以浙江杭州灣新區(qū)某三跨連續(xù)鋼桁梁橋為例, 介紹了海洋大氣環(huán)境下鋼橋防腐涂裝體系的選擇, 涂裝工藝試驗, 鋼結(jié)構(gòu)件在加工內(nèi)場及外場的涂裝關(guān)鍵點, 總結(jié)了經(jīng)驗與教訓(xùn)。
海洋及近海區(qū)的大氣中多存在腐蝕性氣流, 加上晝夜溫差大, 濕度又高, 這些因素對鋼結(jié)構(gòu), 特別是承重鋼結(jié)構(gòu)橋梁的影響是致命的, 輕則影響橋梁的外觀, 重則造成橋梁損毀, 因此必須對此環(huán)境下服役的鋼結(jié)構(gòu)橋梁采取相應(yīng)的涂裝措施。
位于浙江杭州灣新區(qū) (該地區(qū)為典型的海洋大氣環(huán)境, 腐蝕環(huán)境類別為C5-M) 的某大橋為三跨連續(xù)鋼桁梁橋, 長227.7 m, 寬41.5 m, 其橋型總體布置立面圖如圖1所示。橫斷面采用兩片主桁布置, 主桁中心間距25.8 m。主體結(jié)構(gòu)采用Q345D鋼, 栓焊結(jié)合。
圖1 杭州灣新區(qū)某橋梁的總體布置圖 (立面) Figure 1 Overall layout (elevation) of a bridge in the Hangzhou Bay New District
圖1 杭州灣新區(qū)某橋梁的總體布置圖 (立面) Figure 1 Overall layout (elevation) of a bridge in the Hangzhou Bay New District
1、防腐涂裝體系的選擇：
根據(jù)橋梁所處環(huán)境、設(shè)計要求和橋梁的結(jié)構(gòu)部位, 結(jié)合相關(guān)理論]、JT/T 722–2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》及GB 50205–2017《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求來為主體鋼結(jié)構(gòu)選定表1所示的長效型涂裝方案, 其中耐候性面漆的顏色按全橋景觀設(shè)計要求來確定。
1.1 內(nèi)表面 (即箱型桿件內(nèi)部空間) 的涂裝
考慮到鋼結(jié)構(gòu)加工期間焊接及涂裝交叉施工等不利因素, 參考南京大勝關(guān)長江大橋、貴州鴨池河桁架橋的施工經(jīng)驗, 上、下弦桿及腹桿等封閉型桿件的內(nèi)部僅做預(yù)處理涂裝, 取消中間漆和面漆, 表面除銹達到GB/T 8923–1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》規(guī)定的St3級, 僅設(shè)1道厚度≥60μm的環(huán)氧富鋅底漆。施工完成后用航空密封膠對所有隅角部位以及拼接板的縫隙進行填塞。
表1 主體鋼結(jié)構(gòu)的涂裝方案Table 1 Painting scheme for the main steel structure
表1 主體鋼結(jié)構(gòu)的涂裝方案Table 1 Painting scheme for the main steel structure
1.2、涂層體系的性能特點：
(1) 醇溶性無機富鋅底漆用于打底及調(diào)平, 其陰極保護作用可使鋼材不易發(fā)生銹蝕;環(huán)氧磷酸鋅底漆可滿足鋼結(jié)構(gòu)臨時防銹的要求。
(2) 環(huán)氧封閉漆能夠杜絕空氣侵入底漆, 同時起到隔離作用, 降低底漆與中間漆發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致中間漆起泡的風險;環(huán)氧云鐵中間漆含云母, 起到封閉、保護涂層的作用。
(3) 第一道面漆在廠內(nèi)完成可以節(jié)省工地的涂裝工作量, 保證涂裝質(zhì)量, 并能保護中間漆;第二道面漆則是防止第一道面漆在運輸、安裝過程中出現(xiàn)破損之后的重涂, 統(tǒng)一色調(diào)。
該體系在15～25 a內(nèi)能最大限度地保護鋼結(jié)構(gòu)不受有害氣體、干濕變化等侵害, 具有優(yōu)異的裝飾性能, 抗紫外線、防老化 (氟碳面漆和聚氨酯面漆的耐人工加速老化時間分別為3 000 h和1 000 h) , 以及承受構(gòu)件變形能力強的優(yōu)點[3]。
1.3、涂裝工藝試驗：
選取涂有車間底漆 (醇溶性無機硅酸鋅) 的試板 (厚度為14 mm) , 漆膜厚度選用上限, 即25μm。施工前, 通過試驗確認表面處理及噴涂的工藝參數(shù), 為后續(xù)施工及批量涂裝生產(chǎn)提供有效的技術(shù)依據(jù)。在滿足表面處理要求的情況下, 確定并記錄空氣壓力、噴射角度、噴射速率等工藝參數(shù)。采用的階梯試件1、2的規(guī)格均為300 mm×200 mm×12 mm, 評定項目為涂層厚度 (采用干膜測厚儀檢測) , 施工方法為高壓無氣噴涂法及電弧噴鋁法, 試驗結(jié)果見表2～5。
表2 噴砂除銹的施工要求Table 2 Construction requirements of sand blasting for removal of rust
表2 噴砂除銹的施工要求Table 2 Construction requirements of sand blasting for removal of rust
注:Ta為露點, Tb為基體表面溫度, Td為環(huán)境溫度, RH為相對濕度;后同。
1.4、施工準備：
1.4.1、鋼材預(yù)處理：
在鋼材預(yù)處理流水線上完成鋼板和各種型材的預(yù)處理, 表面除銹達到GB 8923規(guī)定的Sa2.5級, Rz 30～70μm, 并噴涂一道車間底漆以防止鋼材在加工過程中銹蝕。要注意優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)加工, 對零件邊角部位進行倒角、打磨處理。鋼結(jié)構(gòu)加工完成后要進行二次噴砂, 清除車間底漆以便于噴涂底漆。
表3 除銹后試件表面的粗糙度Table 3 Roughness of the samples after removal of rust 表4 涂料噴涂的施工要求Table 4 Construction requirements of paint spraying 表5 電弧噴涂的施工要求Table 5 Construction requirements of arc spraying
表3 除銹后試件表面的粗糙度Table 3 Roughness of the samples after removal of rust
表4 涂料噴涂的施工要求Table 4 Construction requirements of paint spraying
表5 電弧噴涂的施工要求Table 5 Construction requirements of arc spraying
1.4.2、涂裝車間設(shè)施：
涂裝廠房按“噴涂合一”配置, 執(zhí)行“一噴一涂”工藝方案, 即需要具備保溫除濕功能的噴砂車間和涂裝車間。噴砂是為了防止灰塵, 清除鋼材上的污點及油漬, 在光滑的鋼材表面做出粗糙度。涂裝有手工及機械噴涂。
2、涂裝施工：
2.1、總體安排：
在鋼結(jié)構(gòu)件加工場地完成單元節(jié) (上、下弦桿, 腹桿, 橋門架等) 的涂裝, 流程如圖2所示, 即單節(jié)鋼桁外表面完成噴砂除銹、電弧噴鋁及油漆涂裝;桿件內(nèi)部表面完成噴砂除銹預(yù)處理及涂裝, 噴涂或刷涂耐熱環(huán)氧富鋅底漆, 并適當加厚涂膜, 對密封區(qū)域進行密閉封堵。橋面板頂面的臨時防腐是在廠內(nèi)噴砂除銹至Sa2.5級后噴涂60μm厚的環(huán)氧磷酸鋅底漆。
鋼結(jié)構(gòu)各單元節(jié)在廠內(nèi)防腐涂裝完后, 運到橋址現(xiàn)場拼裝成橋, 并完成焊縫處理、破損處修補及橋面焊縫涂裝。最后對整橋外表面 (含橋面系) 總體涂裝第二道面漆, 以及做好護欄等附屬工程。
圖2 鋼板和型材 (正反面) 在車間的預(yù)處理涂裝工藝流程Figure 2 Process for pretreatment and coating primer on steel sheets and profiles (both front and back sides needed) in workshop
圖2 鋼板和型材 (正反面) 在車間的預(yù)處理涂裝工藝流程Figure 2 Process for pretreatment and coating primer on steel sheets and profiles (both front and back sides needed) in workshop
2.2、表面清理工藝：
表面清理包括對表面缺陷進行修補、打磨, 以及清除鋼板表面的氧化皮、油污、可溶鹽等。工藝流程為:焊接缺陷補焊→打磨→用清洗劑清洗油污→吹凈→干燥。為增強漆膜與鋼材的力, 應(yīng)對二次除銹后的鋼材表面進行清潔處理:先用壓縮空氣吹凈表面的粉粒, 再用無油污的干凈棉紗或碎布抹凈。
2.3、噴漆的技術(shù)要求：
采用刷涂法及高壓無氣噴涂法, 其中刷涂屬手工操作, 只在預(yù)涂和小面積補涂時采用。表面噴砂處理經(jīng)檢驗合格后應(yīng)保護好清潔的表面, 并在4 h內(nèi)噴涂底漆。噴底漆前, 還應(yīng)預(yù)涂所有焊縫、邊角以及所有不易噴涂的部位。所有預(yù)涂均采用刷涂。用攪拌機將涂料的各組分攪拌均勻, 必要時進行過濾, 再按要求進行調(diào)配。底漆與中間漆的最長暴露時間不超過7 d。兩道面漆間隔若超過7 d, 需用細砂紙打磨拉毛。
2.4、金屬噴涂的技術(shù)要求：
采用十字噴涂法進行電弧噴鋁, 通過調(diào)節(jié)施工參數(shù)來做到鋁層顆粒細小, 以降低鋁層的孔隙率。摩擦面涂裝范圍從孔群最外側(cè)螺栓孔壁外延80 mm, 要做到摩擦面、噴涂面規(guī)整, 無波浪邊。
2.5、工地涂裝：
2.5.1、涂層損壞處的修補涂裝：
最后一道面漆在鋼橋合攏后涂裝。在此之前應(yīng)對運輸、安裝過程中破損的涂層進行修補, 先打磨破口, 再逐層補涂油漆, 從補涂底漆開始, 底漆固化后再涂中間漆。
小面積涂層的修補可采用機械除銹, 根據(jù)涂層配套進行修補, 可手涂至設(shè)計厚度。
2.5.2、面漆的涂裝：
涂裝最后一道面漆之前, 對全橋整體拉毛及修補涂層, 確保表面沒有油污、灰塵。拉毛后的油漆表面應(yīng)盡快涂裝第二道面漆。
工地連接焊縫經(jīng)檢驗合格后, 其表面應(yīng)噴砂除銹至St3。清潔已噴涂涂層表面的污染處, 修復(fù)損壞的涂層, 然后涂裝整橋的面漆。
表面清潔的方法與步驟: (1) 可用環(huán)氧稀釋劑擦洗掉鋼結(jié)構(gòu)件外表面較明顯的油污; (2) 用潔凈的清水高壓沖洗表面, 除去鋼結(jié)構(gòu)件外表面的鹽分、灰塵等; (3) 用環(huán)氧稀釋劑擦試鋼結(jié)構(gòu)件外表面一遍, 除去表面殘留的不易觀察到的油污; (4) 待鋼結(jié)構(gòu)件外表面環(huán)氧稀釋劑揮發(fā)后用1號砂紙打毛油漆表面, 再用抹布擦凈表面灰塵。
對于已涂裝完畢的節(jié)段, 應(yīng)避免涂層損傷, 嚴禁碰撞和擦傷涂層, 盡量減少重新電焊等作業(yè)。
2.6、焊縫的處理：
涂裝前清除焊縫表面缺陷、焊渣和污染物, 然后進行相應(yīng)的表面處理, 及時進行后續(xù)涂裝。
在保證焊縫區(qū)域底漆厚度的基礎(chǔ)上, 可適當增加中間層的厚度, 一般為原厚度的1.2倍, 如一道中間漆厚度可由75μm最大增至90μm。桿件拼裝完成后, 所有隅角部位和拼接板間的縫隙都必須用彈性膩子填補封閉, 干燥后適當打磨, 再涂裝。
3、經(jīng)驗與教訓(xùn)：
3.1、高強螺栓連接處生銹報廢：
初期由于工期緊張, 未及時封堵局部外露的高栓群孔, 兩處共4塊摩擦面的抗滑移系數(shù)現(xiàn)場檢測小于0.45, 使它們?nèi)繄髲U。這是由于高強螺栓和栓接面在高強螺栓擰完報驗合格后未及時進行涂裝, 結(jié)果遭遇下雨, 雨水滲進摩擦面留下紅色銹水, 給摩擦面帶來較大的質(zhì)量隱患。因此, 對于外露積水的高強螺栓, 建議用聚硫彈性密封膠封堵拼接板四周縫隙, 以防止雨水從絲口處滲入, 并在報驗合格后12 h以內(nèi)完成摩擦面涂裝。
3.2、外表面涂裝中面漆與中間漆之間結(jié)合力不良：
在部分鋼桁外表面涂裝施工中, 出現(xiàn)聚氨酯面漆與環(huán)氧云鐵中間漆之間結(jié)合力不良, 致面漆脫落的質(zhì)量事故。通過分析結(jié)合力與環(huán)境因素 (包括稀釋劑、晝夜溫差和通風) 之間的關(guān)系, 認為如果涂裝通用的環(huán)氧云鐵中間漆的目標膜厚為150μm, 實際所需要的換氣量在封閉的廠房內(nèi)很難達到。因此改進了車間的通風條件以加速溶劑釋放, 從而避免涂膜內(nèi)溶劑殘留。另外, 采用快干型環(huán)氧中間漆, 并在環(huán)境溫度較低的時間段施工來保證中間漆的干燥速率。經(jīng)復(fù)檢, 該問題得到很好的解決。
3.3、氟碳面漆局部出現(xiàn)針孔：
1月份在進行部分鋼結(jié)構(gòu)單元節(jié)的氟碳面漆施工時, 由于氣溫驟降, 涂料施工性能與環(huán)境不匹配, 且中間漆干膜表面吸附了小分子水, 致使面漆有密集針孔、魚眼和流掛缺陷。根據(jù)現(xiàn)場情況, 通過調(diào)整噴涂工序及進行局部面漆試驗, 發(fā)現(xiàn)噴涂速率為1.2 m/s或0.2 m2/s, 搭幅為33%時, 所得漆膜平整, 無異常, 針孔問題也未再發(fā)生。
4、現(xiàn)場施工的要點：
(1) 在低溫高濕的條件下, 常規(guī)環(huán)氧中間漆受封閉環(huán)境的影響, 涂膜內(nèi)部的稀釋劑揮發(fā)緩慢甚至不揮發(fā), 氟碳面漆又較致密, 以至于中間漆內(nèi)溶劑滯留, 影響層間結(jié)合力。此時需要適當延長環(huán)氧涂料的干燥時間, 干透后方可上面漆。
(2) 由于環(huán)氧中間漆具有較好的抗流掛性, 因此要根據(jù)溫度、濕度、噴涂膜厚和噴漆工的技術(shù)來控制稀釋劑的添加量, 一般在5%～20%之間。但在氣溫低時, 按上限加入稀釋劑容易造成環(huán)氧中間漆干燥緩慢, 短時間內(nèi)再噴涂氟碳面漆會造成底層溶劑滯留, 從而導(dǎo)致層間結(jié)合力差。因此氣溫低時要相應(yīng)減少環(huán)氧中間漆中稀釋劑的添加量。
(3) 施工現(xiàn)場根據(jù)氣溫和濕度的不同分別采用慢干稀釋劑和快干稀釋劑。由于工藝上沒有嚴格區(qū)分稀釋劑的使用溫度和濕度, 因此部分桿件在中涂時誤用了慢干稀釋劑, 造成施工時間過長, 受濕度影響較大, 且與面漆間結(jié)合力不良。中間漆采用快干產(chǎn)品, 涂層反應(yīng)活性更高, 硬度更好, 因此要注意選用快干稀釋劑, 提高涂膜的干燥速率, 縮短涂層間的涂裝間隔。
(4) 密切關(guān)注現(xiàn)場施工動態(tài), 加強施工時的記錄, 認真控制產(chǎn)品攪拌、活化等環(huán)節(jié), 通過監(jiān)控溫度、濕度等條件, 及時測試分段中間漆和面漆的干燥情況, 以確定下一道施工與否, 控制涂裝間隔。如晝夜溫差很大, 涂膜難以均勻干燥, 會造成不同部位的結(jié)合力不均。此時應(yīng)盡可能減少施工, 原則上中間漆不用拉毛處理便可涂面漆。
(5) 高壓無氣噴槍與噴涂表面應(yīng)保持30 cm左右的距離, 而噴槍角度接近90°, 距離太遠容易霧噴。為防止漆霧影響, 可先對下部結(jié)構(gòu)進行預(yù)噴。至于高強螺栓涂裝, 要先做清潔處理, 并從多個方向噴涂, 才能保證均勻覆蓋。
5、結(jié)語：
本項目的鋼結(jié)構(gòu)涂裝嚴格按照涂裝技術(shù)要求進行, 通過控制相關(guān)質(zhì)量及關(guān)鍵工序, 成功地完成了防腐涂裝工程, 涂層的防腐性能及外觀效果良好, 可供類似工程參考。a
青島不二噴砂科技有限公司
地址：山東青島市棘洪灘北萬工業(yè)區(qū)（濟青收費站附近）
郵箱：sdbuer10@163.com
網(wǎng)址：http://qd8090.com/
