喷铝、喷锌、喷砂技术在大桥钢箱梁涂层翻新的应用-澳门金沙娱乐

喷铝、喷锌、喷砂技术在大桥钢箱梁涂层翻新的应用
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 摘  要:阐述了大桥钢箱梁涂层的使用寿命以及维修保养的最佳时期。为提高大桥钢构件防腐性能,延长钢箱梁涂层的使用寿命.参照国际标准ISO 14713—1999《铁和钢结构的防腐锌和铝涂层指南》热喷涂防腐蚀涂层体系,针对大桥钢箱梁涂层翻新设计了两种涂层配套方案。
    关键词:大桥钢箱梁 涂层 喷砂 电弧喷锌铝层 锈蚀
 
    根据国际标准ISO 12944—1988《色漆和清漆——钢结构防腐蚀涂料系统保护》的关于大气腐蚀环境分类的定义,大桥钢箱梁处于C3(中等)的腐蚀环境,特别是暴露1 a后,单位面积上低碳钢及锌层质量损失量(或厚度损失量)是涂装设计的依据。同时,国际标准ISO 12944—1988对腐蚀环境、使用寿命和漆膜厚度作了系统规定。
    在ISO 12944—1988中提出涂装配套系统的高耐久性的使用寿命为大于15 a,并特别强调了预期的耐久性与涂装设计使用寿命是同一概念。涂层使用寿命是指配套涂层达到第一次大修前的时间,此时涂层状态达到ISO 4628—2003《色漆和清漆——涂层的常见缺陷程度、数量和大小的劣化评定法》Ri3级,锈蚀面积为1%。大桥漆膜应具有大于15 a的涂层使用寿命。但在例行检查中,发现漆膜锈蚀等级已达到IS0 4628—2003的Ri3级,锈蚀面积已达到了1%。根据国内外先进经验,此时维修是最经济有效的阶段。
    1  涂层配套方案及规定膜厚的设计
    大桥涂层在使用期间内若频繁地进行维修保养,不仅会带来巨额维护成本,更重要的是涂层维修施工中喷砂、打磨等作业会严重影响正常的交通安全,且对环境保护不利。因此有效保护大桥钢构件、延长涂层使用寿命是涂装设计的主要内容。
    参照国际标准IS0 14713—1999热喷涂防腐蚀涂层体系设计了两种涂层配套方案(见表1)。
表1  大桥涂层设计方案与规定膜厚
 
    根据金属涂层的寿命估算公式:n=(G/g)?k              (1)
    式中:n为使用寿命;G为锌层总附着量,其中1μm锌层涂布量约为7.14 g?m-2;g为年腐蚀量(根据不同地区大气环境及不同使用部位决定,可参考ISO 12944一1988标准——腐蚀定义和环境表取对应数据,以30 g/m2计算);k为折减系数,一般以0.8计算;锌层含量以97%计算。
    100μm锌层使用寿命为:n=(7.14 g?m-2?μm-1×100 μm×97%×0.8)/30 g?m-2=18 a。
    对这种多孔金属喷涂层,在喷涂以后,选用合适的封闭涂料进行封闭处理,或者在封闭后再进行油漆涂装,形成复合防护体系,可大大提高防腐性能,达到长久防护的目的。
    2  涂装工艺及相应的技术参数
    大桥涂层翻新的工艺流程为:带旧漆膜钢箱梁→去除松动漆皮、局部污垢,焊缝打磨除锈→喷砂处理→用有机溶剂擦揩局部油斑→干燥压缩空气吹尽灰尘及砂粒等→电弧喷锌或锌铝层→喷涂封闭漆→喷涂二道面漆→检查质量→修补→交验。
    2.1  喷砂
    在钢箱梁翻新工艺中,喷砂处理是其中的重要一环,经过喷砂处理使钢箱梁表面具有一定的清洁度和粗糙度,提高了钢材表面的活化度和表面积,也就增强了金属涂层与钢材的结合力,改善了锌或锌铝涂层内应力分布状态。
    1)砂设备。本工程中采用了型号为JLR—1D型自动循环回收式喷砂机。喷砂后的粉尘由该机自动吸除,碎磨料及粉尘等不会外溢或落入江中。同时,在施工现场还采用了三防布围遮,以形成相对封闭空间,不影响环境条件。
    2)磨料。针对循环式喷吸砂机的工作特性,采用棱角钢砂作为磨料。大桥涂层总厚度为200μm左右;为了保证涂层的附着力,喷砂后钢材表面粗糙度R2=70μm左右。由于粗糙度的大小主要决定于磨料的颗粒直径,因此合适的棱角钢砂粒度应为G14~G18。颗粒直径1.0~1.7cm。磨料必须无油、无尘、无返潮结块现象。
    3)保证压缩空气质量。在供气管线上要安装有效的油水分离器,使压缩空气清洁干燥、无油、无其他污物。
    4)在相对湿度RH<85%的条件下,喷砂后的钢材表面在4 h内需喷涂锌或锌、铝合金。
    2.2  电弧喷锌
    近几年来,金属喷涂层广泛用于钢结构桥梁的新建、重建或表面维修。金属热喷涂主要有喷锌、喷铝和喷锌铝合金等。在对钢铁的保护方面,锌层的阴极保护作用突出;铝层的耐蚀性能好;锌铝合金层有更强的保护作用,它的电位接近锌,而耐蚀速度接近铝,综合性能优于锌、铝层。
    1)铝丝。丝材质量直接决定镀层质量。特别是丝材不纯,会直接导致金属涂层腐蚀速率增大,耐蚀性能下降。
    2)喷涂设备。工程采用了AS一400大功率电弧喷涂机、德制SRC一15空压机和SSDl0AA空气冷干机组成的整体热喷涂系统。
    3)技术条件。电弧喷涂时功率由电弧电压和电弧电流决定,因此也就决定了热源参数。适当的电弧电压范围内,喷涂过程稳定,粒子射流集中,尺寸均匀细小;过低则熔化热量不足,短路现象频繁,电弧不稳定;过高则射流角度增大,雾化效果差。虽然AS一400喷涂机输出电压范围可控制在14~36 V范围内,但在20~24 V时,效果最好。
    喷涂工作电流决定着喷涂生产效率,加大工作电流可提高生产效率,并可减少镀层的气孔率与氧化物。在工程实际中,采用的电流为200 A,对保证涂层质量、提高生产效率十分有利。
    雾化技术参数的控制,采用了压缩空气作为气源。实践证明,喷涂工作气压控制在0.69 MPa、流量为1.3 m3/min最为适宜。
    环境条件中的露点和湿度是影响镀层质量的主要因素。雨天、雾天应停止施工;在相对湿度大于85%、钢板表面温度不大于露点温度3 K时,也应停止锌铝层的喷涂;同时,应保证压缩空气内无油、无水。
    2.3  锌铝金属涂层的封闭处理
    常规电弧喷涂层的孔隙率为3%~5%;涂层为层状堆积结构,且表面粗糙;腐蚀介质会通过这些孔隙渗入钢铁基体而发生点化学反应导致涂层失效。因此,必须对锌、锌铝涂层进行封闭处理。
    1)封闭剂的选择。封闭剂必须具有的性能:有足够的渗透性;与锌或锌铝涂层间有较高的结合强度;耐化学或有机溶剂的能力强;与复涂的中层漆、面漆有优异的配套性能;施工性能良好。
    经过经济、技术指标的分析和重点工程的施工实践,选择环氧云铁封闭漆作为锌、锌铝涂层的封闭涂料。
    2)涂料的施工要点。锌及锌铝层喷涂后,在相对湿度RH<85%的状态下,为避免涂层表面沾污,4 h内进行封闭处理;封闭前,用干燥、清洁的压缩空气吹尽表面浮尘;环氧云铁封闭漆的甲、乙组分混合后充分搅拌,用专用稀释剂稀释30%~40%后使用;针对大桥施工的特点,我们采用刷涂办法,操作认真细致,既不漏涂,又保证封闭涂料能充分渗入金属涂层孔隙之中。
    3)控制封闭漆膜厚的工艺措施。环氧云铁封闭漆规定干膜厚为30μm。太薄了起不到渗透封闭的效果,太厚了必影响涂层的附着力。在实际生产中,也很难用湿、干膜检测仪检测膜厚。我们就通过封闭涂料的理论涂布量及损耗系数的计算,以等量面积涂布等量的封闭漆的办法来控制膜厚。这个工艺措施收到了较好的效果。
    2.4  漆的涂装施工
    1)面漆类型的选择。为提高涂层的防腐能力,又能满足大桥钢箱梁在色泽上的要求,必须喷涂面漆。选择了与原丙烯酸聚氨酯面漆颜色相同的氯化橡胶面漆,理由是:
    (1)氯化橡胶面漆系单组份的厚膜型涂料,无熟化期、混合使用期和贮存期的限制。
    (2)氯化橡胶面漆常温固化,施工方便。可刷、辊涂、有气喷涂、无气喷涂。
    (3)与环氧云铁封闭漆配套性能良好。
    (4)氯化橡胶面漆防腐蚀性能优异,经济实惠,性价比高。
    2)施工要点。结合实际,采用辊涂办法,二道达到D.F.T.80μm。在电焊缝和边角等辊不到的地方,需用刷涂补充。一定要在环氧云铁封闭漆完全固化后,才能复涂氯化橡胶面漆;为保证膜厚,氯化橡胶面漆经充分搅拌后,采用专用稀释剂,稀释率<5%。
    3)环境条件控制。在相对湿度RH>85%条件下的雨天、雾天等,应停止施工;认真进行露点管理,在钢板表面温度大于露点温度3 K时,才能涂装施工;在气温高于30℃时,为保证氯化橡胶面漆的流平性,亦应停止涂刷。
    3  涂装质量的控制与检验
    质量是工程的生命线,因此对大桥工程中涂装质量控制,贯穿在每一个工艺环节中。主要掌握检验标准和质量管理。
    3.1  涂前钢材表面处理的相关标准
    1)洁度。国家标准GB 11373一1989《热喷涂金属件表面预处理通则》、GB/T 9797—2005《金属覆盖层镍+铬和铜+镍+铬电渡层》中规定,钢材表面预处理清洁度达到GB 8923—1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》钢材表面处理清洁度标准的Sa3级。Sa3是指钢材表面最洁净的喷射清理级。在不放大的情况下进行观察时,表面应无可见的污垢、氧化皮、铁锈、涂料涂层和异物。
    2)粗糙度。在粗糙度的概念中,采用了国际标准ISO 8503—1988《油漆和相关产品施工前钢材表面处理一喷射清理的钢板表面粗糙度特性》和国家标准GB/T1031一1995《表面粗糙度参数及其数值》中的喷砂粗糙度值RZ。
    3.2   锌及锌铝合金涂层的质量控制
    1)涂层的外观质量。锌及锌铝合金的涂层外观色泽均匀一致;无漏喷现象;无鼓泡、裂纹、翘皮、粗大熔融粒等宏观缺陷存在。
    2)涂层的厚度检测。电弧喷涂涂层为非磁性,钢材基体为磁性,用磁性测厚仪在磁性基体上测量非磁性涂层厚度,测量的方法应按GB/T9793一1997《金属和其他无机覆盖层热喷涂锌、铝及其合金》进行,即在1 dm×1 dm基准面积内测量l0个点,取其算术平均值作为一次测量厚度值。在判定膜厚质量指标时,可按IS0 12944~1988标准,即平均膜厚大于规定膜厚,同时,85%测点的膜厚能达到规定膜厚的要求;不到规定膜厚的测点值能达到规定膜厚的85%。
    3)锌、铝涂层与钢材基体的结合力。在工程开始前,就采用样板法,进行结合力的测试。样板的预处理等级、锌及锌铝合金涂层厚度等工艺条件需均与工程相同。对5块样板做拉开法试验,5个试样的平均结合强度值不可低于9.8 MPa;且任何一个试样的结合强度不可低于5.89 MPa。测试结果符合GB/T8642—2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》的规定,结合强度达到11.4 MPa。
    由于锌、锌铝合金涂层膜厚低于200 μm,切格区面积约为15 mm×15 mm、格距3 mm。黏贴纸拉开后,涂层的任何部位都未与钢铁剥离,才算合格。
    4)耐腐蚀性。150 mm×75 mm×3 mm的试片,在0.5 mol/L的钠溶液中浸泡72 h后,涂层无鼓泡、红锈和剥落现象,符合热喷涂铝及铝合金涂层的要求。
    5)孔隙率的检查。孔隙率要控制在2%左右。简便的现场检查方法是:清除喷度层表面的油污、灰尘,并进行干燥,然后用10 g/L铁氰化钾或20 g/L氯化钠溶液的试纸覆盖在喷镀层上约10 min,试纸上出现的蓝色斑点不应多于1~3点/cm2。
    3.3  封闭漆及面漆漆膜的质量检查
    由于环氧云铁封闭漆及氯化橡胶面漆同属锌铝涂层的面涂,根据施工的实际,只能是在面漆涂装后进行。
    1)膜外观。漆膜表面平整光滑,无漏喷,无气孔、针孔、桔皮、流挂等漆膜弊病出现;面漆颜色及光泽度能符合设计要求。
    2)涂层结合力。根据GB/T9286一1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》,用划格法进行附着力测试,用专用刀具和黏胶纸,切割面积6 mm×6 mm,格距1 mm。黏贴后,切割边缘,完全平滑,无一格脱落即结合力为0级。
    3)层厚度的检测。在工程实际中,我们检测出来涂层的总厚度,减去锌、铝涂层的厚度即为重防腐涂料的涂层厚度。仍按ISO 12944一1988的有关规定,即平均膜厚大于规定膜厚,同时以两个85%来判断。

发布于:2012-9-21 已被阅读: 次