以浙江杭州灣新區(qū)某三跨連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)槔? 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(yàn), 鋼結(jié)構(gòu)件在加工內(nèi)場(chǎng)及外場(chǎng)的涂裝關(guān)鍵點(diǎn), 總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(duì)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?yàn)槿邕B續(xù)鋼桁梁橋, 長(zhǎng)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(jì)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(yàn)收規(guī)范》的要求來為主體鋼結(jié)構(gòu)選定表1所示的長(zhǎng)效型涂裝方案, 其中耐候性面漆的顏色按全橋景觀設(shè)計(jì)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(zhǎng)江大橋、貴州鴨池河桁架橋的施工經(jīng)驗(yàn), 上、下弦桿及腹桿等封閉型桿件的內(nèi)部?jī)H做預(yù)處理涂裝, 取消中間漆和面漆, 表面除銹達(dá)到GB/T 8923–1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》規(guī)定的St3級(jí), 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(duì)所有隅角部位以及拼接板的縫隙進(jìn)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(diǎn)：
(1) 醇溶性無機(jī)富鋅底漆用于打底及調(diào)平, 其陰極保護(hù)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(shí)防銹的要求。
(2) 環(huán)氧封閉漆能夠杜絕空氣侵入底漆, 同時(shí)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(fēng)險(xiǎn);環(huán)氧云鐵中間漆含云母, 起到封閉、保護(hù)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(hù)中間漆;第二道面漆則是防止第一道面漆在運(yùn)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(hù)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(shí)間分別為3 000 h和1 000 h) , 以及承受構(gòu)件變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[3]。
1.3、涂裝工藝試驗(yàn)：
選取涂有車間底漆 (醇溶性無機(jī)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(yàn)確認(rèn)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(píng)定項(xiàng)目為涂層厚度 (采用干膜測(cè)厚儀檢測(cè)) , 施工方法為高壓無氣噴涂法及電弧噴鋁法, 試驗(yàn)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(diǎn), Tb為基體表面溫度, Td為環(huán)境溫度, RH為相對(duì)濕度;后同。
1.4、施工準(zhǔn)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(dá)到GB 8923規(guī)定的Sa2.5級(jí), 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(duì)零件邊角部位進(jìn)行倒角、打磨處理。鋼結(jié)構(gòu)加工完成后要進(jìn)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(diǎn)及油漬, 在光滑的鋼材表面做出粗糙度。涂裝有手工及機(jī)械噴涂。
2、涂裝施工：
2.1、總體安排：
在鋼結(jié)構(gòu)件加工場(chǎng)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(dāng)加厚涂膜, 對(duì)密封區(qū)域進(jìn)行密閉封堵。橋面板頂面的臨時(shí)防腐是在廠內(nèi)噴砂除銹至Sa2.5級(jí)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(yùn)到橋址現(xiàn)場(chǎng)拼裝成橋, 并完成焊縫處理、破損處修補(bǔ)及橋面焊縫涂裝。最后對(duì)整橋外表面 (含橋面系) 總體涂裝第二道面漆, 以及做好護(hù)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(duì)表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)、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(bǔ)焊→打磨→用清洗劑清洗油污→吹凈→干燥。為增強(qiáng)漆膜與鋼材的力, 應(yīng)對(duì)二次除銹后的鋼材表面進(jìn)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(bǔ)涂時(shí)采用。表面噴砂處理經(jīng)檢驗(yàn)合格后應(yīng)保護(hù)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(jī)將涂料的各組分?jǐn)嚢杈鶆? 必要時(shí)進(jìn)行過濾, 再按要求進(jìn)行調(diào)配。底漆與中間漆的最長(zhǎng)暴露時(shí)間不超過7 d。兩道面漆間隔若超過7 d, 需用細(xì)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(jìn)行電弧噴鋁, 通過調(diào)節(jié)施工參數(shù)來做到鋁層顆粒細(xì)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(bǔ)涂裝：
最后一道面漆在鋼橋合攏后涂裝。在此之前應(yīng)對(duì)運(yùn)輸、安裝過程中破損的涂層進(jìn)行修補(bǔ), 先打磨破口, 再逐層補(bǔ)涂油漆, 從補(bǔ)涂底漆開始, 底漆固化后再涂中間漆。
小面積涂層的修補(bǔ)可采用機(jī)械除銹, 根據(jù)涂層配套進(jìn)行修補(bǔ), 可手涂至設(shè)計(jì)厚度。
2.5.2、面漆的涂裝：
涂裝最后一道面漆之前, 對(duì)全橋整體拉毛及修補(bǔ)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(yàn)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(hào)砂紙打毛油漆表面, 再用抹布擦凈表面灰塵。
對(duì)于已涂裝完畢的節(jié)段, 應(yīng)避免涂層損傷, 嚴(yán)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(jìn)行相應(yīng)的表面處理, 及時(shí)進(jìn)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(dāng)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?zhàn)犹钛a(bǔ)封閉, 干燥后適當(dāng)打磨, 再涂裝。
3、經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)：
3.1、高強(qiáng)螺栓連接處生銹報(bào)廢：
初期由于工期緊張, 未及時(shí)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(chǎng)檢測(cè)小于0.45, 使它們?nèi)繄?bào)廢。這是由于高強(qiáng)螺栓和栓接面在高強(qiáng)螺栓擰完報(bào)驗(yàn)合格后未及時(shí)進(jìn)行涂裝, 結(jié)果遭遇下雨, 雨水滲進(jìn)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(duì)于外露積水的高強(qiáng)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(bào)驗(yàn)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(fēng)) 之間的關(guān)系, 認(rèn)為如果涂裝通用的環(huán)氧云鐵中間漆的目標(biāo)膜厚為150μm, 實(shí)際所需要的換氣量在封閉的廠房?jī)?nèi)很難達(dá)到。因此改進(jìn)了車間的通風(fēng)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(shí)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(jìn)行部分鋼結(jié)構(gòu)單元節(jié)的氟碳面漆施工時(shí), 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(chǎng)情況, 通過調(diào)整噴涂工序及進(jìn)行局部面漆試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)噴涂速率為1.2 m/s或0.2 m2/s, 搭幅為33%時(shí), 所得漆膜平整, 無異常, 針孔問題也未再發(fā)生。
4、現(xiàn)場(chǎng)施工的要點(diǎn)：
(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(shí)需要適當(dāng)延長(zhǎng)環(huán)氧涂料的干燥時(shí)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(shí), 按上限加入稀釋劑容易造成環(huán)氧中間漆干燥緩慢, 短時(shí)間內(nèi)再噴涂氟碳面漆會(huì)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(shí)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(chǎng)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(yán)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(shí)誤用了慢干稀釋劑, 造成施工時(shí)間過長(zhǎng), 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(chǎng)施工動(dòng)態(tài), 加強(qiáng)施工時(shí)的記錄, 認(rèn)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(shí)測(cè)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(huì)造成不同部位的結(jié)合力不均。此時(shí)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(yuǎn)容易霧噴。為防止漆霧影響, 可先對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)噴。至于高強(qiáng)螺栓涂裝, 要先做清潔處理, 并從多個(gè)方向噴涂, 才能保證均勻覆蓋。
5、結(jié)語(yǔ)：
本項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)涂裝嚴(yán)格按照涂裝技術(shù)要求進(jìn)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
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