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技師報於85年11月18日土木日創刊
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中華民國一一○年五月十五日

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文字記者:許素梅

漫談鋼橋的防蝕

劉澤山技師

橋梁結構採用鋼橋成為目前普遍的一種施作方式。但是鋼鐵材料的鏽蝕,卻一直是令人困擾的問題,設計時若不善加考慮,日後維修會是沉重的負擔。尤其越是特殊造型的橋梁,安裝後常會形成許多狹小的空間,對日後表面生鏽做修補的工作,造成很大的困擾。因此在設計時,就一定要考慮生命週期使用年限中,維修的頻率與成本,做妥善的規劃。

鋼橋防蝕的首先最普遍的選擇,當然是油漆。一個良好施作的油漆表面,可以保持至少5年以上的時間,可以不必做任何修補。但是目前鋼橋油漆施工的情形,良莠不齊,很多監造人員對於油漆附著最重要的表面清潔度及粗糙度等,都未能依規範規定加要求;再加上在運輸、吊裝過程中,多少都會造成一定程度的損害。如果沒有適當的加以處理修復,常造成日後防蝕的弱點。鋼鐵材料只要某些點生鏽就會膨脹,然後向內侵蝕而造成油漆片狀的剝離。又修補時,若不能將油漆與鋼鐵間已生鏽而產生縫隙的部分完全清理乾淨,即再次塗裝,常未隔多久就再次生鏽。

第二種常見的防蝕方式選擇就是熱浸鍍鋅。但熱浸鍍鋅在鋼橋的應用上有幾個弱點,首先鋅金屬較軟,直接暴露於風大的區域,容易發生直接磨蝕的狀況,所以並不見得適合,因此如要使用時一般都必須加上油漆,以改善磨蝕的問題。但油漆附著在軟鋅上面,其附著力相對其他的材料仍然較低;再來是熱浸鍍鋅的厚度,沒辦法自由選擇,並不會在鍍鋅槽浸越久而厚度越厚。如果要考量長時間免維修的需求時,可能就有鋅層厚度無法滿足防鏽間隔時間的問題。

再來熱浸鍍鋅使用在橋梁上時,由於箱型橋梁形體一般比較龐大,鍍鋅槽無法負荷,因此只能分成小部分方式鍍鋅後,再加以組裝銲接成為一體的施作方式。因此容易造成銲接品質受到鋅層影響、或是鍍鋅層遭受破壞的問題,施工上要特別留意。

除油漆及熱浸鍍鋅外,目前發展比較迅速的則是熱噴塗的工藝。利用不同的熱源,來加熱融化各種被噴塗的材料,如金屬或合金等,利用高速的氣流加以霧化,然後噴射到經過表面處理好的鋼材,例如噴砂處理的工件上,形成堆積層然後起到保護作用。由於噴塗時,工件的表面溫度較低,因此無熱應力釋放導致變形的問題,對於極高強度的鋼板(Q&T鋼板),也沒有熱處理上的顧慮,因此應用日趨廣泛。

鋼橋熱噴塗使用的材料,主要有以下幾種:

1.鋅:如同熱浸鍍鋅一樣,鋅金屬可以成為一個優良的犧牲陽極,從而保護鋼鐵材料不致於生鏽。

2.鋁:鋁的電位較鐵低,因此也能成為犧牲陽極而被使用。而且鋁的硬度高,氧化鋁表面緻密,能有效阻止進一步的氧化,有二氧化硫的工業或海洋大氣中使用,有很好的耐蝕性能。

3.鋅鋁合金:相較於純鋅,有較佳的耐蝕性;對於純鋁則有更好的陰極防護效果。因此以電弧噴塗鋁含量15%的鋅鋁合金(ZnAl 15),成為常用的選擇。

4.鋁鎂合金:表面氧化後可以成為特別保護性的氧化膜(MgAl2O4),對於金屬離子和氧的擴散,有阻隔作用。再加上與鐵金屬間的附著力很高,因此含有5%鎂的鋁鎂合金(AlMg 5)被大量使用在海上平台。

熱噴塗的塗層,本身並不是均勻的,是由很多粒子撞擊後堆積而成;因此還含有一定程度的孔隙、金屬氧化物、未完全融化的顆粒,以及一些其他內含成分等。所以一般在噴塗後必須做封孔處理較佳,如能再加以塗裝,更有美觀及增加防護效能的功效。有關熱噴塗塗裝或未塗裝的使用厚度,可以參考ISO 2063附錄B;其他國家的規範,如英國BS 5493、日本工業標準JIS H8300/8301也都可以參考。例如,在受到汙染的海洋大氣中,若要20年以上免維護、採用封閉表面的塗漆時,BS5493 Table3. Part 9.對於熱噴鋁之推薦厚度為150μm;熱喷鋅則為250μm[3]

隨著不斷的研究發展,已經有各種噴塗的材料與方法被發展出來。甚至,也可以依需求先噴一層鋅後,再噴上一層鋁或其他材料的複合式噴塗方式。又由於其厚度不受限制,在跨海大橋或海上風電等,要求長期不維修的防腐蝕上,扮演著重要的角色。

目前國內大型鋼橋在使用,已漸趨普遍的情況下,設計者對於日後維修的頻率與維修時的難易度,一定要加以考慮。選擇合適的防蝕方法,才能降低整個生命周期的成本。

參考資料:

1.劉澤山(2018)。「鋼結構施工」。

2.安云岐、易春龍(2010)。「鋼橋梁腐蝕防護與施工」人民交通出版社。

3.BS 5493Code of practice for protective coating of iron and steel structures against corrosion1977.

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