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近年來,我國橋梁建設發(fā)展迅速,鋼橋以其抗震性好、自質量輕、施工周期短等優(yōu)點,得到了越來越多的應用,尤其在跨江、跨海、跨峽谷的大跨度橋梁中均采用鋼橋。表面腐蝕、應力腐蝕和疲勞腐蝕是導致這種特大鋼橋構件產(chǎn)生外觀缺陷、壽命降低以至于失去工作能力的重要原因之一。鋼結構腐蝕不僅帶來巨大的經(jīng)濟損失,同時也危及到結構的安全運行。因此,鋼橋長效防腐涂裝在工程建設中顯得尤為重要。
由于影響鋼橋長效防腐的因素很多,而且關注的角度也不同。其中,關注最多的是涂料本身和施工質量管理。本文主要論述了標準規(guī)范、涂裝體系設計、涂裝材料、施工管理等對長效防腐涂裝質量的影響。
1 鋼橋建設概況
交通運輸部公路局為落實《國務院關于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》(國發(fā)[2016]6號)有關要求。以供給側結構性改革加快推進公路鋼結構橋梁建設,促進公路建設轉型升級,提出了一些意見,意見中提到:當前,我國鋼鐵產(chǎn)能利用率不足70%,鋼鐵行業(yè)去產(chǎn)能、去庫存的形勢緊迫,需要各行業(yè)加大支持力度。目前,世界發(fā)達國家已逐步發(fā)展到了以鋼結構橋梁為主的階段,法國、日本、美國的鋼結構橋梁比例已經(jīng)分別到達了85%、41%、35%,相比較而言,我國鋼結構橋梁應用不夠廣泛,占橋梁總數(shù)尚不到1%。
近年來,我國每年新增橋梁約2.8萬座,是使用鋼材的重要領域。也是加快推進鋼結構橋梁的難得發(fā)展機遇。近些年,大型鋼橋越來越多,以本公司所建鋼橋為例,繼港珠澳大橋之后,目前在產(chǎn)項目中,10萬t以上的項目就有幾座,如表1所示。
表1 10萬t以上的在產(chǎn)橋梁項目
由表1可以看出,要高質量完成這些項目,高質量涂裝是不可或缺的重要一環(huán),也是整橋建設這一系統(tǒng)工程中的一個重要組成部分。
2 鋼橋梁常見的長效重防腐體系
鋼橋梁防腐標準中的防腐體系較多,如TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》和JT/T722—2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》。其中JT/T722—2008體系根據(jù)腐蝕環(huán)境和保護年限的不同進行了更詳細的劃分。本公司所建的橋梁通常是國家重點工程,其要求的防腐體系都是長效型。所以最常用的是眾多體系中性價比最高、施工性能最好的一種。
2.1氟碳面漆防腐體系
近幾年,本公司制作的萬t級以上橋梁的涂裝方案大多采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+氟碳面漆(常規(guī)標準體系)的長效重防腐體系,如滬通長江大橋、虎門長江二橋、蕪湖長江大橋、平潭海峽大橋、港珠澳大橋等。
2.2聚氨酯面漆防腐體系
近幾年本公司承建的國外項目中,多采用無機/環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+聚氨酯面漆重防腐體系,如香港昂船洲大橋、德國單線(雙線)橋、委內瑞拉橋、孟加拉帕德瑪橋和美國VN橋。
3 影響鋼橋防腐耐久性的因素及建議
目前大型鋼橋的設計使用年限一般是100~120a,鋼橋一旦開始運營,部分橋梁所處的環(huán)境根本無法再進行大面積重新防腐涂裝,所以橋梁需要在制造施工中實施長效防腐涂裝。技術標準規(guī)范對防腐涂裝具有很強的指導意義,但認知程度的不同對其理解也會有所不相同,而且隨著新涂料新工藝的發(fā)展,如果過于教條地理解標準規(guī)范可能會適得其反;涂裝配套體系的合理性也是影響鋼橋防腐耐久性的重要因素之一,尤其是設計創(chuàng)新的防腐配套方案,必須充分論證涂料的合理性;新品種或新涂料由于沒有經(jīng)過大生產(chǎn)應用,缺少足夠的應用經(jīng)驗,也會出現(xiàn)各種問題,因此,涂料本身也是影響鋼橋防腐耐久性的重要因素之一。另外施工管理、施工過程也是直接影響鋼橋防腐耐久性的因素。
3.1標準因素
3.1.1 標準滯后
由于執(zhí)行標準或規(guī)范每隔5~10a才修訂一次,而防腐涂料及工藝更新較快,再加上環(huán)保法規(guī)的愈發(fā)嚴格,標準中會不可避免地出現(xiàn)部分內容不能滿足現(xiàn)有涂裝技術和環(huán)保要求。所以在使用標準時不能按部就班、太過教條,否則在實際施工時既保證不了工期又保證不了質量。
標準畢竟是技術性比較強的文件,沒有一定涂裝相關知識的人僅靠字面意思較難準確掌握其中的內容,不定期的貫標會十分必要。例如:TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》中,特制環(huán)氧富鋅底漆干膜厚度為40μm/道,環(huán)氧云鐵中間漆干膜厚度為40μm/道,這2個要求類似,都屬于涂層干膜厚度要求,這與目前高固體分低VOC含量要求不匹配。目前的涂料通常不加稀釋劑或加少量的稀釋劑噴涂一道干膜厚度約80μm。如果嚴格按標準執(zhí)行,特制環(huán)氧富鋅漆中應加入大量的稀釋劑來降低涂料的黏度,來保證噴涂一道底漆的厚度為40μm左右。因為稀釋劑不參與涂料的化學反應,它會全部揮發(fā)到大氣中污染環(huán)境。環(huán)保法規(guī)和標準對VOC限制就沒有實際意義了。
另外,摩擦面處采用電弧噴鋁工藝,由于施工過程中產(chǎn)生的大量噪音、弧光、金屬粉塵對人和環(huán)境傷害很大,所以橋梁鋼結構防腐噴鋁施工通常都是夜間作業(yè)。但如果涂裝廠房距離居民區(qū)較近,晚上涂裝施工作業(yè)時的噪音很大,也會影響附近居民的正常生活。
3.1.2 對標準理解不足
設計防腐涂裝體系在引用TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》時,往往忽略了摩擦面處采用電弧噴鋁涂層的應用條件。標準中明確“對于栓焊梁的生產(chǎn)或儲存在黃河以南地區(qū)時,宜采用無機富鋅防銹防滑涂料噴涂摩擦面。”這是因為黃河以南地區(qū)的環(huán)境濕度大,鋁涂層多孔,在這種環(huán)境下鋁涂層表面極易返銹,如圖1和圖2所示。經(jīng)充分試驗驗證,在保證期內鋁涂層表面有銹但不影響抗滑移系數(shù),僅是影響外觀。實際橋梁桿件出現(xiàn)這種情況時,多數(shù)業(yè)主或監(jiān)理不能接受返銹不美的外觀,要求整改,不但費工費力甚至影響抗滑移性能。
圖1 儲存不到1個月的鋁涂層
圖2 儲存5個月(期間被淋雨)的鋁涂層
標準在長效防腐涂裝中居核心地位,它相當于此行業(yè)的“法規(guī)”,它使各工序、質量要求、施工方法等“有法可依”,標準的導向十分重要。為此,建議標準修訂時,應最先關注人的健康與安全。如有可替代的新涂料,應毫不猶豫地從標準中刪除不環(huán)保工藝或材料。同時,新版標準出版時應開辦多場貫標會,幫助下游各相關單位正確理解和使用橋梁防腐標準。當標準更新滯后時,橋梁施工管理人員應該用發(fā)展的眼光去解讀標準和規(guī)范。
3.2涂裝配套體系設計因素
橋梁標準中可選擇的防腐配套體系較多,設計方可以根據(jù)鋼橋所處的腐蝕環(huán)境和預期的防腐壽命,正確地選擇與之匹配的涂裝配套體系。但是防腐配套方案的創(chuàng)新設計,如不充分論證其合理性,就極有可能造成資源浪費、環(huán)境污染和質量隱患。如表2中的一份設計體系中就有4處不妥,詳情如下:
對于涂料制造廠來說,橋梁標準中的最常用涂料是成熟產(chǎn)品,對其固化機理及涂料施工性能都掌握得很清楚。通常出現(xiàn)質量問題的涂料是技術指標未在標準中明確的新品種或新涂料的首次應用。這些涂料由于缺少足夠的應用經(jīng)驗,施工時出現(xiàn)的問題無法或難以找到合適的解決辦法,例如:
(1)冷噴鋅涂料的配套性差。
冷噴鋅涂料防腐性能高于目前的富鋅漆,可以做底漆也可以獨立使用。冷噴鋅涂料生產(chǎn)廠家較少,其中還有部分廠家僅生產(chǎn)這單一涂料,而不能生產(chǎn)傳統(tǒng)涂料,所以形成不了涂料的配套體系。大部分生產(chǎn)傳統(tǒng)涂料的涂料廠家不會生產(chǎn)冷噴鋅,但國內常規(guī)的配套形式又是底中面三層涂料。所以只能2家涂料做配套,本公司在施工某橋前也提前在試板上做了實驗,但一到實際施工時就出現(xiàn)了氣泡、涂層附著力差等問題(見圖3)。由于工期有限,某橋最后的解決方案是配套體系中使用的產(chǎn)品完全出自同一個廠家(見圖4)。
目前,該涂料的配套性已經(jīng)解決,它可以與多廠家的特定型號配套使用。
圖3 涂層附著力差
圖4 涂層附著力良好
(2)環(huán)保型聚硅氧烷面漆涂層脫落。
國內鋼橋首次應用了環(huán)氧富鋅+環(huán)氧云鐵中間漆+聚硅氧烷面漆這一涂裝體系,由于涂料供應商對新產(chǎn)品性能認識不足,涂裝施工時無法給出正確的指導,致使在施工過程中遇到了針孔、涂層脫落等諸多問題,經(jīng)過大量的實驗才發(fā)現(xiàn)了關鍵控制因素:一是施工時增加漆膜厚度,聚硅氧烷是厚漿型環(huán)保涂料,但某橋的設計厚度為30μm,噴涂太薄涂層較難成膜;二是調整合理的溫度與濕度,硅氧烷面漆固化時需要較高的濕度、溫度,與當時施工時較低的相對濕度和溫度不匹配。在此兩點關鍵因素得以控制后,生產(chǎn)的桿件沒有再出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。
(3)水性富鋅底漆IC531涂層附著力差。
早在18年前本公司就使用過水性富鋅底漆IC531,該涂料對施工環(huán)境、工件表面清潔度要求較高。由于對其認識不深,涂料廠技術服務人員也沒有過多強調施工要點,造成施工后涂層脫落,出現(xiàn)大面積返工。從此本公司員工可謂是談水性色變,監(jiān)理和業(yè)主也對該水性涂料質量產(chǎn)生質疑,一種新型環(huán)保涂料剛剛在鋼橋梁領域出現(xiàn)就遭到了強烈的人為抵制。
涂料生產(chǎn)廠家是長效防腐施工各相關單位中最專業(yè)、最了解涂料性能的一方,所以更應當承擔起推廣、傳播涂裝知識的責任。關于一種新涂料的推廣,應讓不同的用戶(設計方、業(yè)主、監(jiān)理管理方、施工單位使用方)掌握他們應該知道的相關涂料性能,而且新產(chǎn)品推廣前應有足夠的實驗數(shù)據(jù)。另外,涂料廠家不僅僅是材料供應商,更應該做好現(xiàn)場施工的技術指導工作。
承擔大型鋼橋防腐的施工單位都具有專業(yè)資質。這樣企業(yè)有自己獨立完善的質量保證體系。橋梁工程防腐涂裝施工前有交底會,各方將有異議的地方進行溝通確定。施工時注意表面處理質量、涂裝環(huán)境、涂裝時間間隔等,一般就不會有質量問題。通常,施工人員臨時變動、設備出現(xiàn)問題沒有及時被發(fā)現(xiàn)、工期緊張就比較容易發(fā)生質量問題。
建議涂裝施工做好以下幾點:(1)施工工期應充分考慮涂裝工期,合理安排,盡量避免搶工期;(2)注重環(huán)境條件的控制;(3)做好噴砂與噴漆以及噴涂各涂層之間的銜接;(4)人員變化時技術交底,增加檢查頻次,定期培訓,定期檢修更換設備及配件;(5)積極開發(fā)智能設備代替人工,改善勞動條件和勞動環(huán)境。
4 鋼橋長效防腐涂裝展望
伴隨國家創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念的引領,鋼制橋梁防腐也將會在不久的將來發(fā)生革命性的變化。
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