（3）漆膜成型有溫度依賴性（4）熱塑性（5）重涂性能比較好3.1.4、涂料的成膜機理二、化學固化1、連鎖聚合反應成膜

氧化聚合方式引發(fā)劑引發(fā)聚合方式能量引發(fā)聚合形式2、逐步聚合反應成膜

縮聚反應形式氫轉移聚合形式外加交聯(lián)劑固化形式3.1.5、常用的防腐蝕涂料的品種車間底漆防銹底漆中間漆面漆封閉漆磷化底漆水性涂料3.1.6、涂層的失效與維修涂層老化失效：有機涂層老化金屬涂層的失效復合涂層的失效有機涂層狀態(tài)評定標準ASTM涂層缺陷的評定標準（0-10級）ISO4628標準（涂層缺陷等級和數(shù)量的描述、起泡、銹蝕、開裂、剝落、粉化）GB9277-1988有機涂層老化評價標準

3.1.6、涂層的失效與維修風險評估：（1）涂層系統(tǒng)的使用壽命是多少？（2）有否必要全部出去舊涂層？（3）如果僅用最小可能的表面處理，舊涂層會被新圖層咬底嗎？（4）如果使用特殊涂料要使用特殊設備和技術嗎？（5）涂料易于施工嗎？3.1.7、涂層的失效與維修防腐涂層維修施工：一、局部維修二、整體更新三、電弧噴涂封閉涂層更新

世界各國鋼橋防腐蝕涂裝應用經(jīng)歷近一百年，從早期的簡單維護，到現(xiàn)代的長效防腐蝕，涂裝工藝技術也不斷發(fā)展。防腐涂層使用壽命從3-5年提高到50-100年以上，涂裝對環(huán)境的污染也得到有效的控制。3.1.7、橋梁涂裝系統(tǒng)應用實例3.1.7、橋梁涂裝系統(tǒng)應用實例例2美國舊金山的金門大橋涂裝（1）1965年以前底漆：紅丹/亞麻油、醇酸中間層：紅丹、氧化鐵紅/醇酸面漆：鉬橘紅、氧化鐵紅、TiO2/酚醛醇酸（2）1965年以后

底漆:水性無機富鋅，含新粉及少量紅丹中間漆：磷化底漆WP-1面漆：鉬橘紅/氯酸共聚體3.2、橋梁的陰極防護法混凝土中鋼筋的腐蝕屬于電化學腐蝕，腐蝕過程就是鐵失去電子成為鐵離子的過程。電化學方法的基本原理：1、陰極保護，鋼筋極化達到負電位；2、電化學脫氯，低于腐蝕閥值；3、電化學再堿化，恢復堿度，鈍化陰極保護就是將足夠量的電子輸送到鋼筋表面，強制是鋼筋成為陰極，阻止鋼筋釋放電子，從而抑制鋼筋的腐蝕。常用有強制電流和犧牲陽極兩種方式。3.2.1、陰極保護準則對于鋼筋混凝土結構陰極保護效果的評判，主要依據(jù)歐洲標準EN12696:2000和美國腐蝕工程師協(xié)會標準NACESP0290-2007中規(guī)定的保護電位準則和極化衰減準則。

EN12696:2000規(guī)定：任何具有代表性點的瞬時斷電電位應負于-720mV，為避免“氫脆”發(fā)生，普通鋼筋不應負于-1100mV，預應力鋼筋不應負于-900mV；切斷陰極保護電流24h內(nèi)，極化衰減不小于100mV，斷電超過24h后，極化衰減應不小于150mV。3.2.2、陰極保護條件必須具備的條件：（1）鋼筋的電連續(xù)性，保證陰極保護時都能成為陰極，避免雜散電流腐蝕；（2）混凝土表面狀況：安裝陽極前，通過噴砂或其他適當方法去除高阻抗覆蓋層，避免阻礙電流。（3）避免陰極和陽極之間短路：保證陰陽極之間有一定的混凝土保護層；將露于混凝土表面的綁扎鐵絲等所有金屬件出去或向內(nèi)彎折埋設于修補砂漿中，避免陰極保護系統(tǒng)失效。3.2.2、陰極保護條件必須具備的條件：（4）混凝土破損和鑿除：破損面積之和小于結構物總面積的50%；破損的混凝土保護層均須鑿除，清楚露出的鋼筋上的銹層。（5）局部修補：必須是離子導電材料；導電率與原混凝土處于同一數(shù)量級；修補前，對擬用修補材料的電阻率和機械性能進行綜合評定；不應含有任何會增加電阻率的成分，影響電流的流入。（6）堿骨料反應：堿性物質(zhì)與活性成分反應，引起混凝土內(nèi)部自膨脹應力而開裂的現(xiàn)象，謹慎。3.2.3、我國杭州灣跨海大橋一、工程簡介杭州灣跨海大橋全長36km，其中海上部分橋梁長32km。設計使用壽命100年，總投資118億元。2008年建成后，杭州灣大橋?qū)⒊蔀槭澜缟献铋L、工程量最大的世界第一跨海大橋。杭州灣大橋南航道橋的主塔采用鋼筋混凝土外加電流陰極防護系統(tǒng)。保護區(qū)域為：南航道橋索塔+10.2m標高以下塔柱、塔座和承臺（承臺底面只保護沿其周邊0.5m范圍），保護范圍的表面積為3115.2m2。3.2.3、我國杭州灣跨海大橋

3.2.3、我國杭州灣跨海大橋二、外加電流陰極防護系統(tǒng)的組成外加陰極防護系統(tǒng)主要有以下幾個部分組成：（1）陽極材料：采用Savcor的LIDASP100活性鈦網(wǎng)，其設計使用壽命為100年。（2）參比電極：采用BorinStelth銀/氯化銀（Ag/AgCl）和Savcor鈦參比電極；Ag/AgCl參比電極設計壽命20年，Savcor鈦參比電極設計壽命100年。（3）墊條：用作隔離條在陰極與鋼筋之間起隔離作用，一般采用混凝土墊塊。（4）電纜線：采取符合相關規(guī)定電纜（5）其他：接線箱采取增強纖維材料3.2.3、我國杭州灣跨海大橋三、安裝1、鋼筋綁扎及陽極鈦網(wǎng)、導電條安裝在承臺（塔座）每一澆筑層鋼筋綁扎過程中或完成后，開始進行陰極鋼筋的電連續(xù)性檢測，確保所有鋼筋是電連續(xù)的，不連續(xù)處可增焊幾個鋼筋接頭。然后使用電纜綁帶固定隔離墊塊，在墊塊外側安裝陽極鈦網(wǎng)，鈦網(wǎng)在固定時要注意到，大約30cm左右使用塑料夾固定，塑料夾和綁帶交替使用，陽極網(wǎng)帶的搭接長度不小于5cm，用點焊機焊接。再安裝鈦導電帶，鈦導電帶與陽極網(wǎng)帶焊接固定，此時還要將正極接頭焊接在鈦導電條上。3.2.3、我國杭州灣跨海大橋2、參比電極安裝陽極及鋼筋接頭安裝完成后，開始進行參比電極安裝。參比電極安裝比較簡單，即：按照設計圖紙確定參比電極安裝位置，使用塑料電纜綁帶將參比電極安裝在鋼筋上的水泥墊塊上。3、安裝過程中的測試在外加陰極防護系統(tǒng)安裝過程中，還要按照要求進行各種測試，其測試內(nèi)容包括以下六部分：鋼筋的電連續(xù)性測試，陽極區(qū)電連續(xù)性測試，鋼筋和陽極區(qū)之間電路短路的測試，