橋梁防腐徐浦大橋鋼箱梁涂層翻新工藝
2010-12-20
介紹了徐浦大橋原涂層配套及維修前銹蝕等級(jí)、使用壽命在30年以上的新涂裝配套方案設(shè)計(jì)、翻新工程的工藝參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
1、工程概況
徐浦大橋是黃浦江上的第3座大橋，其中鋼箱梁約1.1萬(wàn)t，總面積約68000m2，1997年1月涂裝施工結(jié)束。按業(yè)主和設(shè)計(jì)單位的指定。
根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO12944-2中大氣腐蝕環(huán)境分類的定義，徐浦大橋鋼箱梁處于c3（中等）的腐蝕環(huán)境。其中，暴露1a后，單位面積上低碳鋼及鋅層質(zhì)量的損失量（或厚度損失量）是涂裝設(shè)計(jì)的依據(jù)。ISO12944-5對(duì)腐蝕環(huán)境、使用壽命和漆膜厚度作了系統(tǒng)規(guī)定。
標(biāo)準(zhǔn)中提出涂裝配套系統(tǒng)的高耐久性的使用壽命為大于15a。在ISO12944標(biāo)準(zhǔn)中特別強(qiáng)調(diào)了預(yù)期的耐久性與涂裝設(shè)計(jì)使用壽命是同一概念。耐久性不是商業(yè)上的擔(dān)保時(shí)間，而是指配套涂層達(dá)到第一次大修前的時(shí)間，此時(shí)涂層狀態(tài)應(yīng)達(dá)到IS04628-3的Ri級(jí)，銹蝕面積為1%。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，徐浦大橋的涂層應(yīng)具有大于15a的使用壽命。但在2004年，我公司有關(guān)人員在例行檢查中發(fā)現(xiàn)涂層銹蝕等級(jí)已達(dá)到IS04628-3的Ri3級(jí)，銹蝕面積已達(dá)到了1%。根據(jù)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)維修是最經(jīng)濟(jì)有效的階段。2004年3月，上海浦江橋隧運(yùn)營(yíng)管理有限公司決定對(duì)徐浦大橋鋼箱梁中的2萬(wàn)m2進(jìn)行大修。
涂層配套方案及規(guī)定膜厚的設(shè)計(jì)大橋涂層在使用期間內(nèi)若頻繁地進(jìn)行維修保養(yǎng)，不僅會(huì)花費(fèi)巨額維護(hù)費(fèi)用，更重要的是涂層維修施工中噴砂、打磨等作業(yè)會(huì)嚴(yán)重影響正常的交通安全，且對(duì)環(huán)境保護(hù)不利。因此有效保護(hù)大橋鋼構(gòu)件，延長(zhǎng)涂層使用壽命是涂裝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。
鋅層含量以97%計(jì)算，100μm鋅層防護(hù)年限為：
2、防腐方法
對(duì)這種多孔金屬噴涂層，在噴涂以后，選用合適的封閉涂料進(jìn)行封閉處理，或者在封閉后再進(jìn)行涂裝，形成復(fù)合防護(hù)體系，可大大提高防腐性能，達(dá)到長(zhǎng)久防護(hù)的目的。荷蘭熱鍍研究所通過(guò)20余年的研究指出，噴涂Al、Zn以后，進(jìn)行封閉處理，其耐蝕性可比單一噴金屬涂層和單一封閉涂層的壽命的總和高出50%～120%，此謂之協(xié)同效。
如100μm鋅層的防腐年限為18a，110μm重防腐涂料的防腐年限至少2a，按協(xié)同效應(yīng)，總的防護(hù)壽命至少為：
?。?8+2）X150%=30a
對(duì)照方案可達(dá)到30a的使用壽命。30a后涂層的銹蝕等級(jí)為ISO4628-3的Ri3級(jí)，銹蝕面積為1%。
3、涂裝工藝及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)
高質(zhì)量的涂層配套需用先進(jìn)的涂裝工藝技術(shù)來(lái)實(shí)施，因此設(shè)計(jì)了涂裝工藝流程和相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。
帶舊漆膜鋼箱梁→去除松動(dòng)漆皮、局部污垢、焊縫打磨除銹→噴砂處理→用有機(jī)溶劑擦拭局部油斑→干燥壓縮空氣吹盡灰塵及砂粒等→電弧噴鋅或鋅鋁層→噴涂封閉漆→噴涂二道面漆→檢查質(zhì)量→修補(bǔ)→交驗(yàn)。
3.1噴砂
在鋼箱梁翻新工藝中，噴砂處理是其中重要的一環(huán)，經(jīng)過(guò)噴砂處理使鋼箱梁表面具有一定的清潔度和粗糙度，提高了鋼材表面的活化度和表面積，也就增強(qiáng)了金屬涂層與鋼材的結(jié)合力，改善了鋅及鋅鋁涂層內(nèi)的應(yīng)力分布狀態(tài)。
3.1.1噴砂設(shè)備
本工程中采用北京某涂裝機(jī)械制造廠生產(chǎn)的型號(hào)為JLR-1D型自動(dòng)循環(huán)回收式噴砂機(jī)。該機(jī)屬環(huán)保型產(chǎn)品，噴砂后的粉塵由該機(jī)自動(dòng)吸除，碎磨料及粉塵等不會(huì)外溢或落人黃浦江中。同時(shí)，在施工現(xiàn)場(chǎng)還采用了三防布圍遮，以形成相對(duì)封閉的空間，不影響周邊環(huán)境。
3.1.2磨料
針對(duì)循環(huán)式噴吸砂機(jī)的工作特性，廠商指定必須采用棱角鋼砂或棕剛玉砂。
經(jīng)過(guò)上述技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析，采用棱角鋼砂作為磨料，磨料的特性分析見(jiàn)表3。由于粗糙度的大小主要決定于磨料的顆粒直徑；徐浦大橋涂層總厚度為200μm左右；為了保證涂層的附著力，噴砂后鋼材表面粗糙度Rz為70μm左右；因此合適的棱角鋼砂粒度應(yīng)為G14～G18，顆粒直徑1.0～1.7cm。磨料必須無(wú)油、無(wú)塵、無(wú)返潮結(jié)塊現(xiàn)象。
3.1.3噴砂工藝
要保證壓縮空氣的質(zhì)量，特別在供氣管線上要安裝有效的油水分離器，使壓縮空氣清潔干燥、無(wú)油、無(wú)其他污物。在相對(duì)濕度（RH）小于85%的條件下，噴砂后的鋼材表面在4h內(nèi)需噴涂鋅或鋅鋁合金。
3.2電弧噴鋅
近幾年來(lái)，金屬噴涂層廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁的新建、重建或表面維修。金屬熱噴涂主要有噴鋅、噴鋁和噴鋅鋁合金等。在對(duì)鋼鐵的保護(hù)方面，鋅層的陰極保護(hù)作用突出；鋁層的耐蝕性能好；鋅鋁合金層有更強(qiáng)的保護(hù)作用，它的電位接近鋅，而耐蝕速度接近鋁，綜合性能優(yōu)于鋅、鋁層。這就是徐浦大橋選用噴鋅和噴鋅鋁合金的理由。
3.2.1鋅鋁絲
絲材質(zhì)量直接決定鍍層質(zhì)量。特別是絲材不純會(huì)直接導(dǎo)致金屬涂層腐蝕速率增大。耐蝕性能下降。
停止使用時(shí)，鋅鋁絲需覆蓋、包扎，以保證清潔。稍有沾污，應(yīng)用清潔抹布擦凈。
3.2.2熱噴涂設(shè)備
工程中采用了日本產(chǎn)AS-400大功率電弧噴涂機(jī)，德國(guó)制造的SRC-15空壓機(jī)和SSD10AA空氣冷干機(jī)組成的整體熱噴涂系統(tǒng)。其中，日本產(chǎn)的DA1HENAS-400電弧噴涂機(jī)具有下列特點(diǎn)。
噴涂電源。采用了先進(jìn)的雙向電源控制回路設(shè)備，高效耐用，而且使電流穩(wěn)定。
送絲裝置。研制的新型同步雙推和四輪驅(qū)動(dòng)送絲裝置，能準(zhǔn)確供給鋅鋁等軟質(zhì)細(xì)絲，且電弧穩(wěn)定。同時(shí)，該機(jī)有先進(jìn)的遙控接受、電纜端口接送系統(tǒng)，取代常規(guī)的溶絲圈交換技術(shù)，使噴搶裝置能保證絲材相交點(diǎn)始終位于霧化氣流中心，電弧燃燒穩(wěn)定。
噴槍的輕量化。槍體質(zhì)量?jī)H為1.5kg，噴槍與電纜質(zhì)量小，減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
高防塵性能。電源及送絲裝置均使用了防塵保護(hù)系統(tǒng)。
3.2.3技術(shù)條件
電弧噴涂熱源。電弧噴涂時(shí)的功率是由電弧電壓和電弧電流決定的，因此也就決定了熱源參數(shù)。在適當(dāng)?shù)碾娀‰妷悍秶鷥?nèi)，噴涂過(guò)程穩(wěn)定，粒子射流集中，尺寸均勻細(xì)?。贿^(guò)低則熔化熱量不足，短路現(xiàn)象頻繁，電弧不穩(wěn)定；過(guò)高則射流角度增大，霧化效果差。雖然AS400噴涂機(jī)輸出電壓范圍可控制在14～36V范圍，但在徐浦大橋電弧噴涂工藝中，一般控制在20～24V，效果最好。
噴涂工作電流決定著噴涂生產(chǎn)效率，加大工作電流可提高生產(chǎn)效率，并可減少鍍層的氣孔率與氧化物，在實(shí)際工程中，采用的電流為200A，對(duì)保證涂層質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率十分有利。
霧化技術(shù)參數(shù)的控制。在工程中，采用了壓縮空氣作為氣源，壓縮空氣的壓力和流量對(duì)顆粒的細(xì)化、加速以及鍍層的質(zhì)量有明顯的影響。實(shí)踐證明，噴涂中，工作氣壓控制在0.69MPa、流量為1.3m3/min最為適宜。
操作工藝參數(shù)的控制。
環(huán)境及其他條件控制。環(huán)境條件中的露點(diǎn)和濕度也是影響鍍層質(zhì)量的主要因素，雨天、霧天應(yīng)停止施工；在相對(duì)濕度大于85%、鋼板表面溫度小于露點(diǎn)溫度3時(shí)，應(yīng)停止鋅鋁層的噴涂，同時(shí)也應(yīng)保證壓縮空氣無(wú)油、無(wú)水。
3.3鋅、鋅鋁金屬涂層的封閉處理
常規(guī)電弧噴涂層的孔隙率為3%～5%；涂層為層狀堆積結(jié)構(gòu)，且表面粗糙；腐蝕介質(zhì)會(huì)通過(guò)這些孔隙滲入鋼鐵基體而發(fā)生點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致涂層失效，因此必須對(duì)鋅、鋅鋁涂層進(jìn)行封閉處理。
3.3.1封閉劑的選擇
封閉劑必須具有下列性能：
?、僮銐虻臐B透性；
?、谂c鋅或鋅鋁涂層間有較高的結(jié)合強(qiáng)度；
?、勰突瘜W(xué)或有機(jī)溶劑的能力強(qiáng)，與復(fù)涂的中層漆、面漆有優(yōu)異的配套性能；
?、苁┕ば阅芰己谩?br />
經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的分析和重點(diǎn)工程的施工實(shí)踐，選擇環(huán)氧云鐵中層漆作為鋅、鋅鋁涂層的封閉涂料。
3.3.2封閉涂料的施工要點(diǎn)
鋅及鋅鋁層噴涂后，在相對(duì)濕度小于85%的狀態(tài)下，為避免涂層表面沾污，4h內(nèi)進(jìn)行封閉處理；
封閉前用干燥、清潔的壓縮空氣吹凈表面浮塵；
環(huán)氧云鐵封閉漆的甲、乙組分混合后充分?jǐn)嚢瑁脤Ｓ孟♂寗┫♂屩?0%～40%后使用；
針對(duì)大橋施工的特點(diǎn)，采用刷涂辦法，操作認(rèn)真細(xì)致，既不漏涂，又保證封閉涂料能充分滲入金屬涂層的孔隙之中。
3.3.3控制封閉漆膜厚的工藝措施
環(huán)氧云鐵封閉漆規(guī)定干膜厚為30μm。太薄了起不到滲透封閉的效果，太厚了影響涂層的附著力。在實(shí)際生產(chǎn)中，也很難用濕、干膜檢測(cè)儀檢測(cè)膜厚。通過(guò)封閉涂料的理論涂布量及損耗系數(shù)的計(jì)算，以等量面積涂布等量的封閉漆的辦法來(lái)控制膜厚，這個(gè)工藝措施收到了較好的效果。
3.4面漆的涂裝
3.4.1面漆類型的選擇
為提高涂層的防腐能力，同時(shí)又能滿足徐浦大橋鋼箱梁在色澤上的要求，必須噴涂面漆。選擇了與原丙烯酸聚氨酯面漆顏色相同的氯化橡膠面漆，理由是：
①氯化橡膠面漆系單組分的厚膜型涂料，無(wú)熟化期、混合使用期和貯存期的限制；
②氯化橡膠面漆常溫固化，施工方便，可刷、輥涂，有氣噴涂、無(wú)氣噴涂；
?、叟c環(huán)氧云鐵封閉漆配套性能良好；
?、苈然鹉z面漆防腐蝕性能優(yōu)異，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，性價(jià)比高。
3.4.2施工要點(diǎn)
結(jié)合實(shí)際，采用輥涂辦法，2道達(dá)到D.F.T.80μm，在電焊縫和邊角等輥不到的地方，需用刷涂補(bǔ)充；
一定要在環(huán)氧云鐵封閉漆完全固化后才能復(fù)涂氯化橡膠面漆；
為保證膜厚，氯化橡膠面漆經(jīng)充分?jǐn)嚢韬螅捎脤Ｓ孟♂寗?，稀釋率小?%。
3.4.3環(huán)境條件控制
在相對(duì)濕度（RH）大于85%條件下的雨天、霧天等，應(yīng)停止施工；
認(rèn)真進(jìn)行露點(diǎn)管理，在鋼板表面溫度大于露點(diǎn)溫度3℃時(shí)，才能涂裝施工；
在氣溫高于30℃時(shí)，為保證氯化橡膠面漆的流平性，亦應(yīng)停止涂刷。
4、涂裝質(zhì)量的控制與檢驗(yàn)
質(zhì)量是工程的生命線，因此對(duì)徐浦大橋工程中涂裝質(zhì)量控制貫穿在每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)中。主要掌握的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量管理的辦法有以下幾方面。
4.1噴涂前鋼材表面處理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
4.1.1清潔度
在GB11373-1989“熱涂金屬件表面預(yù)處理通則和GB/t9797-1997”金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層、熱噴涂鋅、鋁及其合金“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，鋼材表面預(yù)處理清潔度達(dá)到GB8923-88的Sa3級(jí)，它的文字定義為：Sa3是指鋼材表面最潔凈的噴射清理級(jí)。在不放大的情況下進(jìn)行觀察時(shí)，表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的污垢，并且無(wú)氧化皮、鐵銹、涂料涂層和異物。該表面應(yīng)具有均勻的金屬色澤。
4.1.2粗糙度
在粗糙度的概念中，采用了IS08503和GB1031-1083標(biāo)準(zhǔn)中的噴砂粗糙度值Rz。它是指波峰到波谷的平均值，上下各取5個(gè)點(diǎn)。
施工中，可用IS08503-2的標(biāo)準(zhǔn)樣板進(jìn)行比較，得出Rz噴砂粗糙度值。也可用E123A型的粗糙度儀，但測(cè)點(diǎn)要多，且分布合理。
4.2鋅及鋅鋁合金涂層的質(zhì)量控制
4.2.1涂層的外觀質(zhì)量
鋅及鋅鋁合金的涂層外觀色澤均勻一致；根據(jù)GB9796-9應(yīng)無(wú)漏噴現(xiàn)象；無(wú)鼓泡、裂紋、翹皮、粗大熔融粒等宏觀缺陷存在。
4.2.2鋅鋁涂層的厚度檢測(cè)
電弧噴涂涂層為非磁性，鋼材基體為磁性，用磁性測(cè)厚儀在磁性基體上測(cè)量非磁性涂層厚度，測(cè)量的方法應(yīng)按GB/t9793-1997進(jìn)行，即在10cm×10cm基準(zhǔn)面積內(nèi)測(cè)量10個(gè)點(diǎn)，取其算術(shù)平均值作為一次測(cè)量厚度值。
在判定膜厚質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，可按IS012944標(biāo)準(zhǔn)，即平均膜厚大于規(guī)定膜厚，同時(shí)，85%測(cè)點(diǎn)的膜厚能達(dá)到規(guī)定膜厚的要求；不到規(guī)定膜厚的測(cè)點(diǎn)值應(yīng)能達(dá)到規(guī)定膜厚的85%。
4.2.3鋅、鋁涂層與鋼材基體的結(jié)合力
拉開(kāi)法
在工程開(kāi)始前，就采用樣板法，進(jìn)行結(jié)合力的測(cè)試。樣板的預(yù)處理等級(jí)、鋅及鋅鋁合金涂層厚度等工藝條件均需與工程相同。
根據(jù)GB9794-88和GB9796-88標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)5塊樣板做拉開(kāi)法試驗(yàn)。5個(gè)試樣的平均結(jié)合強(qiáng)度值不可低于9.8MPa；且任何一個(gè)試樣的結(jié)合強(qiáng)度不可低于5.89MPa。
測(cè)試結(jié)果符合GB/t8642-88國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的結(jié)合強(qiáng)度，達(dá)到11.4MPa。
在工地現(xiàn)場(chǎng)，較多的采用劃格法。根據(jù)GB9796-88標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用專用劃格刀、粘膠紙。由于鋅、鋅鋁合金涂層膜厚低于200μm，切格區(qū)面積約為15mm×15mm，格距3mm。粘貼紙拉開(kāi)后，涂層的任何部位都未與鋼鐵剝離，才算合格。
4.2.4耐腐蝕性
150mmx75mm×3mm的試片，在0.5mol/L的鈉溶液中浸泡72h后，涂層無(wú)鼓泡、紅銹和剝落現(xiàn)象，符合GB/t9795-88“熱噴涂鋁及鋁合金涂層”標(biāo)準(zhǔn)的要求。
4.2.5孔隙率的檢查
孔隙率要控制在2%左右，簡(jiǎn)便的現(xiàn)場(chǎng)檢查方法是：清除噴涂層表面的油污、灰塵，并進(jìn)行干燥，然后用10g/L鐵氰化鉀或20g/L氯化鈉溶液的試紙覆蓋在噴鍍層上約10min，試紙上出現(xiàn)的藍(lán)色斑點(diǎn)不應(yīng)多于3點(diǎn)/cm2。
4.3封閉漆及面漆漆膜的質(zhì)量檢查
由于環(huán)氧云鐵封閉漆及氯化橡膠面漆同屬鋅鋁涂層的面涂，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，只能是在面漆涂裝后進(jìn)行。
4.3.1漆膜外觀
漆膜表面平整光滑，無(wú)漏噴，無(wú)氣孔、針孔、桔皮、流掛等漆膜弊病出現(xiàn)；面漆顏色及光澤度能符合設(shè)計(jì)要求。
4.3.2涂層結(jié)合力
根據(jù)GB9286-88標(biāo)準(zhǔn)，用劃格法進(jìn)行附著力測(cè)試，用專用刀具和粘膠紙，切割面積6mm×6mm，格距1mm。粘貼后，切割邊緣，完全平滑，無(wú)一格脫落即結(jié)合力為0級(jí)。
4.3.3涂層厚度的檢測(cè)
在工程實(shí)踐中，檢測(cè)出來(lái)涂層的總厚度，減去鋅、鋁涂層的厚度即為重防腐涂料的涂層厚度。仍按IS012944國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，即平均膜厚大于規(guī)定膜厚，同時(shí)以2個(gè)85%來(lái)判斷。
