橋梁鋼箱梁內(nèi)部除銹防腐技術(shù)研究

李 杰

(遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護(hù)有限公司 沈陽市 110103)

0 引言

(1)鋼箱梁銹蝕特點(diǎn):鋼箱梁內(nèi)部銹蝕主要有三種表現(xiàn):一是鋼箱梁表面涂層劣化,主要表現(xiàn)為粉化、起泡、裂紋、脫落、銹蝕等[1];二是鋼構(gòu)件銹蝕,主要表現(xiàn)為均勻銹蝕、孔蝕、縫隙銹蝕、應(yīng)力腐蝕等;三是構(gòu)件連接缺陷,主要表現(xiàn)為焊縫脫落、漏焊、銹蝕、撕裂、脫開、焊縫位置出現(xiàn)疲勞裂紋等。螺栓連接的主要病害有螺栓銹蝕、滑移、錯位、脫落、剪斷、缺失、連接失效、未涂漆防護(hù)等。

(2)鋼箱梁銹蝕分析

鋼箱梁在海洋性環(huán)境中的銹蝕以均勻銹蝕和孔蝕為主。蝕坑一般較淺、較密,呈潰瘍狀腐蝕,均勻銹蝕和孔蝕同時存在。開始時銹蝕較快,之后變緩趨于穩(wěn)定。初始階段孔蝕速率最大,可達(dá)均勻銹蝕的8倍,其后均勻銹蝕和孔蝕速率基本相等[1]。根據(jù)上述鋼材銹蝕退化規(guī)律,結(jié)合箱梁內(nèi)部溫度、濕度和空氣污染成份含量等因素分析,鋼箱內(nèi)表面內(nèi)部橫隔板、U肋以及縱向加勁肋等構(gòu)件均會出現(xiàn)銹蝕。

(3)鋼箱梁內(nèi)部除銹防腐的必要性

鋼箱梁位于河流或海洋的正上方,潮濕空氣環(huán)境中有大量的腐蝕性離子。鋼結(jié)構(gòu)表面防腐涂層出現(xiàn)劣化或有細(xì)微裂縫時,腐蝕性離子很容易透過防腐涂層,對鋼箱梁進(jìn)行化學(xué)銹蝕。銹蝕會使鋼箱梁的截面局部變化,易造成銹坑、鋼結(jié)構(gòu)板體削弱等病害,進(jìn)而產(chǎn)生裂紋。當(dāng)裂紋擴(kuò)展后,易導(dǎo)致鋼箱梁結(jié)構(gòu)壽命降低,甚至鋼構(gòu)件斷裂,對結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重大影響[1]。因此,及時為鋼箱梁除銹防腐十分必要。

1 鋼箱梁內(nèi)部除銹方法及特點(diǎn)

目前,鋼材除銹方法有噴砂除銹、激光除銹、機(jī)械除銹、人工除銹、銹鐵轉(zhuǎn)化劑轉(zhuǎn)化等。由于鋼箱梁結(jié)構(gòu)特殊,噴砂機(jī)和激光除銹設(shè)備無法運(yùn)送到鋼箱梁內(nèi)部使用,因此鋼箱梁內(nèi)部除銹只能使用傳統(tǒng)的機(jī)械除銹、手工除銹以及銹鐵轉(zhuǎn)化劑除銹工藝,在此詳細(xì)介紹各種除銹技術(shù)工藝和方法。

1.1 機(jī)械除銹技術(shù)

在具備電源和空氣壓縮機(jī)時,均可采用機(jī)械除銹。常用機(jī)械除銹設(shè)備有電動或風(fēng)動鋼絲輪除銹器、手持式電動砂輪磨石機(jī)及帶針束的風(fēng)動機(jī)。前兩種機(jī)械除銹設(shè)備適用于平面除銹,帶針束的風(fēng)動機(jī)適用于寬度狹窄、焊縫凹凸不平、有角度且?guī)澢谋砻婕敖强p處除銹。機(jī)械除銹主要借助機(jī)械力沖擊與摩擦,比手工除銹質(zhì)量高,工效稍快,但不到之處還需用鏟刀等工具鏟刮。對于舊漆皮,則難以用機(jī)械除掉。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于磨光拋光效果好、可控制打磨粗糙度、勞動強(qiáng)度小、工效較快;缺點(diǎn)則是易造成點(diǎn)銹部分處理面擴(kuò)大,產(chǎn)生的粉塵過大,需要做好通風(fēng)和防護(hù)。

1.2 手工除銹技術(shù)

鋼梁板或加勁梁有銹點(diǎn)或銹塊以及由于氧化引起的翹皮,可以手工除銹,用尖嘴或平口彈簧除銹錘進(jìn)行敲擊,錘口部位必須有一定的厚度,不可磨削過于銳利,避免錘傷鋼板或加勁梁表面。較淺且面積稍大的銹層表面,可以使用鋼絲刷刷除或砂紙擦除。此外,手工除銹工具還可以使用鏟刀、刮刀等。

在角縫或焊縫凹凸不平的銹坑或點(diǎn)銹處,可以使用尖頭或平口彈簧除銹錘進(jìn)行敲擊。對于銹蝕深度不高的銹層,如銹塊和麻點(diǎn),使用鏟刀、刮刀等工具處理后,再使用鋼絲刷橫豎交叉刷除,直至銹跡完全除掉。鋼絲刷除采用的鋼絲型號為28～30絲,嚴(yán)禁使用粗于該型號的鋼絲,避免對鋼表面造成過深劃痕。使用鋼絲刷除銹的表面,需使用抹布或棉紗將銹灰擦拭干凈后,用松節(jié)油清理。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是適用于處理點(diǎn)銹、角接處銹蝕,銹蝕處理較干凈,無粉塵;缺點(diǎn)則是不易控制表面粗糙度,勞動強(qiáng)度大,工效很低。

1.3 銹鐵轉(zhuǎn)化劑轉(zhuǎn)化技術(shù)

使用10%～30%濃度的銹鐵轉(zhuǎn)化劑,或視銹跡情況用原液按比例自行配制。將溶液涂刷在銹跡表面,浸泡0.5～2h。重銹處應(yīng)提高銹鐵轉(zhuǎn)化劑濃度或延長浸泡時間。特別重的銹跡,可以漂洗鈍化后進(jìn)行銹鐵轉(zhuǎn)化浸泡。轉(zhuǎn)化完成后,原銹位略有突出,表面呈深黑色。打磨后內(nèi)部呈光亮金屬色?？芍苯釉谵D(zhuǎn)換面做防腐處理。

該技術(shù)適用于鋼箱梁底部及底部平面拱肋處。頂板、側(cè)板及底板斜面拱肋涂刷該溶液后有流淌現(xiàn)象,無法有效浸泡銹跡,故不宜使用。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是勞動強(qiáng)度小、易操作、無粉塵、造價較低;缺點(diǎn)則是上頂板和肋柱斜面處銹跡不易被浸泡,轉(zhuǎn)化后表面呈深黑色。

2 腐蝕區(qū)域表面處理要求

除銹后,結(jié)構(gòu)體表面應(yīng)達(dá)到《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定 第2部分:已涂覆過的鋼材表面局部清除原有涂層后的處理等級》(GB/T 8923.2—2008)規(guī)范要求的PSt3級標(biāo)準(zhǔn),即除銹周圍表面附著的油漆涂層應(yīng)牢固,且表面完好,附著力測試達(dá)到相關(guān)要求。除銹后表面在不借助工具觀察的情況下,應(yīng)無可見灰塵 ,無不牢固或已氧化的翹皮、生銹鐵渣鐵削、涂層和其它外來雜質(zhì)(包括水溶性鹽類和殘留焊劑),金屬基底要有金屬光澤。銹蝕部位的表面處理后,與未銹蝕部位的過渡應(yīng)修成坡口,坡面進(jìn)行拉毛處理,如圖1所示。

圖1 銹蝕區(qū)域和未銹蝕區(qū)域過渡坡口示意圖

銹蝕區(qū)域表面粗糙度:銹蝕部位的表面處理,遵循《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》(JT/T 722—2023)規(guī)范要求,鋼材表面打磨粗糙度應(yīng)在 Rz35～70μm[2]。

對于表面除銹過程中產(chǎn)生的粉塵、漆皮、殘?jiān)?應(yīng)使用真空吸塵器或無油、無水的壓縮空氣及時清理表面,防止除銹后表面污染。清潔后的表面灰塵清潔度必須高于《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的評定試驗(yàn) 第3部分:涂覆涂料前鋼材表面的灰塵評定(壓敏粘帶法)》(GB/T 18570.3—2005)規(guī)定的3級。

3 鋼箱梁內(nèi)部防腐涂裝技術(shù)

3.1 鋼箱梁防腐涂裝常用材料和技術(shù)方法

(1)環(huán)氧富鋅底漆

環(huán)氧富鋅漆中摻有鋅粉,使用前必須徹底攪拌,加入固化劑后再攪拌均勻,方可進(jìn)行噴涂或涂刷。環(huán)氧富鋅漆可與除醇酸等油性涂料外的大多數(shù)涂料配套使用。

(2)無機(jī)硅酸富鋅底漆

無機(jī)硅酸富鋅底漆漆膜與金屬表面附著力較強(qiáng),是目前橋梁采用最多的材料。建議使用大槍嘴噴槍噴涂,避免產(chǎn)生龜裂。

(3)無機(jī)硅酸富鋅底漆表面的封閉

該材料多孔且易產(chǎn)生氣泡、針眼等不利后果,因此建議采用霧噴法施工技術(shù)。

(4)環(huán)氧厚漿型中間面漆

該材料噴涂后表面比較粗糙,施工中需增加稀釋劑的用量,確保固化后漆面美觀。

(5)丙烯酸面漆

丙烯酸面漆宜作為最外層面漆使用,其它面漆涂裝在該漆層表面易產(chǎn)生漆膜破裂。

(6)脂肪族聚氨酯面漆

對脂肪族聚氨酯面漆進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬?建議加入少量稀釋劑,用小槍嘴進(jìn)行多道噴涂,每道噴涂稍留有時間間隔。

3.2 涂裝配套體系

為確保防護(hù)效果,建議在原涂層體系中增加一道環(huán)氧富鋅底漆(干膜厚度 50μm)。涂層配套體系見表1。

表1 局部重新涂裝配套體系

3.3 涂裝作業(yè)條件及注意事項(xiàng)

(1)涂裝施工環(huán)境溫度為5℃～38℃,鋼板溫度高于露點(diǎn)溫度3℃以上,空氣相對濕度不大于 85%。

(2)一般天氣情況下,表面處理完后4h內(nèi)必須完成防腐涂裝?，F(xiàn)場施工環(huán)境比較理想時,可以適當(dāng)延后,但不宜超過12h。防腐涂裝前必須進(jìn)行一次除銹表面檢查,涂裝表面如果再次出現(xiàn)銹跡,則必須重新除銹。

(3)防腐涂層涂料在涂裝前必須充分?jǐn)嚢?一般使用電動或氣動攪拌工具。對于使用兩種材料混合的涂料,必須將兩種材料先分別攪拌均勻,然后再按兩種材料的配制比例混合并攪拌均勻。

(4)除銹后需進(jìn)行防腐。表面多為細(xì)長或面積較小、形狀復(fù)雜的形塊,建議根據(jù)除銹后表面形狀進(jìn)行遮蓋,只露出需防腐的表面及邊緣。優(yōu)先使用壓力較大的高壓無氣噴涂,也可采用人工刷涂方式進(jìn)行防腐,但刷涂后表面易出現(xiàn)橫豎紋理。噴涂困難的部位可改用人工刷涂法進(jìn)行涂裝防腐。

(5)涂刷應(yīng)做到涂料厚度均勻一致,嚴(yán)禁出現(xiàn)涂料流淌聚滴現(xiàn)象。先涂刷構(gòu)件夾角等難以涂刷到的部位,然后涂刷構(gòu)件表面容易刷到的部位。大面積表面應(yīng)先涂刷上方,再涂刷下方;先涂刷左側(cè),再涂刷右側(cè)。在涂刷第一遍底漆前,應(yīng)先對焊縫構(gòu)件夾角等涂刷困難部位預(yù)先涂刷一遍,確保這些特殊部位的漆膜厚度達(dá)到規(guī)范要求。

3.4 涂裝后檢驗(yàn)

(1) 在底漆涂層、鋅鋁涂層、富鋅涂層、面層等涂層逐層涂裝完畢后,應(yīng)分別檢驗(yàn)每層涂層干膜的厚度。

(2) 檢驗(yàn)漆膜的厚度,可以使用杠桿千分測量法和磁性測厚儀法,也可以使用鋼梁專用的漆膜測厚儀進(jìn)行測量。

(3) 測量鋁和鋅的涂層厚度,可以使用磁性測厚儀法測量。

(4) 對鋼梁表面或加勁肋等主要構(gòu)件涂層進(jìn)行抽驗(yàn)的比例不得低于20%,對次要構(gòu)件涂層進(jìn)行抽驗(yàn)的比例不得低于5%。每個構(gòu)件至少檢測3點(diǎn)。板梁、箱形梁每10m2至少檢測3處,每處取1dm2,至少測 5點(diǎn)。

(5) 每層涂層厚度的平均值必須在規(guī)定設(shè)計厚度的90%及以上,涂膜厚度必須在規(guī)定厚度的80%以上,每個涂層測點(diǎn)的漆膜厚度不能超過規(guī)范要求平均值的30%。

4 結(jié)語

文章通過鋼箱梁養(yǎng)護(hù)中三種除銹方法的試驗(yàn)分析,結(jié)合相關(guān)規(guī)范和文獻(xiàn)資料,總結(jié)了鋼箱梁銹蝕的原因以及鋼箱梁除銹防腐的必要性。比較三種除銹方法的工藝和優(yōu)缺點(diǎn),綜合考慮除銹質(zhì)量、施工工期、費(fèi)用消耗、經(jīng)濟(jì)效益等因素,建議選擇機(jī)械除銹技術(shù)。同時,文章詳細(xì)介紹了除銹后的清理、表面處理的要求和標(biāo)準(zhǔn),并針對局部防腐涂裝給出涂裝配套體系及標(biāo)準(zhǔn)要求。由于跨海河大橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)研究尚處于起步階段,為了減少銹蝕對鋼箱梁安全性的影響,建議在快速銹蝕發(fā)生前,或至少在銹蝕達(dá)到穩(wěn)定前,及時進(jìn)行除銹和防腐涂裝。