余安高速平塘特大橋鋼梁高強(qiáng)螺栓摩擦面廠內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)涂裝施工方法和質(zhì)量控制

周自強(qiáng) 白玉明 袁碩 戚偉

摘 ? ?要：鋼結(jié)構(gòu)橋梁常用熱噴鋁（電弧噴鋁）涂層增加高強(qiáng)螺栓連接部位的抗滑移系數(shù)與防腐，受目前材料、設(shè)備、工藝的影響，熱噴鋁涂裝質(zhì)量不穩(wěn)定、施工效率低，也不適宜在我國(guó)南方地區(qū)使用，摩擦面部位涂層滿足抗滑移系數(shù)要求的同時(shí)還需兼顧涂層防腐都是本項(xiàng)目的難點(diǎn)。施工過(guò)程嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制是可以達(dá)到質(zhì)量目標(biāo)的。

關(guān)鍵詞：防腐;摩擦面;熱噴鋁

1 ?項(xiàng)目介紹

貴州省余慶至安龍高速公路平塘至羅甸段屬于省高速公路網(wǎng)（“678”網(wǎng)）規(guī)劃中的第六橫--余慶至安龍高速公路的重要組成部分。平塘特大橋位于余慶至安龍高速公路平塘至羅甸段K32～K35處，跨越槽渡河峽谷，主橋孔跨布置為：（249.5+2×550+249.5）m 三塔雙索面疊合梁斜拉橋。平塘特大橋主塔塔高328m，被業(yè)內(nèi)專家和同行稱為當(dāng)今“最高、最美”的空間索塔，為世界第一高混凝土橋塔。由于施工技術(shù)非常復(fù)雜，施工難度大，屬于世界級(jí)橋梁，建成后將成為貴州地標(biāo)性建筑。這座大橋是羅甸高速公路架設(shè)項(xiàng)目中的重點(diǎn)控制性工程，該段高速的其他路面、橋梁及隧道燈施工與平塘特大橋建設(shè)同步推進(jìn)，平塘特大橋建成貫通后，平塘至羅甸高速公路將通車。主橋?qū)嵕皥D見(jiàn)下圖1，主梁橫斷面圖見(jiàn)下圖2。

2 ?涂裝設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本橋鋼梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼梁構(gòu)件全部為工字型或T字型，無(wú)封閉箱體，涂裝設(shè)計(jì)方案并不復(fù)雜，僅區(qū)分為鋼混部位、外露部位以及高強(qiáng)螺栓摩擦部位的涂裝體系。本項(xiàng)目鋼梁涂裝材料與施工的執(zhí)行綱領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)為JT/T 722—2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝技術(shù)條件》，涂裝體系如下。

3 ?摩擦面涂層分析

目前，根據(jù)國(guó)內(nèi)橋梁鋼結(jié)構(gòu)各執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)于高強(qiáng)螺栓摩擦部位的涂裝方式和材料基本上只有兩種選擇，即熱噴鋁（電弧噴鋁）或噴涂無(wú)機(jī)富鋅防銹防滑涂料。熱噴鋁（電弧噴鋁）和無(wú)機(jī)富鋅防銹防滑涂料涂層對(duì)鋼構(gòu)件提供有效腐蝕防護(hù)的同時(shí)還能顯著提高涂層的抗滑移系數(shù)：涂層的初始抗滑移系數(shù)均不小于0.55，安裝時(shí)（6月內(nèi)）均不小于0.45，都是做摩擦面涂層的可靠選擇。

電弧熱噴涂是利用兩根金屬絲之間產(chǎn)生的電弧熔化金屬絲的頂端，經(jīng)一束或多束氣體射流（一般為壓縮空氣）將已熔化的金屬霧化后噴射到經(jīng)處理的基體表面上形成涂層的工藝方法。根據(jù)其材料、施工方法、涂層的特性，熱噴鋁（電弧噴鋁）涂層的優(yōu)、缺點(diǎn)明顯：

熱噴鋁（電弧噴鋁）涂層與鋼鐵結(jié)合是靠鋁被熔化，熱噴涂至工件表面形成機(jī)械熱鑲嵌和微冶金結(jié)合，涂層結(jié)合力高，各標(biāo)準(zhǔn)均要求附著力在5.9MPa以上（無(wú)機(jī)富鋅涂層要求為≥3MPa）。熱噴鋁（電弧噴鋁）涂層陰極保護(hù)效果充分，涂層的陽(yáng)極與陰極面積比遠(yuǎn)大于1。熱噴鋁（電弧噴鋁）涂層與涂料涂層相比其劣勢(shì)也十分突出：除銹清潔度要求高（熱噴鋁前底材清潔度至少要達(dá)到Sa3級(jí)，涂料為不小于Sa2級(jí)）、效率低（大約5m2/h～8m2/h）、污染大（噪聲、強(qiáng)光、粉塵等多源污染）、質(zhì)量不易控制（噴嘴的移動(dòng)速度、送絲速度、氣壓大小、火焰大小等都要憑借操作人員的經(jīng)驗(yàn)去控制）。與涂料涂層相比鋁顆粒過(guò)大，雖然能增加表面的粗糙度，但是鋁涂層的孔隙過(guò)大，水分子容易進(jìn)入，致摩擦面長(zhǎng)時(shí)間放置后表面易發(fā)黑，影響外觀（噴鋁涂層經(jīng)多項(xiàng)目實(shí)例驗(yàn)證、檢測(cè)安裝時(shí)抗滑移系數(shù)仍能滿足要求）。

以下為國(guó)內(nèi)各鋼橋梁涂裝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于高強(qiáng)螺栓摩擦面使用熱噴鋁（電弧噴鋁）適用范圍的相關(guān)規(guī)定：

（1）JT/T 722—2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝技術(shù)條件》。

S23（熱噴鋁）：不適用于相對(duì)濕度大、雨水多的環(huán)境。

（2）TB/T 1527—2011《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》。

對(duì)于栓焊梁生產(chǎn)或貯存在黃河以南地區(qū)時(shí)，宜采用無(wú)機(jī)富鋅防銹防滑涂料噴涂摩擦面。

（3）CJJ/T 235—2015《城鎮(zhèn)橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝工程技術(shù)規(guī)程》。

S24（熱噴鋁）：不適用相對(duì)濕度大、雨水多的環(huán)境。

由此可見(jiàn)，在我國(guó)南方（本項(xiàng)目廠內(nèi)制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝均在我國(guó)黃河以南地區(qū)）橋梁鋼結(jié)構(gòu)摩擦面使用熱噴鋁（電弧噴鋁）涂裝并不是理想的選擇。但為了本項(xiàng)目施工質(zhì)量，在施工時(shí)特精細(xì)設(shè)置了此部位的涂裝方法與相關(guān)質(zhì)量控制要求。

4 ?摩擦面涂裝施工方案與過(guò)程控制

摩擦面涂裝按施工先后順序：包括在鋼結(jié)構(gòu)加工廠內(nèi)完成噴砂除銹、熱噴鋁（電弧噴鋁）的涂裝以及鋼構(gòu)件完成現(xiàn)場(chǎng)高強(qiáng)螺栓終擰后的外露面按相鄰部位的補(bǔ)涂裝。

4.1 ?摩擦面廠內(nèi)涂裝

4.1.1 ? 表面凈化處理

表面凈化處理的具體要求和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、方法見(jiàn)表2。

在鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)進(jìn)涂裝廠房準(zhǔn)備防腐涂裝前再次進(jìn)行檢查，直到合格為止。

4.1.2 ? 噴砂除銹

（1）施工環(huán)境要求。鋼梁的二次表面處理時(shí)（噴砂除銹）對(duì)環(huán)境溫、濕度有嚴(yán)格的要求，空氣相對(duì)濕度要求不大于85%，鋼板表面溫度必須高于氣溫露點(diǎn)3℃以上。濕度超過(guò)85%，噴砂除銹后鋼板表面會(huì)迅速返銹，達(dá)不到后續(xù)涂裝要求。鋼板表面溫度達(dá)不到高于氣溫露點(diǎn)3℃以上時(shí)，鋼板表面易凝結(jié)水汽，影響涂層附著力或使漆膜形成針孔，導(dǎo)致涂層不致密，影響涂層壽命。

（2）噴砂用磨料要求。熱噴鋁（電弧噴鋁）對(duì)二次除銹鋼材表面的清潔度和粗糙度要求較高。因此，二次除銹的磨料只能用鋼丸和鋼砂，不能用非金屬磨料。因?yàn)榉墙饘倌チ显趪娚皶r(shí)易破碎，形成的粉沫會(huì)沉積在鋼板表面，影響底漆附著力。二次除銹后，鋼材表面粗糙度要求達(dá)到60mm～100mm。粗糙度過(guò)低，影響底涂層附著力;過(guò)高會(huì)增加涂裝材料用量，且會(huì)對(duì)涂層壽命有不良影響。因此，對(duì)磨料的直徑也有一定的要求，即G25鋼砂和G18鋼砂按7：3混合使用。

無(wú)論何種磨料均應(yīng)保持清潔和干燥，即磨料的表面都必須清潔、干燥、無(wú)油污、無(wú)可溶性鹽類等，如果受潮，則應(yīng)停止使用，更換新砂或干燥達(dá)到要求后再使用。金屬磨料技術(shù)要求符合GB/T18838的規(guī)定，以滿足噴砂處理表面清潔度的需要，其粒度和形狀均滿足噴射處理后對(duì)表面粗糙度的要求。使用過(guò)程中必須經(jīng)常對(duì)磨料進(jìn)行檢查，并采取過(guò)篩、除灰、補(bǔ)充新料等手段，以保持所使用磨料的清潔、干燥、數(shù)量及性能。噴砂磨料是循環(huán)使用的，使用過(guò)的磨料由于混合了鐵銹、車間底漆粉沫和灰塵等，通過(guò)噴槍高速噴出后，會(huì)附著在鋼板表面的凹坑里，影響后續(xù)涂層附著力。大量的灰塵在打砂車間內(nèi)會(huì)形成塵霧，從而影響施工人員視線，嚴(yán)重影響施工效率、質(zhì)量。因此，在噴砂鋼丸（砂）之前，需經(jīng)過(guò)吸砂機(jī)吸入塵砂，通過(guò)分離器分離灰塵，清潔后才能循環(huán)使用。

（3）噴砂壓縮空氣要求。噴砂用壓縮空氣要求有0.6MPa～0.8MPa壓力，并且無(wú)油無(wú)水。壓縮空氣須經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置除油除水后才能使用。若壓縮空氣中含有油分和水分，隨磨料噴射到鋼材表面，會(huì)影響底涂層的附著力;水分還會(huì)使噴砂處理過(guò)的鋼材表面返銹。

（4）噴砂后鋼材表面清潔度要求。鋼板表面經(jīng)過(guò)噴砂處理，還必須經(jīng)過(guò)清砂、清潔處理程序，以去除灰塵。除塵后，用透明膠帶粘貼被檢鋼板表面，揭起膠帶與標(biāo)準(zhǔn)圖片樣本對(duì)比，其清潔度要求達(dá)到IS08504標(biāo)準(zhǔn)的3級(jí)。

4.1.3 ?熱噴鋁（電弧噴鋁）施工

熱噴鋁（電弧噴鋁）施工時(shí)嚴(yán)格按照工藝參數(shù)施工。

4.1.4 ?鋼梁與抗滑移試件的存放、運(yùn)輸

廠內(nèi)涂裝完成后的鋼梁桿件與抗滑移系數(shù)試件同材質(zhì)、同工藝、同批制造，隨所代表的鋼梁發(fā)運(yùn)及存放。

4.2 ?現(xiàn)場(chǎng)鋼梁安裝完成后涂裝

4.2.1 ?表面清理

用有機(jī)溶劑清除外露的高強(qiáng)螺栓螺桿、螺母、墊圈以及拼接板外露面的油污。先使用干凈抹布適量蘸取稀釋劑擦除外露面表面沾附的油污，至無(wú)肉眼可見(jiàn)油污為止;然后再使用干凈毛刷蘸取稀釋劑反復(fù)三次以上刷洗外露面表面，至表面油污徹底清除為止。

4.2.2 ?打磨除銹、拉毛

使用角磨機(jī)配制鋼絲輪對(duì)高強(qiáng)螺栓副連接外露面進(jìn)行機(jī)械打磨除銹，除銹質(zhì)量達(dá)到St3級(jí)為止。由于螺栓帽、螺母為六角棱體，要求打磨時(shí)順從六個(gè)面的角度，以保證除銹質(zhì)量;對(duì)拼接板外露面用100目砂紙手工打磨拉毛外露的鋁層表面（機(jī)械打磨除銹在除油污的稀釋劑徹底揮發(fā)干燥后進(jìn)行）。

機(jī)械打磨除銹St3級(jí)的檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)頻次和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

4.2.3 ?補(bǔ)涂施工

施擰后外露摩擦面和螺栓頭補(bǔ)涂時(shí)應(yīng)注意區(qū)分涂料品種。施工時(shí)，應(yīng)對(duì)周邊涂層實(shí)施保護(hù)，然后先對(duì)螺栓頭部位進(jìn)行環(huán)氧富鋅底漆的刷涂，刷涂過(guò)程中做到認(rèn)真仔細(xì)，確保不漏涂，使干膜厚度達(dá)到80μm;然后使用環(huán)氧磷酸鋅封閉底漆對(duì)摩擦面外露噴鋁層表面進(jìn)行封閉，涂至不再吸收為止，封閉漆實(shí)干后對(duì)所有外露面刷涂150μm環(huán)氧云鐵中間漆，待外露摩擦面和螺栓頭部位的環(huán)氧云鐵漆層實(shí)干后統(tǒng)一刷涂40μm的第一道氟碳面漆，第二道氟碳面漆的涂裝和全橋外表面最后一道面漆的涂裝同時(shí)進(jìn)行。

5 ?涂裝質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1 ?涂裝前的檢查

鋼材表面除銹必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的除銹等級(jí)，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)熱噴鋁或涂刷底漆;涂裝環(huán)境應(yīng)符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。

5.2 ?涂裝過(guò)程的檢查

熱噴鋁涂層表面均勻一致，不允許有漏涂、起皮、鼓泡、大熔滴、松散粒子、裂紋和掉塊等，允許輕微結(jié)疤和起皺。分層涂裝作業(yè)中，使用漆膜厚度儀測(cè)定每層涂層的厚度，每道漆膜不允許有咬底、剝落、漏涂、起泡等現(xiàn)象。

5.3 ?涂裝后的檢查

涂層外觀的檢查。涂層外觀應(yīng)均勻、平整、豐滿、有光澤，沒(méi)有咬底、剝落、裂紋、針孔等缺陷。涂層厚度的檢查。采用干膜測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)定，并依照鋼結(jié)構(gòu)涂裝驗(yàn)收規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行其質(zhì)量驗(yàn)收。

5.4 ?附著力的檢查

在廠內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了多批多組的涂層附著力拉開(kāi)法檢驗(yàn)，檢驗(yàn)效果較好：摩擦面部位檢測(cè)點(diǎn)復(fù)合涂層的附著力均在9MPa以上，全部滿足金屬涂層不小于5.9MPa和復(fù)合涂層不小于3MPa的要求。

6 ?結(jié)束語(yǔ)

金屬噴涂（電弧噴鋁）在如今大大提倡環(huán)保的新形勢(shì)下，施工設(shè)備目前仍無(wú)適宜環(huán)境保護(hù)的改進(jìn)與突破，導(dǎo)致電弧噴涂施工時(shí)產(chǎn)生較大污染，為滿足質(zhì)量與工期其施工付出的代價(jià)較大（包括環(huán)境），雖然在施工時(shí)通過(guò)方法得當(dāng)?shù)馁|(zhì)量控制可以滿足使用與防腐要求，但仍建議盡量使用相關(guān)功能的涂料代替金屬涂層的涂裝。

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