铁路工程高大空间钢结构锈蚀治理技术研究

于连齐，韩雪莹

（中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250000）

1 引言

钢结构被广泛应用于建筑领域，建成后由于受环境中水、空气的不断侵蚀，钢结构外部的防腐涂装会出现局部脱落等，引发了钢结构锈蚀，严重影响钢结构安全。

通过调查国内铁路工程发现，铁路项目中的高大空间钢结构工程等随着投入使用时间的延长，同样不可避免地出现了钢构件锈蚀现象。例如，北京南站、徐州东站、南京火车站、青岛火车站、秦皇岛火车站等铁路工程高大空间钢结构中，钢构件表面均出现了涂装材料脱落和锈蚀现象。现有钢结构锈蚀后的治理方案[1-2]存在对基层处理要求高、施工工序复杂、污染环境、在铁路项目中并不适用等问题。因此，需研发一种新型钢结构锈蚀治理技术，既能满足使用要求又能针对铁路的现场实际情况进行快速高效施工。

2 铁路工程高大空间钢结构锈蚀治理的特点

与铁路运营有关的大型钢结构工程建成后的锈蚀处理，在施工条件方面极其受限，显著区别于一般民用建筑的施工，主要体现如下。

2.1 施工时间受限

为确保高铁运行不间断，一般的维修工程施工只能在不影响运营的夜间（行业内部称“天窗点”时间段）进行，经常在午夜0 点至凌晨4 点之间。天窗时间长短根据铁路运行图而定，这种情况一方面造成人员窝工现象突出、施工效率低下；另一方面，对每道工序有时间限制要求的锈蚀维修工程，给施工组织也带来较大难度。

2.2 外部天气条件不利

凌晨是一天内温度最低、湿度最大的时段，此时段施工锈蚀处理，对钢材面和涂层的快干要求十分不利。

2.3 高空作业难度大

铁路大型钢结构如无站台柱雨棚等，属于高大空间工程。其跨度大、净空高度高，施工人员夜间高空作业，施工难度较大。

2.4 安全防护要求高

锈蚀维修虽然可在天窗时间内施工，但人员、设备及施工均在线路上方或附近范围，必须做好现场的各种安全防护，确保人员及线路的安全。

2.5 环保要求

由于施工均在白天旅客较为集中的站内区域进行，因此，要求使用的涂料及施工工艺尽量减少有毒气体的排放，做到绿色环保。

3 解决锈蚀维修工程的技术关键

1）低表面处理：钢结构表面处理采用手工或小型动力工具，无明显油污和附着不牢的铁锈，达到ST2 级即可。由于施工在车站内部，大型打磨设备无法进入现场，机械打磨方式对站内环境污染干扰也较大，因此，低表面处理这一点尤为重要，在满足防腐要求前提下，简化涂层的结构体系，减少涂刷遍数。

2）涂料快干，最大化地缩短每道工序的施工时间，满足夜间低温施工。

3）临近线路的结构振动变形大，涂料的自身弹性变形能力好。

4）站内施工，涂料绿色环保。

4 LEAC- 21 及LEAC- 24 防水涂料作为防腐涂料的介绍

LEAC-21 丙烯酸聚合物水泥防水涂料[3]是由特制的水泥基粉剂和具有不同玻璃化温度的耐水性丙烯酸高分子乳液所组成的双组分防水涂料。LEAC 防水体系结构是：化学网复合物理网，形成双网互穿、双网合一的交联结构。双网复合实现了极好的力学指标，形成了超强的拉力及满黏抗裂性能。

LEAC-24 装饰性涂料是由特种乳液和无机颜填料（粉剂）组成的高弹复合功能的装饰涂料，是集装饰、防水、防腐多功能为一身的复合涂料。

通过分析钢结构腐蚀的原因[4-5]，涂层的“屏蔽”作用发挥应有的功效成为防腐的关键，防水涂料最突出的优势即为防水和阻止各种离子渗透。LEAC 丙烯酸聚合物水泥防水涂料，具有优良的耐水性、耐候性、耐腐蚀性、弹性及与各种材料的良好黏结性，使防水涂料应用于钢结构防腐成为可能。

5 LEAC防水涂料作为防腐涂料的试验研究

以钢结构防腐性能为中心，结合铁路工程的特点，依据ISO 12944 Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems 所规定的防腐蚀涂料相关技术标准及Q/CPZHB012 中核北研防腐蚀涂料企业标准，通过制作近100个样本进行防腐性能试验，研究LEAC 防水涂料在钢结构防腐治理中各项性能指标，试验样品的制作及试验过程如图1、图2 所示。

图1 试验样品制作

图2 小型反应釜

6 试验研究成果及铁路工程适用条件分析

本文所有样品分别在北京建筑材料检验研究院有限公司及国家建筑材料测试中心进行试验研究，根据提供的材料样品检验报告，得出如下结论。

1）通过试验研究，LEAC-21 及LEAC-24 防水涂料的固体含量≥70%；无处理拉伸强度≥0.7 MPa；无处理断裂伸长率≥100%；经过加热、碱、浸水、紫外线等各种严苛条件下处理后，LEAC 涂膜的拉伸强度可以保持在80%以上，也就是拉伸强度达到1.36 MPa 以上；LEAC 涂膜的断裂伸长率可以达到160%以上。因此，其良好的拉伸强度及断裂伸长率在铁路高大空间钢结构工程锈蚀治理中相较于其他刚性涂膜，具有很大的优势。

2）抗氯离子渗透性检验报告（见图3）显示：聚合物水泥防水涂料抗氯离子渗透性为4.7×10-4mg/（cm2·d），符合JTS/T 209—2020《水运工程结构防腐蚀施工规范》中的标准5.0×10-3mg/（cm2·d）。

图3 LEAC涂料抗氯离子渗透检验报告

3）LEAC 丙烯酸聚合物水泥防水涂料经历5 000 h 的人工气候老化后，外观无起泡、无开裂现象。检验报告中指出，涂膜粉化等级为1 级：即很轻微，试布上可观察到微量颜料粒子；变色等级为1 级：即很轻微变色。

4）试验选取了钢板、玻璃、瓷砖釉面及PVC 管为基层分别对涂料的黏结强度做了相关试验，聚合物水泥防水涂料与钢板的黏结强度为1.3 MPa、与玻璃的黏结强度为1.3 MPa、与瓷砖釉面的黏结强度为1.0 MPa、与PVC 材料的黏结强度为1.0 MPa。

5）LEAC-21 涂料干燥时间的检验报告中，试验结果表干时间仅为0.9 h，实干时间1.6 h。铁路工程中天窗时间一般为3 h 左右，LEAC-21 涂料，一个天窗时间内可以涂装2 遍，基本就完成了LEAC 涂料涂装厚度的要求，极大地提高了施工效率。

6）耐盐雾时间是衡量钢结构防腐涂料的一个重要指标，LEAC 涂料耐中性盐雾时间是1 000 h；LEAC 涂料经过1 000 h的中性盐雾腐蚀，其起泡等级、剥落等级、生锈等级级开裂等级均为0 级。1 000 h 的盐雾对LEAC 涂膜保护下的钢材未产生任何腐蚀，LEAC 涂料比常用防腐蚀涂料具有更优秀的耐中性盐雾能力。

7）LEAC-24 型式检验报告显示：（1） 固体含量63%≥55%；（2）干燥时间（表干）0.5 h≤1 h；（3）耐沾污性（白色和浅色）14%≤20%；（4）耐洗刷性4 000 次，漆膜无损坏≥2 000次；（5）耐人工加速老化性（白色和浅色，1 000 h）为不起泡、不剥落、无裂纹，粉化等级小于0 级，变色等级0 级；（6）涂膜硬度HB≥HB。均满足防腐涂料的相关要求。

LEAC24 涂料作为混凝土装饰性涂料，有其优良的性能，根据实际工程经验，在铁路工程高大空间钢结构锈蚀治理过程中，LEAC 涂料使用方便、快捷、耐久性强。

7 铁路工程高大空间钢结构锈蚀治理应用

7.1 青岛站无站台柱雨棚

青岛站无站台柱雨棚于2008 年投入使用，钢雨棚采用三跨拱形单层网壳屋面承重体系，由钢管混凝土柱、方钢管单层网壳屋面、钢管桁架式边支撑等组成。最高点28 m，水平投影面积6.3 万m2。

7.2 锈蚀治理现场涂装方案

股道上方的整修涂装必须要点施工，根据济南铁路局建筑段下发《关于委托编制青岛站雨棚锈蚀大修工程施工设计的函》(济建技〔2015〕38 号)文中内容，要点时间为180 min。依据整个工程的具体情况，制订了现场施工方案。

1）施工环境要求：施工环境温度为-10～40 ℃，相对湿度≤85%，不可在下雨时露天施工，涂装后2 h 内涂膜不可淋雨。

2）第一天施工：基层处理，钢结构表面锈蚀部位采用人工或动力除锈，除去基面粉状浮锈及已氧化分层的片状物，基面呈坚实基体，标准达St2 级。刷第一道底涂：辊涂、喷涂或刷涂防水侵蚀、防盐雾腐蚀LEAC-21 涂料1 遍。第二天施工：涂刷第二道或第三道底漆，底涂总厚度为0.8mm。现场锈蚀治理过程如图4 所示。

图4 青岛站无站台柱雨棚锈蚀治理施工过程

3）面涂：辊涂、喷涂或刷涂LEAC-24 装饰涂料2 遍，总厚度0.2 mm，颜色与既有雨棚颜色相同。

8 结语

考虑到维修工程不能中断铁路运输的特殊性，通过认真研究钢材腐蚀的原因、试验分析LEAC-21 及LEAC-24 丙烯酸聚合物水泥防水涂料的部分性能指标可满足防腐涂料的技术标准，并结合已完工的部分工程实例，认为采用LEAC-21 及LEAC-24 丙烯酸聚合物水泥防水涂料作为钢结构锈蚀处理的防腐涂层完全适合于铁路工程，尤其体现在满足钢结构防腐相关性能要求的前提下，可以有效解决短暂天窗时间内施工的各种不利情况，并取得较好的综合效益。本技术在铁路客站等附属钢结构工程修复中的应用具有非常重要的意义，极大地降低了施工过程对于客流组织和火车通行的影响，为类似工程的设计和施工提供了一种切实可行的技术参考方案，有着较高的推广价值和广阔的应用前景。