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钢桥的防腐涂装

信息来源:paintkey.com  时间:2009-08-24  浏览次数:211

  [摘要]随着桥梁跨度的增大,钢桥的应用越来越多。腐蚀问题是影响钢桥长期使用安全性的重要问题,系统介绍目前钢结构的主要防腐措施、涂装前钢表面常用除锈工艺和除锈等级、粗糙度要求,比较铁路钢桥和公路钢桥推荐防腐涂装体系的异同,供钢桥防腐涂装设计参考。
  [关键词]钢桥 除锈 粗糙度 防腐涂装

  中图分类号:TB1文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0420080-02


  为进一步扩大内需、促进经济平稳较快增长,中国又掀起了新一轮的路网建设高潮。大量的工程建设中,由于钢的强度高、自重轻,具有良好的塑性和韧性,跨越大江大河、深山峡谷的大跨度桥梁均采用钢桥,如跨径1385m的江阴长江大桥,主跨550米的卢浦大桥等。但钢桥具有容易生锈的缺点。调查表明,美国在1975年因金属腐蚀受到的经济损失约为700亿美元,当年美国的国民生产总值为16770亿美元,一年中金属腐蚀所造成的经济损失约占当年GNP的4.2%。至今美国仍按GNP的4.2%估算每年因金属腐蚀而受到的经济损失[1-2]。其他国家也陆续进行了调查,结果表明金属腐蚀造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%。为保证钢桥在设计年限内的长期使用安全性,做好钢桥的防腐十分重要。

  一、钢结构的防腐蚀措施

  目前,钢结构的防腐蚀措施主要有以下五种:

  1.耐候钢。耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢,一般含有磷、铜、镍、铬、钛等金属,使金属表面形成保护层,以提高耐腐蚀性。其低温冲击韧性也比一般的结构用钢好,执行标准为《焊接结构用耐候钢》(GB 4172-84)。

  2.热浸锌。热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中,使钢构件表面附着锌层,锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm,对厚板不小于86μm,从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长,生产工业化程度高,质量稳定。热浸锌的首道工序是酸洗除锈,然后是清洗。这两道工序不彻底均会给防腐蚀留下隐患,应避免设计出具有相贴合面的构件,以免贴合面的缝隙中酸洗不彻底或酸液洗不净。对于管形构件应该让其两端开敞,两端封闭会造成管内空气膨胀而使封头板爆裂,造成安全事故;一端封闭则锌液流通不畅,易在管内积存。

  3.热喷铝(锌)复合涂层。这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢构件表面作喷砂除锈,使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔-氧焰将不断送出的铝(锌)丝融化,并用压缩空气吹附到钢构件表面,以形成蜂窝状的铝(锌)喷涂层(厚度约80μm~100μm)。最后用油漆等涂料封闭毛细孔,形成复合涂层。此法无法在管状构件的内壁施工,因而管状构件两端必须做气密性封闭,以使内壁不被腐蚀。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强,构件形状尺寸几乎不受限制。另一优点是这种工艺的热影响是局部的,受约束的,因而不会产生热变形。与热浸锌相比,这种方法缺点的工业化程度较低,喷砂喷铝(锌)的劳动强度大,质量易受操作者的情绪变化影响。

  4.漆涂层法:涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐蚀方法。它一次成本低,但维护相对成本较高。涂层法施工的第一步是除锈。优质的涂层依赖于彻底的除锈,要求高的涂层一般多用喷砂喷丸除锈,露出金属的光泽,除去所有的锈迹和油污。现场施工的涂层可用手工除锈。涂层的选择要考虑周围的环境,不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一般有底漆、中间漆和面漆之分。底漆含粉料多,基料少,成膜粗糙,与钢材粘附力强,中间漆的作用是增加涂层的厚度以提高整个涂层系统的屏蔽性能,中间漆对于底漆和面漆要有很好的附着力。面漆则基料多,成膜有光泽,能保护底漆不受大气腐蚀,并能抗风化。选用不同涂料时要注意它们的相容性。涂层的施工要有适当的温度(5~38℃之间)和湿度(相对湿度不大于85%)。涂层的施工环境粉尘要少,构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋雨。涂层一般做4~5层,干漆膜总厚度可加厚为200~300μm。

  5.阴极保护法。在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀,常用于水下或地下结构。

  涂层防护因其施工方便,防腐效果好而得到广泛应用。我国钢桥的防腐一般采用涂层保护法,并形成了铁路和公路行业各自的行业推荐标准。

  二、涂装前钢表面处理方法

  钢桥构件在加工、运输、存放等过程中,表面往往会带有氧化皮、铁锈制模残留的型砂、焊渣、尘土以及油和其他污物。要使涂层能牢固地附着在钢桥构件表面上,涂装前就必须进行表面清理,否则,不仅影响涂层与基体金属的结合力,还会使基体金属在即使有涂层防护下也能继续腐蚀,使涂层剥落,影响钢桥构件的使用寿命。为提供良好的工件表面,涂装前对钢桥构件表面的处理有以下几点:(1)无油污及水分;(2)无锈迹及氧化物;(3)无粘附性杂质;(4)无酸碱等残留物;(5)表面有一定的粗糙度。

  常用的表面处理方法有[3]

  1.手工处理。符号“St”。用手工和动力工具,如用铲刀、手工或动力钢丝刷、动力砂纸盘或砂轮等工具除锈,用手工可以除去钢桥构件表面的锈迹和氧化皮,但手工处理劳动强度大,生产效率低,质量差,清理不彻底。

  2.化学处理。符号“Be”。主要是利用酸性或碱性溶液与钢桥构件表面的氧化物及油污发生化学反应,使其溶解在酸性或碱性的溶液中,以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污的目的。化学处理适应于对薄板件清理,但缺点是,若时间控制不当,即使加缓蚀剂,也能使钢材产生过蚀现象。对于较复杂的结构件和有孔的零件,经酸性溶液酸洗后,浸入缝隙或孔穴中的余酸难以彻底清除,处理不当,将成为工件以后腐蚀的隐患,且化学物易挥发,成本高,处理后的化学费液排放工作难度大,处理不当,将对环境造成严重的污染。随着人们环保意识的提高,该处理方法正被机械处理法取代。

  3.机械处理法。符号“Sa”主要包括抛丸法和喷丸法。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速,抛射至工件进行除锈清理的方法。但抛丸灵活性差,受场地限制,清理工件时有些盲目性,在工件内表面易产生清理不到的死角。设备结构复杂,易损件多,特别是叶片等零件磨损快,维修工时多,费用高,一次性投入大。喷丸又分为喷丸和喷砂。用喷丸进行表面处理,打击力大,清理效果明显,但喷丸对薄板工件的处理,容易使构件变形。钢丸打击表面(无论抛丸或喷丸)使金属基材产生变形,由于Fe3O4和Fe2O3没有塑性,破碎后剥离,而油膜与基材一同变形,所以对带有油污的工件,抛丸、喷丸无法彻底清除油污。在现有的工件表面处理方法中,清理效果最佳的还数喷砂清理。喷砂适用于工件表面要求较高的清理。我国目前通用喷砂设备中多由铰龙、刮板、斗式提升机等原始笨重输砂机械组成。用户需要施建一个深地坑及做防水层来装置机械,建设费用高,维修工作量大,喷砂过程中产生大量的砂尘无法清除,影响操作工人的健康并污染环境。抛丸法和喷丸法要求环境湿度小于85%。

  4.火焰除锈。符号“FI”是利用氧乙炔焰及喷嘴进行除锈的一种方法。喷嘴的形状与大小要适合待除锈的钢材表面状况。火焰除锈适用于厚度5mm以上、未有涂层或要完全去掉旧涂层的钢材。对厚度近于5mm的钢材进行除锈时,应注意火焰的温度。

  三、涂装前钢表面除锈等级和粗糙度

  我国钢桥的涂装前钢表面除锈常用机械处理和手工处理两种方法[4-5]。我国国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB 8923-88,对钢表面除锈等级有明确规定。

  对机械处理法(喷射或抛射除锈)分为四个等级:(1)Sa1轻度的喷射或抛射除锈,钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物;(2)Sa2彻底的喷射或抛射除锈, 钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物已基本清除,其残留物应是牢固附着的;(3)Sa2非常彻底的喷射或抛射除锈,钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。(4)Sa3使钢材表观洁净的喷射或抛射除锈,钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,该表面应显示均匀的金属色泽。

  对手工处理法(手工和动力工具除锈)分为两个等级:(1)St2彻底的手工和动力工具除锈,钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物;(2)St3非常彻底的手工和动力工具除锈,钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。除锈应比St2更为彻底,底材显露部分的表面应具有金属光泽。

  为提高涂装的附着性能,对涂装前钢表面还有一定的表面粗糙度要求。表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性,它是一种微观几何形状误差,也称为微观不平度。应注意表面粗糙度与形状误差(宏观几何形状误差)和表面波度的区别。通常,波距小于1mm的属于表面粗糙度,波距在1~l0mm的属于表面波度,波距大于l0mm的属于形状误差。我国国家标准《表面粗糙度参数及其数值》GB/T 1031-1995规定,表面粗糙度主要评定参数可采用下面三种的一种:(1)轮廓算术平均偏差Ra;(2)微观不平度十点高度Rz;(3)轮廓最大高度Ry。

  四、铁路和公路钢桥涂装推荐标准的比较

  我国现行铁路(铁路钢桥保护涂装TB/T 1527-2004)和公路(公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件JT/T 722-2008)行业的防腐涂装行业推荐标准均推荐采用涂层保护法。总体看来,公路标准比铁路标准推出晚,相对于铁路标准,规定更为详细和明确,两个标准的基本内容一致,即均界定了三类涂装阶段:初始涂装(新建桥梁钢结构的初次涂装包含二年缺陷责任期内的涂装、维修涂装(桥梁在其运营全过程中对涂层进行的维修保养)、重新涂装(彻底的除去旧涂层、重新进行表面处理后,按照完整的涂装规格进行的涂装),均给出了涂装前钢表面须采用机械处理法和手工处理法除锈,对除锈等级和粗糙度的具体要求,都推荐了涂装配套体系,涂层质量要求和相应的各种试验方法[6-7]

  主要的区别有以下几点:

  1.公路标准明确给出了涂层体系保护年限分类,即普通型(10~15年),长效型(15~25年),而铁路标准没有给出涂层体系保护年限。

  2.公路标准明确给出了涂装部位分类,把涂装部位分为七类:外表面、非封闭环境内表面、封闭环境内表面、钢桥面、干湿交替区和水下区、防滑摩擦面、附属钢构件,包括防撞护栏、扶手护栏及底座、灯座、泄水管、钢路缘石等。铁路标准对涂装部位分类隐含在条文和涂装配套体系中,分类也不如公路标准详细。

  3.表面粗糙度的要求,公路标准略有提高:公路标准建议热喷锌(铝),钢材表面粗糙度为Rz60μm~100μm,铁路为Rz50μm~100μm;公路标准建议喷涂除无机富锌底漆其它防护涂层,钢材表面粗糙度为Rz30μm~75μm,铁路为Rz25μm~60μm。公路标准单独提出喷涂无机富锌底漆钢材表面粗糙度为Rz50μm~80μm的要求。

  4.公路标准明确指出按照腐蚀环境、工况条件、防腐年限设计涂层配套体系,并把涂层配套体系与腐蚀环境的国际分类(ISO12944-2)相关联,更易操作;铁路标准把对腐蚀环境的分类直接在涂装配套体系的适用部位栏中加以说明。

  5.同等腐蚀环境下,公路标准的普通型涂层体系的总干膜厚度要比铁路标准的厚度厚约20μm~60μm,长效型的总干膜厚度更厚。铁路标准仅提供一种涂层体系,无普通型和长效型涂层体系之分。

  五、结语

  腐蚀问题是影响钢桥长期使用安全性能的重要问题。随着我国交通基础设施建设的发展,大跨径钢结构桥梁的建设急剧增加,桥梁钢结构防腐问题越来越受到重视。本文系统介绍了桥梁钢结构防腐的相关内容,并对铁路、公路钢桥涂装行业标准进行了对比分析,供钢桥防腐设计时参考。目前,一种新型的涂装+除湿系统综合防腐体系正在逐步在大型桥梁中应用[8-10]。其防腐原理是,如果空气的湿度降到40%以下,钢结构的腐蚀就很难发生,防腐效果好,但日常运营费用较高、除湿系统仅适用于密闭体系。

  

  参考文献:

  [1]曹楚南,悄悄进行的破坏金属腐蚀[M].北京:清华大学出版社,2002.

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  [3]国家技术监督局,涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB 8923-88[S].北京:中国标准出版社,1988.

  [4]国家技术监督局,表面粗糙度参数及其数值GB/T 1031-1995[S].北京:中国标准出版社,1995.

  [5]国家技术监督局,表面粗糙度术语参数测量GB ?7220-87[S].北京:中国标准出版社,1987.

  [6]中华人民共和国铁道部,铁路钢桥保护涂装TB/T 1527-2004[S].北京:中国标准出版社,2004.

  [7]中华人民共和国交通运输部,公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件JT/T 722-2008,北京:中国标准出版社,2008.

  [8]李海,润扬大桥悬索桥主缆除湿系统设计与施工[J].桥梁建设,2005,(1):39~41.

  [9]凌晓、张少锦、余锦秀等,广州珠江黄埔大桥特殊结构件的腐蚀与防护[A].中国公路学会桥粱和结构工程学会2007年桥粱学术讨论会论文集[C].北京:人民交通出版社,2007.

  [10]武峰、张冀蜀、蔡贤桢,武汉阳逻长江公路大桥钢箱梁防腐涂装[J].桥梁建设,2008,(3):63~66.

  作者简介:

  梁秦红,女,陕西人,武汉铁路桥梁学校,讲师,学士。
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