补妆焕新颜——菜园坝长江大桥正交异性钢桥面板防护技术研究

菜园坝长江大桥建于2003年12月28日，于2007年10月完工。正桥长1741m，上层为双向6车道；下层中间布置双线城市轨道交通，桥宽30.5m，桥面两侧各有宽2.5m的人行道。主桥长800m，跨径布置为88+102+420+102+88m，系公轨两用预应力Y形刚构与中承式钢箱系杆拱组合式桥。大桥主桥主体为预应力Y形刚构与钢箱提篮拱和钢桁梁的组合结构；主梁则采用了正交异性板与桁梁的组合结构；边跨系杆和中跨系杆分开布置，主动控制结构内力水平。

大桥钢结构部分分为正交异性桥面板整体节点钢桁梁、提篮式钢箱拱和双线轨道梁。主桥钢桁梁设置0.59％的纵坡，桥面则设计2％的横坡，并采用桁架和正交异性桥面板组合体系。一个正交异性桥面板钢桁梁（整体节段）有如下构件单元组成：

1.正交异性桥面板块；2.带桥面板的中上弦杆及边上弦杆；3.桥面系横梁；4.主桁腹杆；5.下弦杆；6.下横梁；7.下平纵联侧撑杆（或拉杆）；8.上弦整体节点；9.吊点整体节点；10.下弦整体节点。

图1 正交异性桥面板组合体系

正交异性板块间采用熔透焊对接，横梁之间以高强螺栓连接。正交异性桥面板原涂装体系为无机富锌底漆（75μm）+环氧云母氧化铁中间漆（100μm）+聚合硅氧烷面漆（75μm+50μm）。

图2 正交异性板钢桁梁构件单元示意图

自2012年起，菜园坝大桥正交异性钢桥面板逐渐出现涂层脱落病害，油漆剥落主要分布在大桥上层两边变宽段附近的桥面系下表面，其中正交异性板尤为突出，此病害还发生在少量横梁上。从漆面观察，剥落处未露出钢板基材，上面均附着底漆涂层，基材未发现腐蚀情况；剥落的油漆靠近底漆侧，附着有完整底漆；底漆层间断裂剥落特征则较为明显。剥落处油漆面底漆附着完整，用手触摸剥落处有明显颗粒感，直接测试厚度约50um，用白布擦拭后，布面呈黑色，剩余漆膜厚度约30um，用水砂纸擦拭后，表面可见部分母材，大部分则为遗留的亮白色金属锌，剩余厚度约20um，剥落处表面油漆粉化比较明显。后经测量，发现少部分剥落的面积大于10%，其余节段病害则为点状剥落。

1.对于涂层厚度的检测，其表面平均厚度均在380um以上，满足涂层总干膜厚度大于300um的设计要求，测点最大厚度为890um。虽然规范对每层油漆厚度均有明确要求，但在现场只能得出检测总厚度，无法判定每一层油漆的厚度值。根据以往实践经验，若无机富锌底漆厚度超过100um，很容易开裂。

2.测试结果显示，涂层存在部分附着力小于5MPa的节段。经核查获悉，铁路和公路方面，并无适用于溶剂型的相关规范，只能参照当年唯一的有效规范——《富锌底漆》(HG-T3668-2000),加以实施,但该规范并未对富锌底漆附着力作出规定。最终按照《钢结构工程施工质量验收标准》相关要求，设定菜园坝大桥底漆的附着力为5MP。

3.对于附着力小于5MPa的测点，在拉开后检查断口，发现涂层主要断裂在底漆涂层范围。面漆和中间漆被拉开，测得其附着力均大于5MPa。

4.底漆涂层断裂部位，未发现基体钢材锈蚀，表明其防腐功能尚存。

5.油漆剥落处漆面粉化严重，采用水砂纸打磨后基本无油漆附着。

6.根据《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（ITT722-2008），菜园坝大桥的涂层裂化等级为剥落4级--5级。

7.桥梁N1、N15、N28、N43、N44、N46、N47、N48、N49段剥落面积比例均超过10%。

图3 典型病害

菜园坝大桥采用的底漆为溶剂型无机富锌底漆，笔者对其使用情况进行了调查。从上世纪90年代后期到2010年的十几年间，溶剂型无机富锌底漆在钢结构桥梁上得到了广泛应用。该底漆先后用于南京长江二桥（2001年通车）、安庆长江公路大桥（2004年通车）、南京长江三桥（2005年通车）、平胜大桥（2006年通车），以及2012年建成通车的泰州长江大桥和南京长江四桥等。经过对比，南京二桥、南京三桥两座桥的正交异性桥面板底漆未发现明显异常，箱梁底板外表面仅有少量点状锈蚀，未出现大面积剥落情况。这几座桥都使用扁嘴箱梁的正交异性桥面板，虽然与菜园坝大桥结构形式不完全一致，但仍然具有参考价值。

经分析，桥面板病害的产生主要源于以下几个方面：

1.使用条件的影响。菜园坝大桥为公轨两用桥，汽车和轨道列车通行时易引起振动，刹车制动产生的冲击荷载有可能加剧底漆附着薄弱部位产生开裂、剥落质量缺陷倾向。

2.施工过程中不均匀性的影响。由于当时的油漆涂装通过人工操作完成，难以避免出现下列不均匀的情况。如：涂装厚度、底漆复涂时间间隔、后道油漆封闭时间的间隔等。

3.菜园坝大桥修建过程中，施工曾被迫停滞，致使部分桥面板单元层间涂装间隔周期拉长，以及运输过程中磕碰损伤面漆、底漆涂装完成后未及时进行封闭，或采用专用封闭漆等原因，使无机富锌底漆受到水分侵蚀，经过较长时间，产生锌盐析出、起泡，最终导致层间断裂及剥落。

经检测，菜园坝大桥正交异性板漆面除个别碰伤部位外，未发现基体钢材锈蚀，表明底漆防腐功能完好。而局部的漆面剥落，均由底漆发生层间断裂所致，其分布位置除集中处于变宽段范围外，并无明显的规律性。此外，面漆和中间漆结合力亦未见异常。

针对病害的情况，在整治前对涂装体系、涂装工艺等加以比对，其中为选择合适的底漆，在溶剂型无机富锌底漆与环氧型富锌底漆之间进行了性能及成分等项的比较，如表1所示。表1反映出环氧富锌底漆的施工适应性能优于溶剂型无机富锌底漆。考虑到现场的施工条件，以及修复部位亦不受阳光直射的因素，因此采用前者进行局部底漆修复后，再利用环氧中间漆和聚氨酯面漆进行涂装。

1.基层处理。基层处理分为两类，第一类的对象为面层漆脱落、起鼓、开裂处，第二类则处治面层漆面完好部分。

针对面层漆脱落、起鼓、开裂部分的基层处理，采取以下3种处理方式：对于存在漆面脱落缺陷的部位，对粉化基层用细砂布夹进行清理。对面层漆起鼓、开裂和松动的部分，应对施工范围进行全面检查，再利用灰刀铲进行清理，直至底漆层露出。而对其基层可采用细砂布夹、电动钢丝刷或砂纸盘打磨机等实施基层处理，处理等级达到St-2标准，即表面不得存在油污、灰尘，及附着松散的旧涂层、锈蚀等。针对上述漆膜缺陷与完整漆膜之间过渡区域的处理，则需用细砂布夹进行人工打磨，必须在完整漆膜边缘打磨出斜面（检测值5MPa以上），以便补涂漆膜有效粘接。

针对面层漆完好部分的基层，则按照以下方式加以处治：对完好部分的面层漆开展拉拔检测，检测的位置及数量以养护单位指定为准，对涂层附着力在5MPa以下的区域，采用灰刀铲进行人工凿除和电动机具相结合的方式进行面层漆清理，直至底漆层露出，底漆层露出后的清理工作参照第一部分的处理方式操作。对附着力完好（检测值5MPa以上）的面层漆进行清洁处理，可选用高压水清洗区域内漆面，除去表面残留盐分及其他污染物。

2.底漆涂装施工。底漆施工的对象为面层漆已脱落和被清理的区域，底漆为环氧富锌底漆，通过手工刷涂、辊涂等方法进行处理，涂装表面要求平整、无流挂、打堆及明显刷痕。底漆施工分为两道工序，第一遍漆膜硬干后再涂第二遍，确保底漆干膜总厚度为80μm。两遍底漆涂装完成后，需检查涂装修补部位周边面漆情况，涂层表面应与周边平整，不得出现漏涂、起泡、裂纹、气孔和返锈等现象。

3.中间漆涂装施工。底层涂刷完毕后，需要通过报检验收合格,才可进行中间层的环氧云铁中间漆的施工，养护人员采用手工刷涂、辊涂的方式予以处理，涂装表面要求平整、无流挂、打堆和明显刷痕，中间漆干膜厚度达到140μm。

4.面漆施工。面漆的主要成分为聚氨酯，面漆施工前要对相关部位进行拉毛处理，确保无残留污染物。采用手工刷涂、辊涂等方式处治，涂装表面要求平整、无流挂、打堆及明显刷痕。面漆涂刷共需两次才能完成。当第一遍漆膜硬干后再涂第二遍，必须确保面漆干膜总厚度为80μm。

目前，有关桥梁正交异性钢桥面板涂层脱落的案例较少，缺乏有益的参考案例。菜园坝大桥此次采用局部修复的方式，新旧漆面交接区域的油漆粘接是修复后持续关注的重点。同时，此次未处理的旧有涂层，仍存在脱落的情况，从彻底解决涂层脱落以及新旧油漆结合是否牢靠等问题考虑，是否应该采取整体涂装的修复方法也将是今后探讨的一个课题。菜园坝长江大桥正交异性钢桥面板后续运行情况，可以为今后的施工工艺及涂装方式的选择，提供一个较好的参考。