橋梁鋼箱梁內部除銹防腐技術研究

李 杰

(遼寧新發展公路科技養護有限公司 沈陽市 110103)

0 引言

(1)鋼箱梁銹蝕特點:鋼箱梁內部銹蝕主要有三種表現:一是鋼箱梁表面涂層劣化,主要表現為粉化、起泡、裂紋、脫落、銹蝕等[1];二是鋼構件銹蝕,主要表現為均勻銹蝕、孔蝕、縫隙銹蝕、應力腐蝕等;三是構件連接缺陷,主要表現為焊縫脫落、漏焊、銹蝕、撕裂、脫開、焊縫位置出現疲勞裂紋等。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、未涂漆防護等。

(2)鋼箱梁銹蝕分析

鋼箱梁在海洋性環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,之后變緩趨于穩定。初始階段孔蝕速率最大,可達均勻銹蝕的8倍,其后均勻銹蝕和孔蝕速率基本相等[1]。根據上述鋼材銹蝕退化規律,結合箱梁內部溫度、濕度和空氣污染成份含量等因素分析,鋼箱內表面內部橫隔板、U肋以及縱向加勁肋等構件均會出現銹蝕。

(3)鋼箱梁內部除銹防腐的必要性

鋼箱梁位于河流或海洋的正上方,潮濕空氣環境中有大量的腐蝕性離子。鋼結構表面防腐涂層出現劣化或有細微裂縫時,腐蝕性離子很容易透過防腐涂層,對鋼箱梁進行化學銹蝕。銹蝕會使鋼箱梁的截面局部變化,易造成銹坑、鋼結構板體削弱等病害,進而產生裂紋。當裂紋擴展后,易導致鋼箱梁結構壽命降低,甚至鋼構件斷裂,對結構安全產生重大影響[1]。因此,及時為鋼箱梁除銹防腐十分必要。

1 鋼箱梁內部除銹方法及特點

目前,鋼材除銹方法有噴砂除銹、激光除銹、機械除銹、人工除銹、銹鐵轉化劑轉化等。由于鋼箱梁結構特殊,噴砂機和激光除銹設備無法運送到鋼箱梁內部使用,因此鋼箱梁內部除銹只能使用傳統的機械除銹、手工除銹以及銹鐵轉化劑除銹工藝,在此詳細介紹各種除銹技術工藝和方法。

1.1 機械除銹技術

在具備電源和空氣壓縮機時,均可采用機械除銹。常用機械除銹設備有電動或風動鋼絲輪除銹器、手持式電動砂輪磨石機及帶針束的風動機。前兩種機械除銹設備適用于平面除銹,帶針束的風動機適用于寬度狹窄、焊縫凹凸不平、有角度且帶彎曲的表面及角縫處除銹。機械除銹主要借助機械力沖擊與摩擦,比手工除銹質量高,工效稍快,但不到之處還需用鏟刀等工具鏟刮。對于舊漆皮,則難以用機械除掉。該技術優點在于磨光拋光效果好、可控制打磨粗糙度、勞動強度小、工效較快;缺點則是易造成點銹部分處理面擴大,產生的粉塵過大,需要做好通風和防護。

1.2 手工除銹技術

鋼梁板或加勁梁有銹點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銹處,可以使用尖頭或平口彈簧除銹錘進行敲擊。對于銹蝕深度不高的銹層,如銹塊和麻點,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,用松節油清理。該技術的優點是適用于處理點銹、角接處銹蝕,銹蝕處理較干凈,無粉塵;缺點則是不易控制表面粗糙度,勞動強度大,工效很低。

1.3 銹鐵轉化劑轉化技術

使用10%～30%濃度的銹鐵轉化劑,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。重銹處應提高銹鐵轉化劑濃度或延長浸泡時間。特別重的銹跡,可以漂洗鈍化后進行銹鐵轉化浸泡。轉化完成后,原銹位略有突出,表面呈深黑色。打磨后內部呈光亮金屬色。可直接在轉換面做防腐處理。

該技術適用于鋼箱梁底部及底部平面拱肋處。頂板、側板及底板斜面拱肋涂刷該溶液后有流淌現象,無法有效浸泡銹跡,故不宜使用。該技術的優點是勞動強度小、易操作、無粉塵、造價較低;缺點則是上頂板和肋柱斜面處銹跡不易被浸泡,轉化后表面呈深黑色。

2 腐蝕區域表面處理要求

除銹后,結構體表面應達到《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)規范要求的PSt3級標準,即除銹周圍表面附著的油漆涂層應牢固,且表面完好,附著力測試達到相關要求。除銹后表面在不借助工具觀察的情況下,應無可見灰塵 ,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(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修成坡口,坡面進行拉毛處理,如圖1所示。

圖1 銹蝕區域和未銹蝕區域過渡坡口示意圖

銹蝕區域表面粗糙度:銹蝕部位的表面處理,遵循《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》(JT/T 722—2023)規范要求,鋼材表面打磨粗糙度應在 Rz35～70μm[2]。

對于表面除銹過程中產生的粉塵、漆皮、殘渣等,應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 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)規定的3級。

3 鋼箱梁內部防腐涂裝技術

3.1 鋼箱梁防腐涂裝常用材料和技術方法

(1)環氧富鋅底漆

環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,方可進行噴涂或涂刷。環氧富鋅漆可與除醇酸等油性涂料外的大多數涂料配套使用。

(2)無機硅酸富鋅底漆

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

(3)無機硅酸富鋅底漆表面的封閉

該材料多孔且易產生氣泡、針眼等不利后果,因此建議采用霧噴法施工技術。

(4)環氧厚漿型中間面漆

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生漆膜破裂。

(6)脂肪族聚氨酯面漆

對脂肪族聚氨酯面漆進行充分攪拌后,建議加入少量稀釋劑,用小槍嘴進行多道噴涂,每道噴涂稍留有時間間隔。

3.2 涂裝配套體系

為確保防護效果,建議在原涂層體系中增加一道環氧富鋅底漆(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 涂裝作業條件及注意事項

(1)涂裝施工環境溫度為5℃～38℃,鋼板溫度高于露點溫度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內必須完成防腐涂裝。現場施工環境比較理想時,可以適當延后,但不宜超過12h。防腐涂裝前必須進行一次除銹表面檢查,涂裝表面如果再次出現銹跡,則必須重新除銹。

(3)防腐涂層涂料在涂裝前必須充分攪拌,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)除銹后需進行防腐。表面多為細長或面積較小、形狀復雜的形塊,建議根據除銹后表面形狀進行遮蓋,只露出需防腐的表面及邊緣。優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行防腐,但刷涂后表面易出現橫豎紋理。噴涂困難的部位可改用人工刷涂法進行涂裝防腐。

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

3.4 涂裝后檢驗

(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,應分別檢驗每層涂層干膜的厚度。

(2) 檢驗漆膜的厚度,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件涂層進行抽驗的比例不得低于20%,對次要構件涂層進行抽驗的比例不得低于5%。每個構件至少檢測3點。板梁、箱形梁每10m2至少檢測3處,每處取1dm2,至少測 5點。

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

4 結語

文章通過鋼箱梁養護中三種除銹方法的試驗分析,結合相關規范和文獻資料,總結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缺點,綜合考慮除銹質量、施工工期、費用消耗、經濟效益等因素,建議選擇機械除銹技術。同時,文章詳細介紹了除銹后的清理、表面處理的要求和標準,并針對局部防腐涂裝給出涂裝配套體系及標準要求。由于跨海河大橋預防性養護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,建議在快速銹蝕發生前,或至少在銹蝕達到穩定前,及時進行除銹和防腐涂裝。