钢桥防腐体系

 摘　要:钢桥防腐应遵循“长效、便捷、经济、环保”的原则,按此原则,从4个方面论述了钢桥防腐体系的选择。预处理是对钢材的临时保护措施,因钢桥的制造周期短,不应明确要求对钢板进行预处理。因金属喷涂体系具有施工难度大、速度慢、能耗高、成本高及有明火等缺点,不建议在复杂结构和施工条件受限等情况下采用,可采用富锌涂层体系。氟碳面漆和聚硅氧烷面漆宜在高原地区使用,在城市、平原及丘陵地区宜采用丙烯酸聚氨酯面漆。无机富锌防锈防滑涂料的抗滑移系数能够满足钢桥的安装需求,在涂装效率、成本、难易程度、环保、节能及安全等方面均优于电弧喷铝,应推广使用。
关键词:钢桥;防腐;防锈;金属喷涂
1　概　述
桥梁的常规荷载有自重、车辆、风力及地震等,桥梁的承载能力一定要大于最不利的荷载组合才能保证其安全。腐蚀是另一种荷载,时刻侵蚀钢桥,降低了桥梁的承载能力。钢桥防腐的目的是使钢桥免受或大幅度减轻腐蚀荷载造成的损伤。在设计荷载条件下,防腐是保证钢桥耐久性的主要措施之一。
桥梁因腐蚀而毁坏的实例不止一次地发生过。在设计、施工、维护的全过程,对钢桥防腐蚀应给以足够的重视,避免再发生悲剧。近些年,我国钢桥建设数量增多,继《铁路钢桥保护涂装》(TB/T 1527-2004,以下简称铁路钢桥防腐规范)之后,公路部门推出了《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JT/T 722-2008[2],以下简称公路钢桥防腐规范),因此,在确定钢桥防腐方案时有了更多的选择。本文根据多年的钢桥防腐实践及思考,在确定防腐方案时,从钢板预处理、金属喷涂、氟碳面漆及抗滑移涂料4个方面,论述了钢桥防腐体系的选择。
2　钢板预处理设计
钢桥在分段制造前,通常会采取钢板预处理的临时保护措施,一般情况下多为对钢板进行抛丸并喷涂约20μm厚的无机硅酸锌车间底漆,以保证钢桥在分段制造过程中不产生严重锈蚀。钢桥的预处理是从船舶制造工艺中逐渐演变而来的。相对于船舶制造,钢桥分段的制造时间较短,分段涂装前钢板暴露在腐蚀环境下的时间一般在60 d左右,不作预处理是可行的。
在进行钢结构防腐蚀体系设计时,可考虑不将钢材预处理作为强制性的配套体系写入设计文件。可将其作为工艺设计的一部分,将决定权交给钢桥制造方。在监理的监管下,制造方可根据制造周期、工艺特点、钢材原始状态及防腐蚀体系的特殊要求等因素来综合考虑预处理的必要性。
《铁路钢桥保护涂装》(TB/T 1527-2004)对预处理没有特别要求。对最终防腐质量而言,若在制造周期相对较短且采用高表面处理等级要求的金属喷涂及富锌底漆防腐体系的情况下,进行预处理不一定比不进行预处理更好。通常情况下,预处理采用的车间底漆含锌量低,不具备良好的阴极保护作用,如果不做二次喷砂清除车间底漆,直接在车间底漆上涂富锌底漆,往往达不到预期的防腐蚀效果。因此,如果采用富锌底漆或金属喷涂的防腐体系,一定要喷砂清除车间底漆,靠电动工具打磨大面积清除车间底漆既不现实又不可靠。
公路钢桥防腐规范要求:一般情况下,要对钢板进行预处理。何为“一般情况”则没有具体交代,建议对此条款进行修改。
3　金属喷涂防腐体系
金属喷涂(喷铝、喷锌)是质量优良的防腐体系,但不建议在复杂结构和施工条件受限等情况下大范围采用,理由如下:
(1) 采用富锌涂料的防腐体系同样可以达到良好的防腐效果。环氧富锌底漆、醇溶无机富锌底漆、水性无机富锌涂料使大气环境下钢结构的防腐效果得到大幅度的提升,已基本满足使用需求。
(2) 金属喷涂的表面处理要求为喷砂除锈Sa3级。表面处理后,相对湿度为60%以上时,要求4 h内完成喷铝、喷锌,这在常见的钢桥防腐施工条件下很难达到。
(3) 电弧喷铝时,1把电弧喷枪每小时可喷7m2(达到设计厚度);喷富锌底漆时,1把高压无气喷枪每小时可喷150 m2以上(亦达到设计厚度)。目前桥梁制造周期短、节奏快,喷铝不适于快节奏的工程需求。
(4) 电弧喷铝能耗高。1把电弧喷枪及相应的高压空气动力约为40 kW,而1把高压无气喷涂机的动力约为7 kW。加上喷涂速度的巨大差异,喷铝的能耗是喷涂料的100多倍。在考虑防腐配套设计时应将“能耗”计算在内。
(5) 电弧喷铝时,金属铝的沉积率不到50%,另外50%多的铝金属飞溅到空气中,不但浪费有色金属,还污染空气。喷涂涂料时,涂料中固体份的沉积率为80%左右,利用率比喷铝高。但是溶剂型涂料中含有较多的有机溶剂,这些溶剂会挥发到空气中,造成污染。而水性涂料,完全不含溶剂,其靠挥发水分干燥,是理想的环保产品。
(6) 电弧喷铝由于施工速度慢、能耗高、沉积率低等原因,导致防腐成本比喷涂涂料高30%。
(7) 由于价格竞争加剧,工期压力巨大,目前喷铝的质量不尽人意。常见的问题是喷砂除锈达不到Sa3级、喷铝的颗粒粗大,使得金属涂层极其疏松,无法保证防腐质量。
(8) 公路钢桥大量采用现场焊接,其焊缝防腐很难采用喷铝。对现场焊缝进行喷砂处理,要携带较笨重的空压机、需要较大的动力供应,砂子四处飞溅、尘土弥漫、严重干扰周边交通与人们的生活、工作。
(9) 喷铝时火星四射,有导致火灾的危险。
4　氟碳和聚硅氧烷面漆
氟碳和聚硅氧烷面漆这2种面漆具有优异的耐侯性和装饰性(长期不粉化、不变色)。但其价格比丙烯酸聚氨酯面漆高1~3倍;其固体含量比丙烯酸聚氨酯还低,加大了涂层成本。
大气环境下,钢铁的腐蚀以电化学腐蚀为主,钢铁防腐的关键在于形成阴极保护,对钢铁的阴极保护是由富锌底漆提供的。中间漆与面漆的作用在于阻止和减少电介质到达钢铁表面。
钢桥防腐追求的是内在质量而不仅仅是高耐候性及高装饰性。丙烯酸聚氨酯面漆在平原及丘陵地区10年的粉化深度不超过5μm,而面漆涂层厚度为70~80μm,足够在防腐寿命中消耗,这种面漆能够满足钢桥防腐的需要。但在高紫外线条件下的高原地区宜采用氟碳面漆。
城市桥梁的装饰性要求比郊区桥梁高,空气中的灰尘、汽车尾气、铁路内燃机车排放的废气、餐饮排放的油烟、工业废气等会附着在涂层表面,因此,氟碳和聚硅氧烷面漆具备的“自洁性能”在目前的城市大气条件下难以表现,这2种面漆的高装饰性却不一定能体现出来。
经过10年左右,城市钢桥涂层表面的污染程度已比较严重,丙烯酸聚氨酯面漆也会有一点粉化及褪色。可清除表面污染物,或重涂1道面漆,使桥梁焕然一新,这种维修既增加了涂层厚度,又提高了防腐性能,简便易行、投资少、速度快。
5　钢桁梁的抗滑移面涂装
对抗滑移面涂层的要求是既要防锈又要有较高的抗滑移系数(安装时的抗滑移系数≥0.45,出厂时的抗滑移系数≥0.55[1])。铁路及公路钢桥防腐规范允许使用无机富锌防锈防滑涂料(以下简称抗滑移涂料)或电弧喷铝涂层。
在实际使用中,抗滑移涂料出厂时的抗滑移系数一般为0.65~0.70,电弧喷铝的抗滑移系数一般为0.70~0.75。到安装时(存梁半年),两者的抗滑移系数均在0.55左右。显然,电弧喷铝的早期抗滑移性能更好些。
由于电弧喷铝后不能在其表面喷涂封闭漆,导致其防锈性能差。钢桁梁在存储和运输过程中经常由于着雨而出现锈蚀,因此,要对抗滑移面涂层进行返修:首先喷砂除锈,彻底清除已锈蚀的涂层,再重新喷铝。施工时现场灰尘满天,所需设备较庞大。而实际工程中,经常带锈安装,不能保证节点处的防腐质量。喷涂抗滑移涂料的钢桁梁则没有这种烦恼。
抗滑移涂料分无机富锌防锈防滑涂料及水性无机富锌防锈防滑涂料2种。从涂料的固化特点及实际使用情况看,在低温及潮湿季节宜使用无机富锌防锈防滑涂料,在高温及干燥季节宜使用水性无机富锌防锈防滑涂料。
喷涂抗滑移涂料对表面处理的要求为Sa2.5级,而电弧喷铝要达到Sa3级;此外,在涂装效率、涂装成本、涂装的难易程度、环保、节能、安全方面,抗滑移涂料均比电弧喷铝有优势。
6　结　语
钢桥防腐应贯彻“长效、简便、经济、环保、节能”的原则。科学的选择涂装体系是提高桥梁钢结构耐久性的重要措施,钢桥防腐虽然有“法”可依,但不应生搬、硬抄。决策时,对钢结构所处的腐蚀环境、防腐寿命、防腐工艺条件及各种防腐体系的特点等进行必要的研究,以获得合理的防腐体系。