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郑州黄河二桥钢管拱防腐设计与施工
摘 要： 本文重点介绍了京珠高速公路主跨100 m四联8跨黄河二桥钢管拱的防腐设计和施工技术
关键词： 钢管混凝土结构；拱桥；桥梁防腐；施工方法
1 工程概况
京珠国道主干线郑州黄河二桥全长9848.16m,双向八车道。其中主桥为8孔100m下承式简支系杆拱桥。主桥上部结构为上、下分离的两幅桥，每幅桥宽24.38m，每跨每幅钢管拱由两片拱肋和一道一字撑，二道K字撑组成。单片拱肋由2根Φ1000×16mm的钢管和腹板组成高2.4m的哑铃型断面结构。拱肋矢跨比为1/4.5，矢高21.222m，拱轴线为m=1.347的悬链线。桥位处于暖温带大陆性季风气候区，四季分明，旱、涝、风雹、低温、霜冻和干热风灾害频繁。旱年多，涝年较少，夏秋炎热，冬春寒冷干旱。每年平均气温14.4℃，七月最热，元月份最冷，年最高气温34.2℃，年最低气温-4.7℃，年极端最高气温42.3℃，年极端最低气温-17.9℃。
2 钢管拱防腐设计
全桥钢结构设计均采用长效复合防护涂层技术进行防腐处理。设计方案为：外表面喷砂等级为国标Sa3级，内表面喷砂等级不低于Sa2.0级；拱肋外表面第1层为160 μm热喷铝，第2层为80μm 环氧云铁防锈漆封闭层，第3层为50 μm 氟碳面漆；拱肋内表面为100 μmLS-1水性无机环氧富锌涂料。构件经运输进场、现场预拼、起吊安装及最终成拱之后，对运输和施工过程中被损伤的防护层，应进行现场防护处理，确保钢管拱在25～30年内不受腐蚀(30年后应进行第2次防腐处理)。
3 钢管拱防腐施工
3.1电弧热喷铝涂装特点
3.1.1铝涂层在大气环境下的腐蚀速率仅为2.3～6.5μm/年。纯锌涂层腐蚀速率为10μm/年，而富锌涂料涂层不是纯锌粉颗粒密实排列在一起，其腐蚀速率大于10μm/年。
3.1.2防腐蚀寿命：封闭后的喷铝复合涂层寿命与封闭涂层寿命简单相加，而是二者之和的1.5~2.3倍，这是世界公认的最佳协同效应，其防腐蚀寿命>50年；富锌涂装<15年。
3.1.3涂层特点：铝涂层直接与钢铁接触，形成机械热相嵌和微冶金结合，克服锌粉靠粘接剂的间接接触，阴极保护合理，防腐蚀寿命长，铝涂层结合强度高，达15Mpa以上，现场焊缝防腐蚀质量高，可以保证与平面同等防腐蚀效果；富锌涂装防腐蚀寿命短，需定期涂装维修，水性涂料施工条件苛刻，安装时涂层易被损伤，涂层结合力低，达划格法2~3级，涂装体系易老化、粉化。
3.1.4防腐机理：阳极性保护：铝涂层被消耗，对钢铁提供电化学保护。铝的腐蚀速率较锌低，封闭涂料渗入铝涂层空隙，降低电弧喷铝涂层电化学腐蚀速率。屏蔽作用：涂层将钢铁与腐蚀环境机械隔离开，有机封闭涂层还延缓铝涂层电化学腐蚀时间；富锌涂装阳极性保护：锌粉靠无机盐及其树脂的固化得以粘接连续，提供阴极保护作用，锌层厚度很薄，阴极保护作用短时间内被减弱并失去作用。屏蔽作用：涂层将钢铁与腐蚀环境机械隔离开。
3.1.5失效形式：表面涂料层即使出现破损、鼓泡、剥落，铝涂层仍起保护作用，直到铝涂层腐蚀消耗完，才腐蚀钢铁；富锌涂装水性富锌层被氧化消耗，树脂涂层老化、粉化、鼓泡即开始腐蚀钢铁。
3.1.6维护：30年内涂层有效无需维护。如设计寿命为50年，则每隔15年仅需除去铝涂层表面已老化的涂料层，重新刷防腐蚀面漆，无需喷砂除锈和涂防腐蚀底漆；富锌涂装涂层极限寿命小于15年，每3~5年需维修一次面漆，15年以后需去除全部涂层，并喷砂除锈再重新刷涂,维修费用高昂。
3.1.7施工要求：喷砂除锈达Sa3级，全部采用机械施工，质量易控制，施工温度：5oC以上，相对湿度：85%以下；富锌涂装喷砂除锈达Sa2.5级，施工比较麻烦，受环境温度和湿度影响大，涂料易沉淀，涂层质量不易控制，施工温度：5oC~40oC，涂膜养护温度宜在20oC~35oC之间，相对湿度：65%~85%。
3.1.8喷涂设备：专用电弧喷涂设备；富锌涂装压缩空气，常规喷漆设备。
3.1.9环境保护：喷涂中有少量金属蒸汽挥发；富锌涂装含少量有机溶剂。
3.2钢管拱防腐施工
3.2.1喷砂施工
3.2.1.1喷砂操作开车前应先把合格的磨料装入砂罐，检查配套设备的连接性能和压力仪表的准确性能，理顺喷砂管道。操人员穿好防护衣，整好喷砂枪头，以准备工作就绪后，再开动机器，打开喷砂阀门，开始喷砂。喷砂气体压力值控制在0.5-0.7MPa间。喷砂枪嘴离被喷射的构件表面可控制在150-200mm之间。喷射角度应控制在60-75度间为宜，避免90度直角喷射，以防砂粒嵌入基体表面。喷嘴移动速度要灵活掌握，对于焊接缝处、斑锈点多的地方移动速度要慢，浮锈处移动宜稍快，直至达到Sa3级为止，粗糙度达到40-80微米。喷砂后的表面一定要用干燥空气吹或吸的方法净化处理，处理过的表面应无油脂、无锈、无污物，金属基体露出均匀一致的灰白色，粗糙度均匀。喷砂施工要在厂房或工棚内进行。喷砂工应严格遵守上述操作过程中的技术参数。喷砂温度应高于大气露点3度，相对温度小于或等于85%。磨料有潮湿时，应对其进行干燥处理，并保持其清洁,对与喷砂部位相临的不喷砂部位应采取保护措施。
3.2.1.2钢结构表面的清洁度应达到GB/T8923-88标准Sa3级的要求。检测方法可依次通过下列三大步骤进行：a.处理检查，处理好的基体表面从外观看要色泽一致，没有花斑，如发现有嵌入基体的砂粒，须用洁净的工具除去。B.净化检查:用戴着洁白手套的手，压在基体表面上，然后抬起手看手套，应无污染为合格。C.对比检查:可拿好的GB/T8923-88标准片与基体进行目视比较，来确定喷砂质量是否合格。粗糙度的要求必须达到Rz40-80μm的要求。检测可用粗糙度测定仪检查,合格后及时交付下道工序（喷铝），一般情况下，经喷砂处理后的表面，在4个小时内如不及时喷涂，可能会二次返锈。如有此现象，则必须进行二次喷砂处理，才可再喷镀。
3.2.2电弧喷铝涂装
3.2.2.1电弧喷铝用的铝材质应符合设计和规范要求,喷铝方法采用电弧喷铝。作业时环境温度不低于15℃，相对湿度不大于85%，钢材表面温度须高于大气露点温度3℃以上。喷砂处理后的基材表面尽快喷涂，其间隔时间越短越好，当相对湿度70%～80%时，最长间隔时间为3小时，当相对湿度80～85%时，最长间隔时间为2小时，当相对湿度大于85%时，不允许喷涂。喷涂应分层进行，两次喷涂间隙约为10分钟，最长时间间隙不得超过2小时，前一层与后一层间采用45°～90°交叉喷涂，相邻喷涂区域要搭接30%。热喷涂用的铝丝应光洁、无锈、无油、无折痕，一般选用直径为0.3mm，含铝量应大于99.5%。
3.2.2.2采用电弧喷枪喷涂时，送丝速度4m/min。电弧枪头与构件表面应成垂直方向，在个别无法垂直的情况下，电弧枪与桥面的斜度不应小于45度，电弧枪喷嘴与被喷面的距离应控制在100～200mm之间，喷涂时在划片面积上要纵横交错，分层喷涂；厚度达到要求为止。各喷涂层之间的喷枪走向应相互垂直，交叉覆盖。喷枪移动速度，以一次喷涂厚度达25～80μm为宜。喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，雾化气体压力不得小于0.4MPa。过高的电弧电压浪费电能，且会造成涂层质量的降低，为此，在维持电弧稳定燃烧的前提下，应选择较低的电弧电压值。为提高喷涂生产率，减少气孔率与氧化物含量提高涂层质量，喷涂时不可适当加大工作电流,喷涂中当发现基体表面温度过高时可暂停喷涂。喷涂时若发现涂层外观有明显的缺陷时应立即停止喷涂。对于缺陷部位以及喷涂后出现涂层剥落、涂层龟裂及涂层致密度差等现象，应重新进行喷砂处理和喷涂修补。已喷涂好的区域应进行保护，严禁油脂和其他脏物的污染。
3.2.2.3涂层外观应平整、均匀一致、无气孔或底材裸露的斑点，无未附着或附着不牢固的金属熔颗粒和影响涂层使用寿命及使用的一切缺陷，以肉眼观察方法进行检测。喷铝涂层的厚度为160μm、若发现达不到设计、规范要求的，相应部位应予返工。电弧喷铝涂层与钢板间的结合强度应不低于15MPa，并按《热喷涂层结合强度的测定》（GB/T8642-1988）进行测定，每一施工日检测5个试件。
3.2.3涂漆采用无气喷涂的方式组织施工，损坏处或拼接处的修补采用手工刷涂。施工时当天使用的涂料应在当天配置，不得随意添加稀释剂；并要求必须等下一层漆干透后，方可涂次一层漆。涂装时的环境湿度和相对湿度应符合涂料产品说明书的要求，当说明书无要求时，环境温度宜在5℃～35℃之间，相对湿度不宜大于85%，构件表面有结露时不得涂装，涂装后4小时不得淋雨。当大风、雨天、浓雾及温度在5℃以下或35℃以上，相对湿度在85%以上时，要采取保证涂漆质量的措施，施工时不宜强烈日光下进行。施工图注明不涂装的部位不得涂装，安装焊缝处留出30～50mm暂不涂装。涂装要均匀，无明显起皱、流挂、附着力良好。底漆、中间漆要求平整、均匀，漆膜无泡、裂纹、无严重流挂、脱落、漏涂等缺陷。
3.2.4涂层封闭施工待喷涂层尚有余热的情况下马上涂装，按先上后下、先左后右的方法反复涂刷，使漆膜均匀一致，做到无漏刷、无流挂、无起泡、无桔皮，干膜厚度要达到设计要求。
3 钢管拱防腐质量控制
4.1防腐涂装施工前应制定出详细的涂装工艺设计和工艺试验并进行试涂，涂层工艺试验包括切割试验、中性盐雾试验、涂层厚度试验和涂层附着力试验等，试验合格后方可正试施工。
4.2原材料必须是符合质量要求，达到有关国家标准，首先检查材料出厂合格证、质检单和出厂日期，杜绝使用“三无”产品。对材料要进行复检，复检合格后方可使用。
4.3必须对作业人员的技术水平进行培训与考核，加强责任心教育，选择先进的施工设备，确保防腐涂层性能。
4.4建立涂装施工质量保证体系，确保防腐质量。
4 施工体会
5.1郑州黄河二桥采用电弧喷铝涂层长效复合防护涂层技术进行防腐处理，不但可以确保大桥的设计寿命与防腐寿命同步，可以节约大量的维护费用。
5.2 电弧喷涂防护技术是一项先进技术, 技术含量高,施工质量高。严把工艺和检测试验关,是控制质量的关键。
参考文献：
［1］ 任必年.公路钢桥腐蚀与防护 .人民交通出版社.2002［S］.
［2］ CECS 28：90，钢管混凝土结构设计与施工规程［S］.
［3］ GB50221-95，钢结构工程施工及验收规范［S］.
［4］ JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范［S］.
［5］ JTJ071-2000，公路工程质量检验评定标准［S］.
［6］ GBJ17-88，钢结构设计规范［S］.
［7］ 陈宝春. 钢管混凝土拱桥设计与施工，人民交通出版社，1999［S］. | 
