鋼模長期存放防銹蝕技術(shù)研究

南 昌

（上海隧道工程智造海鹽有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引 語

近年來，我國大力發(fā)展城市地下交通，盾構(gòu)混凝土預(yù)制管片作為盾構(gòu)隧道主要的預(yù)制構(gòu)件，大量應(yīng)用于各盾構(gòu)推進(jìn)的隧道項(xiàng)目。鋼模是混凝土預(yù)制管片的主要生產(chǎn)設(shè)備，隨著混凝土預(yù)制管片的大量生產(chǎn)，代表混凝土預(yù)制所配備的鋼模有著較大需求。

目前項(xiàng)目工期普遍較為緊張，鋼模配置的數(shù)量較多，從單個(gè)項(xiàng)目結(jié)束到下一個(gè)相同規(guī)格管片生產(chǎn)項(xiàng)目，由于各地對(duì)管片規(guī)格尺寸標(biāo)準(zhǔn)不一，且時(shí)間間隔很長，造成了鋼模閑置情況發(fā)生。在無特殊措施情況下長期存放鋼模時(shí)，會(huì)占用大量場(chǎng)地，導(dǎo)致企業(yè)成本上升，而且銹蝕對(duì)鋼模尺寸以及精度有著很大破壞，造成其無法滿足管片藍(lán)圖的設(shè)計(jì)要求，需要在再次啟用前更新改制，代價(jià)很高，而新制鋼模的成本更高。因此，鋼模在長期存放時(shí)的防腐防銹已成為各預(yù)制管片廠家的難題。

針對(duì)上述問題，本文就鋼模長期存放，以及存放時(shí)的鋼模防腐蝕問題進(jìn)行了專項(xiàng)技術(shù)研究。

1 鋼結(jié)構(gòu)銹蝕原因及傳統(tǒng)解決方案

鋼模在日常堆放時(shí)發(fā)生的腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕[1]。化學(xué)腐蝕是當(dāng)金屬與外部環(huán)境周圍介質(zhì)，如水蒸氣、酸堿性物質(zhì)等直接接觸引起的腐蝕。鋼材中的Fe 與O2和H2O 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鐵,吸收大量水分駐留導(dǎo)致鋼材銹蝕加重[2]。電化學(xué)腐蝕是當(dāng)金屬放置于潮濕空氣或水溶液中時(shí)，金屬表面相當(dāng)于附著了一層電解質(zhì)溶液，這種電解質(zhì)溶液與鋼材中的鐵元素和碳元素形成原電池，鐵失去電子被氧化，使鋼材表面凹凸不平[3]。

我國大部分預(yù)制構(gòu)件工廠分布在沿海地區(qū)，堆場(chǎng)大多空氣潮濕，尤其是在雨天后，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生上述化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)，造成鋼模腐蝕（見圖1）。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)銹蝕情況

傳統(tǒng)的解決方案是通過在鋼結(jié)構(gòu)表面覆蓋一層防銹塑料膜，將鋼模用防銹膜包裝密封后，再整體罩上油布以隔絕鋼材與空氣中的氧氣和水分。防銹塑料膜體內(nèi)含有的VCI（氣相緩蝕）開始升華揮發(fā)出防銹氣體因子，擴(kuò)散滲透至被防銹物品表面并吸附其上，形成單分子厚的致密保護(hù)膜層，隔絕誘發(fā)銹蝕的各種因素與被防銹物品表面的接觸，從而有效防止銹蝕[4]。但由于鋼模存放環(huán)境通常為戶外露天，除油布外無其他防護(hù)措施，陽光、潮濕等儲(chǔ)存條件不利于防銹塑料膜的長期保存。

2 鋼模長期存放防銹蝕技術(shù)研究

2.1 鋼材料保養(yǎng)防銹涂料試驗(yàn)

試驗(yàn)內(nèi)容包括：涂料的防腐能力和除銹防銹能力、涂料效果維持時(shí)間等。

本文選取RX-30、新型HM 水性鋼模環(huán)保易剝離涂料（以下簡稱為新型涂料）和HM 防銹劑進(jìn)行比較，其性能對(duì)比見表1。

表1 防銹材料對(duì)比

經(jīng)過對(duì)比和研究，最終選取了新型HM 水性鋼模環(huán)保易剝離涂料，其性能見表2。該種涂料抗鹽霧性能良好，耐磨耐熱性能良好；節(jié)能環(huán)保，對(duì)人體及環(huán)境無危害；無可燃性，施工安全方便。所涂膜層透明、薄而堅(jiān)固、光亮美觀，且附著力極強(qiáng)。

表2 新型HM 水性鋼模環(huán)保易剝離涂料（新型涂料）的防腐性能

2.2 保養(yǎng)防銹涂料的試用效果驗(yàn)證

2.2.1 樣品短期防護(hù)效果對(duì)比試驗(yàn)

為進(jìn)行對(duì)比，準(zhǔn)備3 塊與鋼模同材質(zhì)鋼板，打磨拋光后，在a 鋼板上涂裝新型涂料、b 鋼板采用傳統(tǒng)防銹方式、c 鋼板不予涂裝。將3 塊鋼板放置于鋼模存放場(chǎng)地，進(jìn)行同條件試驗(yàn)，如圖2 所示。

圖2 同條件下腐蝕試驗(yàn)對(duì)比

經(jīng)1 個(gè)月試驗(yàn)后，得出對(duì)比結(jié)果見表3。

表3 同條件下的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

經(jīng)對(duì)比，在短期內(nèi)新型涂料的防腐效果較傳統(tǒng)防護(hù)形式效果好，且不易脫落，能夠有效保護(hù)鋼材不被腐蝕。

2.2.2 鋼模長期試驗(yàn)

參考《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評(píng)定第1 部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)》（GB/T 8923.1—2011），使用手工和動(dòng)力工具進(jìn)行現(xiàn)存閑置鋼模的手工除銹，使鋼材表面無可見油脂和污垢，無附著鐵銹、氧化皮或油漆涂層，且底材顯露部分的表面具有金屬光澤。

將處理完畢的待測(cè)鋼模放置于避免直接風(fēng)雨陽光等環(huán)境因素影響的位置。在選定位置后，將鋼模底座弧面板劃分為4 個(gè)區(qū)域（見圖3），進(jìn)行防銹涂料涂裝；4 種涂料分別為新型涂料、舊型防銹油、金工用防銹油及潤滑油與機(jī)油混合物，鋼模兩端及兩側(cè)各自采用不同涂料進(jìn)行涂裝。每天記錄鋼模所處環(huán)境的溫濕度，并對(duì)鋼模內(nèi)腔情況進(jìn)行目視檢查和記錄。

圖3 涂裝示意圖

在試驗(yàn)結(jié)束后啟用鋼模，檢驗(yàn)各涂料的去除難易程度以及鋼模在各涂料位置的腐蝕程度并進(jìn)行精度測(cè)量。

經(jīng)過3 個(gè)月的試驗(yàn)后，得出對(duì)比結(jié)果見表4。

表4 同條件下不同涂料的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

試驗(yàn)鋼模精度檢測(cè)：選取10 個(gè)寬度測(cè)量點(diǎn)及20個(gè)高度測(cè)量點(diǎn)對(duì)鋼模進(jìn)行精度檢測(cè)（見圖4），測(cè)量得到的全部鋼模尺寸數(shù)據(jù)見表5。經(jīng)檢測(cè)，涂裝新型涂料部分的精度高于其他涂料部分。

表5 鋼模尺寸測(cè)量結(jié)果

圖4 鋼模尺寸測(cè)量點(diǎn)

2.2.3 技術(shù)試應(yīng)用及效果分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將新型涂料試應(yīng)用于整套A 項(xiàng)目管片鋼模上。

A 項(xiàng)目鋼模試用效果見圖5。

圖5 A 項(xiàng)目鋼模試用效果

經(jīng)6 個(gè)月的存放，目視鋼模內(nèi)表面基本無銹蝕現(xiàn)象；經(jīng)過精度復(fù)合測(cè)量，也符合精度要求。但在實(shí)際使用中出現(xiàn)問題：一是實(shí)際使用條件不同，涂層厚度均勻性對(duì)涂料防腐性能影響很大；二是在鋼模銹蝕程度較大的情況下，涂料轉(zhuǎn)化不徹底且易出現(xiàn)后期泛白現(xiàn)象。

通過以上試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)新型涂料在鋼模防腐方面有著較為良好的效果，能較好地維持鋼模精度，但因?yàn)樵撏苛显谕磕ň鶆蛐苑矫鎸?duì)防腐性能有著不小的影響，所以如何保證涂料涂抹的均勻性，以及保證該涂料的轉(zhuǎn)化程度是本文后期研究的重要方向。

3 鋼模長期立體化堆放

鋼模的堆放一直是困擾著各管片生產(chǎn)廠家的問題。由于目前市面上管片型號(hào)多、標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致鋼模從使用結(jié)束到再次啟用之間有較長閑置時(shí)間，目前大多數(shù)生產(chǎn)基地對(duì)鋼模堆放并無合理對(duì)策，一般按圖6 所示堆放。

圖6 傳統(tǒng)鋼模堆放形式

不能合理存放鋼模將帶來較大的成本和資源浪費(fèi)。為此，本文研究了一種可拆卸式鋼模長期存放架，如圖7 所示。存放架各連接點(diǎn)通過便攜式卡扣和錐形定位銷實(shí)現(xiàn)快速拼接，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，在加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的情況下可以放置2 層，最高可堆放3 層鋼模。結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算方法如下：

圖7 鋼模長期堆放鋼結(jié)構(gòu)架

存放架與地面接觸面積S 為：

S=950×0.25×2+2 150×0.25×2=2.55 m2。

地面承載壓強(qiáng)取600 kN/m2, 則存放架最底層最大可承載力F 為：

F（壓力）=p（載荷）×S（面積）= 600 ×2.55=1 530 kN。

考慮高度空間和起重機(jī)起吊凈高有限，堆放高度以3～2 層為宜。單塊鋼模最大質(zhì)量以10 t 計(jì)算，堆放架質(zhì)量以1 t 計(jì)算，按3 層存放，則堆放區(qū)域?qū)嶋H承載力F1為:

F1=（3×10+3×1）×9.8 = 323.4 kN。

安全系數(shù)K 為：

K=1 530/323.4 = 4.7。

因此，能保證地面的承載力有一定的安全儲(chǔ)備。

該結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)多種型號(hào)的管片鋼模，適應(yīng)各自場(chǎng)地長期存放鋼模的需求，合理化地利用了土地，節(jié)約了至少50%以上的占地面積，大幅降低了鋼模管理成本。

4 研究成果總結(jié)

4.1 技術(shù)成果

通過材料性能試驗(yàn)、鋼材試樣試驗(yàn)、鋼模成品實(shí)際試驗(yàn)，全面完善了鋼模長期存放防銹蝕技術(shù)中的材料配比、配套技術(shù)實(shí)施等。經(jīng)過試驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)通過處理后的鋼材可長期存放24 個(gè)月，確保材料質(zhì)量精度，驗(yàn)證了防銹蝕材料的可行性。結(jié)合具體應(yīng)用情況，制定了相應(yīng)的技術(shù)操作手冊(cè)，為企業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備管理打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備。

4.2 成本效益

本文討論的鋼模長期存放防銹蝕技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在土地資源的合理利用和降低再啟用鋼模費(fèi)用上。

（1）較傳統(tǒng)形式，本文研究的技術(shù)可節(jié)約66%的土地。上海市每畝每年土地租金基準(zhǔn)價(jià)為10 萬元人民幣，按上海市上一輪次軌交建設(shè)鋼模規(guī)格，10 套占地約1 畝；以預(yù)制工廠平均30 套存量計(jì)，存放架成本為每套1.5 萬元人民幣，建設(shè)周期按5 a 計(jì)，即可節(jié)約土地租金100 萬元人民幣，減去材料成本45 萬元人民幣，仍可節(jié)約11 萬元人民幣/a。

（2）實(shí)際應(yīng)用效果顯著，存量鋼模處理后滿足再次投入使用的生產(chǎn)技術(shù)要求，有效節(jié)約了再次啟用時(shí)的保養(yǎng)改制費(fèi)用。在一般項(xiàng)目中，以直徑6.2 m 的隧道管片鋼模為例，1 套新制的該型號(hào)鋼模價(jià)格在70 萬元人民幣左右，而該同型號(hào)鋼模有大量處于閑置狀態(tài)，因存放條件限制需考慮腐蝕情況，若銹蝕嚴(yán)重，則該批鋼模的精度滿足不了項(xiàng)目需求，再次啟用的保養(yǎng)改制價(jià)格為30 萬元人民幣左右。而防腐涂料用量平均為0.2 kg/m2，成本約3 元/m2；1 套鋼模涂刷面積約70 m2，則成本約210 元。由此可見，新型防腐涂料不僅涂抹方便，防銹周期長，且成本低廉，這些優(yōu)點(diǎn)保證了在鋼模保養(yǎng)時(shí)有較低的成本，重啟時(shí)僅需少量費(fèi)用便可保證項(xiàng)目的正常進(jìn)行，大大減少了企業(yè)成本。

5 結(jié) 語

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的穩(wěn)健發(fā)展，越來越多的工程項(xiàng)目開始使用混凝土預(yù)制構(gòu)件，這代表著鋼結(jié)構(gòu)模具具有更大的市場(chǎng)，而鋼模腐蝕不僅會(huì)影響工程進(jìn)度，還會(huì)導(dǎo)致鋼材浪費(fèi)。鋼模的尺寸精度是鋼模保養(yǎng)的重中之重，在下次遇到同尺寸預(yù)制構(gòu)件項(xiàng)目時(shí)，一套保養(yǎng)良好的鋼模不僅可以為企業(yè)節(jié)省大量費(fèi)用，而且還能加快項(xiàng)目進(jìn)度，節(jié)約較多資源，所以積極研究新型鋼模防腐技術(shù)將在未來的工程項(xiàng)目中發(fā)揮較大的作用。