中铁二十局集团第四工程有限公司 山东青岛 266000
摘要：依托山西中南部铁路铁路通道工程付疃河特大桥的设计及施工，为处于海洋腐蚀环境桥梁的设计与施工探索其耐久性，通过日照沿海水位的计算分析，研究桥梁各部位所处腐蚀环境的划分，采取不同的防腐设计和施工处理措施，将桥梁各部位的耐久性达到100年，针对不同的桥梁构件所处腐蚀环境的不同，设计采用环氧涂层钢筋、四氟乙烯缓凝土外表面涂层和加大钢筋混凝土净保护层等多种方法单独使用或结合使用，来满足桥梁各部位的耐久性要求，针对设计要求，采用合理的保护措施及围堰施工，达到环氧钢筋和外涂层施工要求，确保桥梁各部位的防腐设计满足耐久性要求。随着国民经济的发展，海洋桥梁的设计与施工越来越多，合理的桥梁耐久性设计与施工，具有重大的指导意义。主要研究结论：付疃河特大桥海洋防腐设计与施工，具有防腐效果好、成本合理、易施工等特点。
关键词：海洋水位；桥梁；耐久性；复核处理措施；围堰；涂装
Research on anti-corrosion design and construction of Fujiehe Bridge
ChenBo
China Railway 20 Bureau Group Fourth Engineering Co., Ltd.. ShanDong QingDao 266000
Abstract: based on the design and construction of the qianhe river bridge for railway passage project in Central and southern Shanxi province, the durability of the bridge in marine corrosion environment was explored. Through the calculation and analysis of the coastal water level of sunshine, the author studied the classification of corrosion environment in various parts of the bridge. Different anti-corrosion design and construction treatment measures have been adopted to achieve a durability of 100 adhesions in various parts of the bridge, and the corrosion environment of different bridge components is different. The design adopts a variety of methods such as epoxy coated reinforced steel, tetrafluoroethylene slow earth surface coating, and reinforced concrete net protection layer to meet the durability requirements of various parts of the bridge. In response to design requirements, reasonable protection measures are adopted. And cofferdam construction, To meet the construction requirements of epoxy reinforcement and external coating to ensure that the anti-corrosion design of all parts of the bridge meets the durability requirements. In the development of national economy, the design and construction of marine bridges are more and more. The reasonable design and construction of bridge durability have great guiding significance. The main conclusion of the study is that the marine corrosion protection design and construction of Fujiehe Bridge has the characteristics of good corrosion protection effect, reasonable cost, and easy construction.
1国内海洋桥梁耐久性设计发展概况
随着国民经济迅速发展，我国跨海大桥建造速度加快，目前已建成和在建的著名的跨海大桥有：东海大桥、杭州跨海大桥、东莞虎门大桥、湛江跨海大桥、上海洋山深水港跨海大桥、厦门海沧大桥、汕头礐石大桥、舟山连岛工程、青岛胶州湾大桥、平潭跨海大桥、厦漳跨海大桥、乐清跨海大桥、琼州海峡跨海大桥等等，基本上从我国的近海渤海、黄海、东海至南海均有分布。
海水的平均含盐量在3.5%，我国东海的含盐量最高为6.0%，黄海的含盐量在3.2%，均远高于氯盐环境L3作用等级的含盐率0.5%（海水中），我国桥梁主体结构设计使用年限为100年，针对海洋桥梁强烈的氯盐腐蚀，海洋桥梁结构均采用了或多或少的耐久性设计处理措施。
防腐蚀一般构造措施主要有：混凝土表面结构可能积水处宜做成斜面、混凝土施工缝和伸缩缝等连接缝应尽量避开最不利环境的作用、暴露于混凝土结构意外的连接件等构件外露金属表面应采取可靠的防腐蚀措施、钢筋连接套筒外援至混凝土结构表面的混凝土厚度不低于同环境下钢筋的混凝土保护层厚度、钢筋的混凝土保护层垫块和无砟轨道用绝缘卡的强度密实度和耐久性应不低于结构本体混凝土的相应要求、桥涵混凝土结构钢筋的混凝土保护层厚度符合规范相关规定、预应力混凝土梁在纵向宜按全预应力构件设计（当处于严重腐蚀环境时，预应力钢筋的应力幅应适当缩小）、桥墩墩身宜设置护面钢筋、墩身与梁体之间应设置更换支座的条件，防腐蚀强化措施主要有：外包钢板、表面涂层、表面浸渍、防水卷材、涂层钢筋、钢筋阴极保护等措施。
2 日照海洋水文计算分析
付疃河特大桥在DK1273+500～终点位于近海中，日照南站均为填海工程，两处工程均受潮水位及波浪高影响，日照南站部分路段设置防波堤，防止海水直接冲刷路基及波浪爬高海水扑上路基及轨面，影响铁路运营安全。
气温：本区域受海洋性气候影响,据石臼港海洋站1960～1996年实测资料统计，多年平均气温12.8℃，历年最高气温37.5℃，最低气温-13.7℃。多年平均无霜期213d，历年最大冻土深32cm。降水:沿海多年（1955～1996）平均降水量813.3mm。汛期为6～9月，降水集中，多年平均580.3mm，约占全年总量的71.4%，7月份最大，217.9mm，占全年总量的26.8%。年际最大降水量1426.2mm，最小降水量504.1mm。沿海多年平均相对湿度为72%，年平均相对湿度最大76%，最小67%。风况:沿海地处温暖带，季风盛行。冬季受西伯利亚高压气团控制，盛行偏北风，风力较大；夏季受太平洋暖气团所控制，多偏南风，一般情况风力较冬季小，而台风也出现在这一时期，台风时风力强大，往往对沿海造成风暴潮灾。多年平均风速4.3m/s，历年各月最大风速24m/s。附近海域是以风浪为主的混合浪区。夏秋季波高浪大，多为台风引起。波浪周期与台风风浪相对应，东向、偏东向波浪频率和大波高出现的频率最大，波高和周期也最大。
潮汐及潮位：本海域受风暴潮影响，风暴潮高潮为天文潮潮位加风暴增水。风暴增水是不规则波浪，为本工程的潮位、波高、防波堤波浪爬高的计算依据。根据长系列（40年）资料，采用年最高潮位频率分析法计算百年最高潮位。
计算公式：各年份频率P=m×100%/(n+1) hp=h±λpnS(均方差)
通过计算，参数h=2.66m，S=0.17时，不同重现年最高潮位如下表：
3 桥梁各部位腐蚀性环境划分
根据水文计算、线路平纵断面设计，计算桥梁各部位高程，和各项水文高程布置在同一张图，得出桥梁各部位所位于的氯盐影响区域。
4 防腐措施研究及桥梁各部位耐久性设计
4.1防腐措施研究
4.1.1外表面涂装技术研究
混凝土表面进行涂层的主要目标就是减少氯离子的渗透率，确保混凝土的碳化速率得到有效降低，而且混凝土表层的涂层能够有效阻隔腐蚀性介质与混凝土直接接触，确保混凝土钢筋的整体使用寿命大幅度延长。
有机防腐涂料的材料及使用寿命：有效涂层一般都是聚合物基材料。由于涂层本身在环境的作用下会逐渐的老化并且丧失功效，所以一般的有机防腐涂料使用寿命应该在15-30年左右。
有机防腐涂料材料类型：硅烷、氯乙烯、醋酸乙烯共聚物涂料、相对分子质量低的环氧涂料。
有机防腐涂料优点：底层封闭漆对混凝土基面具有高渗透性，大大提高混凝土基面强度。与混凝土基面有很高的粘结强度，附着力、耐水性、耐碱性和耐盐水性性能指标高。面层具有优异的耐久性、耐候性和防腐蚀性，防水、防霉、耐酸雨、高装饰性，漆膜坚韧，具有良好的耐冲击性和耐磨性。
有机防腐涂料缺点：有机防腐涂料在强紫外线和海水的冲击下，由于耐老化的性能比较低，而且涂层非常容易在老化之后而产生脆裂等情况造成混凝土表面粘结强度不足，影响了对混凝土的整体保护效果。后期维修费用高、同时内含的有机溶剂污染环境。
DPS(Deep Penetrating Sealer)即碱性激活的化学渗透液，为无机材料。其含有的催化剂等成分可与混凝土内的游离碱发生缩合反应，形成枝蔓状的微细颗粒晶体，封闭混凝土的毛细孔隙和微细裂缝，构成一道内在屏障的防水保护，增强混凝土的表层强度和密实度，从而得到一种永久性的防水、防腐、防渗密封层，使混凝土得到有效保护。DPS的渗透深度、微观改善、喷涂龄期、喷涂剂量、混凝土含水率（喷涂时）等因素对混凝土强度和抗渗性产生影响。
因无机渗透防水剂尚未形成铁路行业规范，故采用有机材料外表面涂装，本桥涂装面积大、维修工作量大且工作条件恶劣、养护成本非常高，采用耐腐蚀寿命长的方案，以降低维护费用，所采用的涂层体系要求达到耐盐水性240h、耐化学品性能72h、人工加速老化性能5000h，附着力≥1.5MPa或混凝土被拉出，氟碳面漆中溶剂可溶物氟含量≥24%，氟碳面漆的原材料树脂采用耐候性突出的四氟乙烯－乙烯基醚共聚型FEVE氟碳树脂。本项目防腐涂装方案如下：
4.1.2按规范要求提高混凝土耐久性等措施
按规范要求，本桥钢筋的混凝土保护层最小厚度达到下表要求：
4.1.3强化钢筋防腐蚀能力，采用环氧涂层钢筋
本桥对位于L3环境的桥涵各部位采用环氧涂层钢筋。
环氧树脂涂层的钢筋通过在普通表面钢筋喷涂一层环氧树脂薄膜，保证涂层的厚度在0.15mm至0.30mm之间，能够形成有效的防护层，确保钢筋，避免受到外界因素的影响，在环氧树脂涂层喷涂的过程中，可以采用环氧树脂粉末利用静电喷涂的方法进行制作，这样就能够连续完整的对整个钢筋表面形成一层强大的环氧树脂保护薄膜，因为环氧树脂涂层不能够与酸碱进行反应，其化学稳定性延展性干缩性能更加对金属表面具有极强的保护效果。这一层环氧树脂涂层也能够将钢筋表面与水分养分氯化物和其他的腐蚀性介质形成一层物理屏障，能够有效阻隔钢筋与外界电流造成的影响，确保整个钢筋的化学电离子防腐蚀能力，环氧涂层钢筋自身的防腐效果更高，涂层的厚度可以更加的方便，尽可能的减少对环境的污染和材料展览会，可以有效提高钢筋混凝土和预应力钢筋的使用寿命，也能够降低生产成本。
主要缺陷为：环氧涂层钢筋与混凝土的握裹力降低35%，是钢筋混凝土结构的整体力学性能有所降低，施工过程中对环氧涂层钢筋的保护要求极其严格，加大了施工难度。
4.2桥梁各部位耐久性设计
位于大气区的混凝土表面（铺设防水层、保护层的顶面除外）均涂刷防腐涂层，采用S4.06涂层体系：环氧封闭漆小于等于50，环氧树脂漆200，丙烯酸聚氨酯漆80或氟碳漆60。
位于水位变动区和浪溅区的混凝土表面采用S4.09防腐涂层体系：环氧封闭漆小于等于50，环氧树脂漆300或氟碳漆70。
位于水下区的混凝土表面采用S4.11防腐涂层体系：环氧封闭漆小于等于50，环氧树脂漆450或环氧煤焦油沥青漆500。
其技术条件及施工工艺应满足《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》（JT/T695-2007）的要求。
针对球型钢支座的结构形式主要可以采取以下方式对支座进行防腐保护：
增强支座钢材的防腐性能。即上、下支座板及中间钢衬板等支座主要钢部件应选择耐腐蚀性较强的钢材。采+741034钢，ZG20Mn因其含有Cu、Cr、Ni、Mo等元素，使其抗腐蚀能力大大增强，工程应用表明其抗腐蚀能力较为优异。
《桥梁球型支座》(GB/T17955-2009)要求处于严重腐蚀环境的支座不锈钢板采用022Cr17Ni12Mo2、022Cr19Ni13Mo3镜面精轧不锈钢板作为滑动摩擦副材料，从而增加不锈钢板耐腐蚀性，使其摩擦系数和磨损率稳定不变。
《桥梁球型支座》(GB/T17955-2009)要求处于严重腐蚀环境的支座中间钢衬板球面采用包覆不锈钢板的方法与滑板形成摩擦副，提高其抗腐蚀能力。
支座设置可拆除、可更换的防尘装置，在沿海地区的防尘装置采用不锈钢板。
支座钢件的外露表面应按照《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》(TB/T1527-2011)规定，采用第7涂装体系进行防护。
5混凝土涂装施工工艺研究
5.1 涂装施工工艺
在涂装施工之前，首先应该对混凝土的表面进行充分的处理，通过利用电动工具将混凝土的表面浮灰浮渣，苔藓以及其他的杂质进行打磨，并且清理干净，如果有混凝土的表面有局部油污，可以利用碱液洗涤剂进行处理，并且利用淡水，将油渍冲洗干净。如果存在基层缺陷,小型的孔洞或者表面缺陷，可以事先采用腻子，对表面进行刮图，如果有比较大的蜂窝孔洞和模板错位等缺陷，则可以利用无溶剂液体环氧腻子，或者聚合物水泥砂浆进行修补。
由于混凝土的表面出现裂缝，可以根据裂缝的实际宽度，选用适当的方式进行灌浆修补，在针对预埋件和钢筋头处理时，应该对混凝土周边开凿2cm的V型切口，保证预埋件和钢筋头露出，用电动切割机将钢筋头和预埋件切除，确保其低于混凝土表面2cm，然后要将钢筋头和预埋件的表面进行除锈打磨，涂上环氧复锌底漆，在切除的混凝土表面可以采用封闭期或者见面期进行涂抹，保证无溶剂环氧腻子和聚合物水泥砂浆进行填补，如果预埋件的深度超过3cm左右，则必须分两次进行抹腻子，避免腻子与混凝土的结合处出现明显的开裂。
5.2 涂装要求
在实际混凝土涂装的过程中，由于温度必须保证在5℃至38℃左右，空气湿度也应该在85%以下，混凝土的表面必须要干燥清洁，如果在恶劣的天气下，应该禁止户外施工。例如有大雨、大风、大雪、大雾、冰雹或者户外灰尘比较大的情况应该及时的进行调整，在涂装环境中必须根据涂料的产品说明书，做好相应的操作。在涂装准备期间，必须要明确涂料的品牌、批号、品种、颜色认真做好记录，在使用涂料之前应该对涂料进行充分的拌匀，加入固化剂将两组份进行充分的搅匀，混合之后进行再次搅拌。如果涂料厚度过高可以利用机械进行搅拌，在涂料按照规定比例分别混合完成之后，必须要放置一定的时间进行熟化预反应，结合不同的施工方式以及施工现场条件对涂料的施工粘度进行适当调节，保证粘度与涂料的使用保持一致，如果涂料粘度过大可以采用指定的稀释剂进行稀释，严格按照说明书的规定使用量进行使用。根据不同的施工方式以及施工现场的环境条件，应该适当的调节涂料的施工粘度，确保施工粘度与涂料配套使用。保持一致，在分组涂料均匀混合之后，还应该经过充分的图画反应在涂料的试用期内应该充分利用。
5.3 涂装方法
涂装方法可以直接影响涂装的整体效果，通常情况下，主要采取刷涂、辊涂、刮涂和喷涂等方式。通常刷涂可以用于比较难以涂装的部位进行预先涂装补图例如蜂窝处，凹角处的而滚涂，具有非常良好的流平性，通常是用大范围面积的喷涂，滚子的类型必须要与工作面的尺寸保持一致，刮涂则可以利用腻子进行施工，可以对表面的缺陷进行全面的修补，喷涂则可以采用混凝土表面，防护涂装，如果施工面积大，可以利用高压无气喷涂设备进行补涂装施工。如果喷涂条件不允许，可以直接采用刷涂或者辊涂的方法进行涂装。
5.4 涂装工艺
在涂装工艺选择上来看，必须要根据产品的实际要求，对涂料进行合理调配确保涂装期符合规定的粘度，在喷涂或者刷涂的过程中要保证封闭期，避免出现裂缝，蜂窝，麻面等问题，漆膜的厚度应该根据实际施工过程中混凝土表面的实际情况进行灵活的判断，在刮腻子的过程中主要采取填补型腻子或者刮涂形腻子两种方式，添补型的环氧腻子可以用于错才比较大书生敲掉的部位，对于凹坑棱角处缺陷钢筋头和预埋件处也可以利用填补型腻子进行处理，而对于沙眼孔洞蜂窝等小缺陷部位，则可以采用刮涂型环氧腻子进行修补，如果缺陷的深度比较大，可以进行多次填平，但是每次不应该超过1cm，在腻子泡沫阶段可以利用60目的砂纸对整个腻子表面进行打磨，可以先利用旧的砂轮片打磨至平整，再用砂纸打磨完善。
为了能够提高涂层之间的附着力，腻子层必须要等到环氧封闭期完全干燥之后才能够进行。在涂装环氧树脂中间期的阶段，要严格按照产品说明书对喷涂的材料进行合理调配，严格按照规定的新世纪进行均匀处置，腻子打磨完成之后，利用喷涂或者滚涂的方法，对环氧树脂中间期进行涂装，按照不同的涂层厚度和不同部位厚度应该采取不同的涂装方法，如果中间期涂装时必须要保证四肢一致均匀，不能够出现露涂气泡或者流挂等问题。在涂完之后，如果发现模板错位处没有得到合理有效的处理，则必须采用合理的涂装方法进行喷涂。在涂装丙烯酸聚酯面食应该严格根据说明书的要求将涂料配好，按照规定量进行稀释，面漆的漆膜厚度必须根据不同部位要求进行妥善处理，在湿度超过85%的情况下应该严禁施工，否则很容易导致面漆的质量受到影响。
6 防腐涂装质量控制及验收
6.1过程检验：
涂装的检验过程中要确保现场的温度和相对湿度符合环境要求，同时要保证基层牢固避免出现裂缝掉粉起沙空谷等其他的缺陷，结构表面基层必须保持清洁，避免出现浮尘、油迹、霉点或者盐类析出等污染物，只有保证每一道涂装均全部检查完毕才能够进行涂装。
6.2最终检验：
在涂装养护完成之后，最终检验包括对外观检验，厚度检验和附着力检查要确保，上述的项目完全符合施工规范的要求，避免出现偏差。
6.3外观检查方法和要求：
在外观检查的过程中一定要通过目测的方式，判断图层是否连续平整，如果出现漏涂、流挂、变色、裂纹、气泡气针等缺陷，则应该立即进行返工处理。
6.4厚度的检查
在对涂层厚度检查时，应该采用随炉件法，根据检验区域将0.5mm×50mm×100mm的白铁皮三块粘贴在混凝土的表面，根据检验批次一同施工，在涂装完毕之后7d左右的时间，通过磁性侧后移对铁皮的干膜厚度进行测定，涂层厚度如果在符合80-20的规定则。说明涂层厚度符合要求，最主要的就是在图层，厚度，模拟的过程中，要保证80%的测定点大于设计的干膜厚度，最小的干膜厚度也不应该低于干膜厚度的80%。
6.5 附着力检查方法和要求：
采用拉脱式涂层粘结强度测定仪测定涂层附着力。
6.6 检验批：
最终涂层质量按批检验，根据涂装工程量，每2000m2～5000m2为一个检验批。
6.7涂层验收：
在涂层涂装完毕之后的14天之内，要根据图层分项分布工程进行妥善的验收，而涂层的分项工程包括材料混凝土表面涂装、涂层、厚度、涂层粘度和涂层强度。确保整个图层得到全面的检查
7 主要成果及建议
该桥建成运营已有6年，经现场查看，桥墩、支座、梁部等暴露可见的海洋环境下混凝土防腐涂装完整如初，与附近港口工程的混凝土工程形成鲜明对比，经长期观察后可整理出的防腐效果。后续工程，在无机渗透防水剂的实验及检测成果日渐完善、铁路相关规范规则出台后，有机防腐与无极渗透防水剂相结合，在海洋环境下各种混凝土工程的防腐做到使用寿命提高至30—100年，逐渐与主体工程使用寿命相匹配。
参考文献：
《日照港石臼港南区焦炭码头工程可行性研究报告》
《桥梁球型支座》(GB/T17955-2009)
《铁路混凝土梁配件多元合金共渗防腐技术条件》（TB/T3274-2011）
《JTT695-2007混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》
《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》(TB/T1527-2011)
论文作者:陈波
论文发表刊物:《防护工程》2019年14期
论文发表时间:2019/11/13
标签：混凝土论文; 涂层论文; 涂装论文; 钢筋论文; 表面论文; 厚度论文; 支座论文; 《防护工程》2019年14期论文;