山嶺重丘區橋梁方墩酸洗板施工技術研究

陸俊錕

摘要：文章以廣西山嶺重丘區的賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）坡規1號高架大橋橋梁方墩為例，對酸洗板施工技術進行研究，選取化學成分與橋梁方墩母材相一致的酸洗板，沖壓變形保證表面鐵皮附著良好，作為橋梁方墩的支撐材料進行安裝焊接，掌握焊縫厚度的變化情況，為提高附著力和耐腐蝕性，對焊接后的酸洗板進行表面磷化涂裝的處理。通過對比實驗可知，酸洗板技術相比傳統施工技術，吸收的沖壓能量提高了12 J。

關鍵詞：橋梁方墩;酸洗板;沖壓變形;焊接

0 引言

酸洗板能夠去除鋼材表面的氧化鐵皮，在降低施工成本的同時提高了鋼材的表面質量，平整可使板形發生一定變化確保其產品尺寸精度，從而減少不平度的偏差。酸洗板的有效應用還便于施工建設的焊接、涂油和上漆，表面質量和力學性能特征優越。酸洗板的表面氧化鐵皮與鋼鐵基體間具有較強的結合力，在施工過程中能夠承受一定變形而不發生脫落。除此之外，酸洗板在常溫下具有較高的抗拉強度，因此施工時不需要經過酸洗，從而降低廢酸排放，在一定程度上起到了保護環境的作用，所以，當前在汽車、家電和五金等行業應用廣泛。而在橋梁方墩施工建設中，酸洗板的應用尚未得到推廣[1]。山嶺重丘區橋梁方墩施工屬于高危險性作業，而傳統施工技術不能夠保證其施工質量。為降低橋梁方墩施工成本并提高施工質量，對山嶺重丘區橋梁方墩酸洗板施工技術進行研究，使其能夠滿足山嶺重丘區橋梁方墩的施工要求，并發揮出酸洗板的力學強度性能。

1 設計山嶺重丘區橋梁方墩酸洗板施工技術

1.1 施工準備

為滿足山嶺重丘區橋梁方墩的施工要求，選取熱軋廠生產的500 MPa熱軋酸洗板，型號為SAPH440，厚度≥6 mm，其化學成分如表1所示。

SAPH440酸洗板的化學成分要與橋梁方墩母材化學成分相一致，從而保證鋼材的強度，并且酸洗板的錳元素能夠提高方墩鋼材的強度和增強韌性[2]。而酸洗板的力學性能要保證產品在加工過程中容易變形，確保酸洗板在沖壓變形后無沖裂，且厚度也滿足施工技術要求。具體力學性能如表2所示。

對SAPH440酸洗板進行沖壓成形，確保酸洗板在橋梁方墩施工過程中，表面氧化鐵皮不會發生明顯脫落。酸洗板表面氧化鐵皮與橋梁方墩基體延伸不一致，施工過程中表面氧化鐵皮會產生不同程度的脫落，因此，酸洗板的表面氧化鐵皮直接決定了施工質量。而氧化鐵皮的附著性主要受氧化鐵皮結構、厚度以及氧化鐵皮的受力狀態等因素影響，所以要確保沖壓成形后的氧化鐵皮結構主要為Fe3O4或Fe3O4+Fe的共析結構，此時氧化鐵皮各項性能如表3所示。

當酸洗板的表面氧化鐵皮結構為Fe3O4或Fe3O4+Fe時，酸洗板能夠承受一定的載荷而不易脫落。施工人員也可以進行冷彎試驗對酸洗板表面鐵皮進行附著力評價，使酸洗板彎曲直徑與板厚相一致。彎曲90°觀察表面氧化鐵皮脫落情況，若氧化鐵皮附著力良好則彎曲處沒有明顯的氧化鐵皮脫落情況，彎曲處沒有裂紋、裂口和分層，則酸洗板表面鐵皮附著良好，能夠滿足成形后續的橋梁方墩酸洗板施工要求[3]。至此完成橋梁方墩酸洗板施工的前期準備工作。

1.2 安裝焊接

將沖壓成形的酸洗板作為橋梁方墩的支撐材料進行安裝焊接。對橋梁方墩的頂面標高、軌道軸線以及對角線等進行測量，根據山嶺重丘區的地勢，利用起重機和液壓吊車固定酸洗板位置，其軌道的實際中心線對安裝基準線的水平偏差≤5 mm，軌道跨度的偏差≤10 mm，軌距≤7 mm，伸縮縫間隙≤1 mm，并用鋼板尺對其安裝偏差進行檢測。除此之外，酸洗板縱向傾斜角度全程<10°，頂面基準點標高相對石墩標高≤10 mm，同一截面的相對標高≤10 mm，并用水準儀和塔尺進行檢測[4]。施工人員需要在橋梁施工現場進行現場組對，鋼結構連接件的接合面除去防銹油，酸洗板在安裝過程中要滿足力學性能的標準要求，使材料設計強度水平盡量偏下限，然后對酸洗板進行焊接。

焊接前通入CO2保護氣體，其酸洗板與橋梁石墩焊縫上的各點溫度隨時間變化而變化。施工人員要對焊縫區域以及熱影響區域進行相關檢測，注意酸洗板表面氧化鐵皮的附著情況。酸洗板與橋梁石墩焊縫處的熱影響區以及母材區溫度變化較小，在焊接過程中，焊縫處組織為細小針狀鐵素體，而母材區以及熱影響區組織為粗大針狀鐵素體，因此施工人員要注意焊接時的溫度變化[5]。除此之外，在焊接過程中酸洗板表面的氧化鐵皮會發生分解共析反應，致使沖壓成形后的酸洗板氧化鐵皮結構發生逆反應，主要表現為在快速升溫階段，酸洗板的Fe3O4+Fe共析結構向FeO轉換，改變了酸洗板的氧化鐵皮結構，并且焊縫處從高溫瞬間降到常溫時，氧化鐵皮中的FeO 結構會來不及進行共析反應而保留下來[6]。要把握焊接過程中的溫度變化，當達到常溫時，酸洗板焊縫處的表面氧化鐵皮結構全部為FeO，其厚度變化不能大于20 μm，而熱影響區與焊縫相反，溫度降低較緩慢，導致氧化鐵皮結構中少部分FeO發生共析反應轉化為Fe3O4+Fe，厚度變化約為9 μm左右[7]。因此施工人員在焊接過程中，在滿足施工技術要求的基礎上，要重點把握酸洗板焊縫厚度在降溫過程中的變化情況，至此完成酸洗板的安裝焊接。

1.3 磷化涂裝

對焊接后的酸洗板進行表面磷化處理，對橋梁石墩酸洗板進行磷化電泳，使其經過化學反應及電化學反應在金屬表面形成磷酸鹽覆蓋膜。其磷化處理效果如圖1所示。

酸洗板表面磷化結晶呈圓形，結晶大小為10 μm，經磷化處理涂裝后，其結晶均勻平整地覆蓋在酸洗板表面，并通過耐鹽霧腐蝕測試，檢驗酸洗板涂裝后能達到耐腐蝕性能標準，從而完成酸洗板的后期處理，大幅度提高酸洗板的附著力和耐腐蝕性[8]。至此完成了山嶺重丘區橋梁方墩酸洗板施工技術的研究。

2 實驗論證分析

為驗證本文橋梁方墩酸洗板施工技術的有效性，與免酸洗鋼板施工技術在賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）坡規1號高架大橋橋梁方墩施工現場，進行對比實驗。酸洗板和免酸洗板作為橋梁方墩的支撐材料，鋼板經過三次沖壓成形，熱軋技術人員在現場對前期沖壓試樣和沖壓過程進行了實物確認及現場跟蹤，經過裁剪、初次沖壓、二次沖壓共三道工序制成成品。其跟蹤加工情況如表4所示。

免酸洗板在沖壓工序中存在開裂問題，為此實驗過程中為沖壓模頭配置水冷裝置，以確保安裝焊接過程中沖壓成形的位置功能，分別用兩種技術完成山嶺重丘區橋梁方墩的施工流程，并對酸洗板和免酸洗板的焊縫進行力學性能檢測，施加200 J的沖擊能量，并記錄兩種鋼板吸收沖擊能量的實驗數據，如圖2所示。

通過圖2實驗數據，可以計算出兩種施工技術下，鋼板吸收沖擊能量的平均數值。本文技術吸收的沖壓能量為105 J，傳統技術吸收的沖壓能量為93 J，增加了12 J，驗證了本文施工技術的有效性。

3 結語

本文針對傳統免酸洗板施工技術中，山嶺重丘區橋梁方墩抗擊性能較差的問題，設計了一種酸洗板施工技術，并通過對比實驗驗證了施工技術的有效性，加大了橋梁石墩對沖擊能量的吸收，力學性能充分滿足了施工技術需求，并且打破了酸洗板的傳統應用領域，為橋梁建設的材料選擇提供了新思路。

參考文獻：

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