談高速公路交通安全設(shè)施防腐技術(shù)

劉 哲

(山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032)

1 高速公路交通安全設(shè)施的腐蝕機(jī)理

交通安全設(shè)施當(dāng)中的金屬構(gòu)件、連接件以及鋼筋混凝土都存在被腐蝕的可能，而無(wú)論是金屬還是混凝土的腐蝕破壞，都是由于其自身的成分與接觸到的大氣或雨水等介質(zhì)中其它化學(xué)物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致交通安全設(shè)施原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被破壞，出現(xiàn)銹蝕、結(jié)構(gòu)裂紋或斷裂等現(xiàn)象。而高速公路沿線不僅存在風(fēng)霜雨雪以及高溫凍融等助長(zhǎng)腐蝕破壞發(fā)生的氣象因素，還由于不同路段存在工業(yè)園區(qū)、瀕臨海灣或處于酸雨易發(fā)區(qū)域，使得空氣中存在一定濃度的腐蝕性元素，會(huì)直接接觸或溶于降水而集聚在交通安全設(shè)施的表面，并且會(huì)沿表面細(xì)微裂紋等缺陷逐漸滲透侵入金屬、混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，讓交通安全設(shè)施各部分構(gòu)件更快被腐蝕。

2 防腐技術(shù)原理及類(lèi)型

2.1 防腐技術(shù)的基本原理

由于腐蝕過(guò)程的實(shí)質(zhì)是發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，一方面導(dǎo)致被腐蝕對(duì)象的化學(xué)成分發(fā)生改變，其原有的強(qiáng)度、剛度以及密度等機(jī)械性能和物理性質(zhì)等無(wú)法達(dá)到預(yù)期，從而引發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、強(qiáng)度或密封性能失效。另一方面化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量新的化學(xué)成分，其化學(xué)活性、體積等也出現(xiàn)根本變化，會(huì)與環(huán)境中更多介質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，并且由于微觀結(jié)構(gòu)變化以及體積膨脹等原因，加劇構(gòu)件的性狀改變，表現(xiàn)為變形、斷裂以及析出不規(guī)則形狀的銹蝕物質(zhì)等。因此防腐技術(shù)大多首先致力于隔離被保護(hù)對(duì)象與環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)，利用防水防滲且耐腐蝕的原材料覆蓋其表面形成隔離層。其次針對(duì)腐蝕發(fā)生發(fā)展過(guò)程的特點(diǎn)，利用化學(xué)、電化學(xué)或物理學(xué)原理，采取措施延緩腐蝕進(jìn)程來(lái)達(dá)到提升被保護(hù)對(duì)象使用壽命的目的。

2.2 防腐技術(shù)類(lèi)型

根據(jù)所用防腐原材料的類(lèi)型，防腐技術(shù)可大致分為金屬鍍層、非金屬涂層以及電化學(xué)保護(hù)三個(gè)類(lèi)型，前兩類(lèi)防腐技術(shù)采用的是不同性狀的耐腐蝕金屬或非金屬材料，利用不同的工藝使之均勻覆蓋被保護(hù)的基材表面，與其緊密結(jié)合并形成致密保護(hù)膜，達(dá)到隔絕空氣、水以及有害介質(zhì)的目的。其中常用的金屬防腐材料有含硅、鋁、鉻與鋅等化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定元素的材料，在具體的防腐處理過(guò)程中，根據(jù)防腐有效年限要求、腐蝕性介質(zhì)類(lèi)型以及經(jīng)濟(jì)性等選擇應(yīng)用。而由于工藝的不同，最終在材料表面形成的保護(hù)層化學(xué)成分有所區(qū)別，既有單一由鋅、鉻等元素構(gòu)成的薄膜，也有由被保護(hù)材料中的元素和防腐材料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)形成的合金或化合物。而非金屬防腐涂裝材料大多為有機(jī)或無(wú)機(jī)涂料，并且除了能夠通過(guò)噴、刷等工藝形成防腐保護(hù)膜，還由于色彩豐富、質(zhì)感光滑而具有裝飾、標(biāo)識(shí)作用，因此通常被應(yīng)用于對(duì)表觀質(zhì)量要求較高要求場(chǎng)合。此外電化學(xué)保護(hù)利用電化學(xué)原理，通過(guò)犧牲陽(yáng)極以及陽(yáng)極保護(hù)等方法，讓金屬材料表面形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的鈍化層來(lái)達(dá)到防腐目的。

3 交通安全設(shè)施施工中常見(jiàn)防腐工藝

3.1 熱熔鍍金屬防腐

熱鍍金屬防腐是最成熟的高速公路交通安全設(shè)施防腐技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的探索和工藝改進(jìn)，目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的工藝。在沒(méi)有特殊腐蝕性介質(zhì)的普通環(huán)境條件下，使用熱熔鍍鋅工藝就可以滿(mǎn)足波形梁防護(hù)欄、指示牌等絕大部分金屬構(gòu)件的防腐需要，也被用于處理螺栓螺母等金屬連接件的表面。而熱鍍鋁具有更強(qiáng)的耐腐蝕性能，但是工藝難度與成本相對(duì)偏高，因此被用于酸雨多發(fā)、海洋或工業(yè)大氣以及極度潮濕等公路路段的交通安全設(shè)施防腐，或者在要求防腐有效期較長(zhǎng)的情況下。二者都是利用高溫條件下防腐金屬材料與基底材料中鐵元素的化合作用，將待處理構(gòu)件浸入含鋅或鋁元素的高溫溶劑當(dāng)中，停留一定時(shí)間之后進(jìn)行冷卻和后續(xù)處理，使得構(gòu)件表面形成結(jié)合緊密、性質(zhì)穩(wěn)定耐腐蝕的金屬化合物、氧化物以及單一元素薄膜，從而隔絕腐蝕性介質(zhì)并保護(hù)安全設(shè)施金屬構(gòu)件與連接件。

3.2 粉末噴涂防腐處理

以塑料為主的有機(jī)材料做為防腐材料對(duì)交通安全設(shè)施進(jìn)行防腐處理，在近年來(lái)應(yīng)用越來(lái)越多。這一技術(shù)的應(yīng)用曾經(jīng)遇到難點(diǎn)，在使用熱熔噴涂工藝時(shí)，由于隔離欄等構(gòu)件結(jié)構(gòu)存在很多陰角、拐點(diǎn)和連接部位，導(dǎo)致防腐材料無(wú)法均勻覆蓋所有角落，因此存在保護(hù)層相對(duì)較薄的薄弱部位，在投入使用后兩三年甚至更短時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)銹蝕點(diǎn)，并且由于保護(hù)層完整性的破壞而迅速出現(xiàn)大面積銹蝕損壞。但是目前通過(guò)與傳統(tǒng)防腐技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，采用鍍鋅防腐技術(shù)先對(duì)基材表面進(jìn)行處理，再采用熱熔噴涂技術(shù)形成表面的無(wú)機(jī)材料保護(hù)膜，有效彌補(bǔ)了單純應(yīng)用粉末噴涂工藝的缺陷，在實(shí)踐中可以將免維護(hù)防腐年限延長(zhǎng)至二十年甚至更長(zhǎng)。

3.3 涂裝防腐技術(shù)

涂裝防腐技術(shù)是使用一種或多種防腐涂料對(duì)基材進(jìn)行表面處理，利用滾刷、高壓噴涂等工藝在材料表面形成兼具隔離、耐腐蝕、防水以及裝飾作用的保護(hù)層。在高速公路交通安全設(shè)施防腐施工中，目前主要用于混凝土構(gòu)件的防腐處理。在具體應(yīng)用過(guò)程中需要科學(xué)的設(shè)計(jì)保護(hù)層的結(jié)構(gòu)和工藝，包括基層封閉孔隙的材料、中間層的防滲找平涂料以及耐腐蝕又美觀的面層等。

4 交通安全設(shè)施防腐質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 碳素鋼構(gòu)件的防腐處理

熱鍍金屬以及粉末噴涂是隔離欄等碳素鋼構(gòu)件的主要防腐處理工藝，在熱熔鍍鋅與鍍鋁過(guò)程中，對(duì)防腐效果影響最大的質(zhì)量缺陷是漏鍍和保護(hù)層附著力不足，會(huì)導(dǎo)致鍍層剝落以及快速發(fā)生銹蝕。因此首先在防腐處理前，應(yīng)對(duì)基材表面進(jìn)行處理，清除污染物以及通過(guò)打磨或化學(xué)方法徹底除銹，以確保鍍層的均勻、完整和致密。其次由于熱熔鍍鋁工藝溫度高達(dá)700 ℃，距離碳素鋼強(qiáng)度拐點(diǎn)不足30 ℃，因此應(yīng)控制好防腐處理過(guò)程中的介質(zhì)溫度。并且使用必要的裝具控制構(gòu)件的變形，對(duì)于發(fā)生變形的構(gòu)件則要在冷卻前及時(shí)矯正。最后要控制好鍍鋅碳素鋼基材中碳、磷元素的含量，并且在需要添加鋁元素改善表觀質(zhì)量時(shí)掌握好用量，以免影響基材中鐵元素與鋅元素的化合反應(yīng)效果。此外應(yīng)對(duì)存在瑕疵的金屬鍍層表面進(jìn)行進(jìn)一步處理，將漏鍍部位打磨并二次熔鍍，或者使用涂料噴涂、涂刷來(lái)強(qiáng)化表面細(xì)部耐腐性能。

4.2 金屬連接件的防腐技術(shù)應(yīng)用

螺栓、螺母等金屬連接件用于組裝、固定隔離柵等安全設(shè)施，而由于其不僅同樣暴露于惡劣環(huán)境當(dāng)中，還需要進(jìn)行拆裝調(diào)試等操作，因此不僅除了需要進(jìn)行防腐處理，還應(yīng)確保防腐層具有足夠的耐磨性能，而且要避免保護(hù)層影響連接安裝的公差。所以首先在技術(shù)條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用熱熔粉末噴涂工藝對(duì)螺栓等進(jìn)行防腐處理，利用有機(jī)材料保護(hù)膜超薄耐磨以及工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，保證連接件達(dá)到耐久性和連接可靠性要求。其次當(dāng)使用熱熔鍍工藝進(jìn)行防腐處理時(shí)，應(yīng)按照規(guī)范要求保證防腐材料用量和保護(hù)層厚度，檢查并清理處理后連接件的螺紋部位，確保不影響連接件的正常使用。此外在現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢之后，應(yīng)細(xì)致檢查連接部位有無(wú)保護(hù)層破損，如有則應(yīng)使用防腐涂料修補(bǔ)。

4.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)要點(diǎn)

目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防腐以涂裝油漆、高分子防水耐腐涂料等為主，為保證防腐效果，應(yīng)首先對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行清理和打磨，進(jìn)而用防滲防水涂料封堵混凝土表面孔隙。其次根據(jù)構(gòu)件表面平整度，在必要時(shí)使用防水膩?zhàn)舆M(jìn)行找平，以確保后續(xù)表層涂料形成厚度均勻的保護(hù)層，而表層材料需選擇具有良好耐候、耐腐蝕性能的高分子有機(jī)涂料。最后應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試涂來(lái)驗(yàn)證防腐技術(shù)方案的合理性，在約10 m2混凝土結(jié)構(gòu)表面按設(shè)計(jì)逐層涂裝，并且在養(yǎng)護(hù)完成之后進(jìn)行規(guī)范的抗?jié)B、耐腐蝕以及耐老化試驗(yàn)，經(jīng)確認(rèn)合格再按照相同的工藝參數(shù)進(jìn)行正式涂裝。

5 結(jié) 語(yǔ)

高速公路交通安全設(shè)施對(duì)于維持高速公路安全有序運(yùn)行、降低交通安全事件破壞力非常關(guān)鍵。而目前這一領(lǐng)域防腐技術(shù)研究越來(lái)越受到重視，涂裝防腐工藝因其維護(hù)修復(fù)簡(jiǎn)便、耐腐蝕年限長(zhǎng)而得到更多應(yīng)用，但是還有很多技術(shù)細(xì)節(jié)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系尚待完善。