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[据涂料涂装资讯网报道] 作者：杨建东 ( 上海浦江桥隧运营管理有限公司，上海 ) 摘要：介绍了徐浦大桥原涂层配套及维修前锈蚀等级、使用寿命在 30 年以上的新涂装配套方案设计、翻新工程的工艺参数和技术标准。 关键词：涂层翻新；大桥钢箱梁；工艺参数 引言 徐浦大桥是黄浦江上的第 3 座大桥，其中钢箱梁约 1 ． 1 万 t ，总面积约 68 000 m 2 ， 1997 年 l1 月涂装施工结束。按业主和设计单位的指定，当时采用的涂料配套体系及规定膜厚见表 l 。 表 1 徐浦大桥原涂层配套体系 根据国际标准 ISO12944 — 2 中大气腐蚀环境分类的定义，徐浦大桥钢箱梁处于 c3( 中等 ) 的腐蚀环境。其中，暴露 1 a 后，单位面积上低碳钢及锌层质量的损失量 ( 或厚度损失量 ) 是涂装设计的依据。 ISO12944 — 5 对腐蚀环境、使用寿命和漆膜厚度作了系统规定。 标准中提出涂装配套系统的高耐久性的使用寿命为大于 15 a 。在 ISO12944 标准中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。耐久性不是商业上的担保时间，而是指配套涂层达到第一次大修前 的时间，此时涂层状态应达到 IS04628 — 3 的 Ri 级，锈蚀面积为 1 ％ 。 根据标准，徐浦大桥的涂层应具有大于 15 a 的使用寿命。但在 2004 年，我公司有关人员在例行检查中发现涂层锈蚀等级已达到 IS04628 — 3 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。 2004 年 3 月，上海浦江桥隧运营管理有限公司决定对徐浦大桥钢箱梁中的 2 万 m2进行大修。 2 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，不仅会花费巨额维护费用，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 IS014713 热喷涂防腐蚀涂层体系国际标准， 设计了 2 个涂层配套方案 ( 见表 2) 。 表 2 徐浦大桥涂层设计方案与规定虞厚 根据金属涂层的寿命估算公式： 式中：几—— 耐用年限； G ——锌层总附着量，其中 1 μ m 锌层涂布量约 为 7 ． 2 g ／ m 2； g 一年腐蚀量 ( 根据不同地区大气环境及不同使用部位决定，可参考 ISO12944 标准中“腐蚀定义和环境表”取对应数据，以 30 g ／ m 2 计算 ) ； k ——折减系数，一般以 0 ． 8 计算。 锌层含量以 97 ％计算， 100 μ m 锌层防护年限为： 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。荷兰热镀研究所通过 20 余年的研究指出，喷 涂 Al 、 Zn 以后，进行封闭处理，其耐蚀性可比单一喷金 属涂层和单一封闭涂层的寿命的总和高出 50 ％～ 120 ％ ，此谓之协同效应 (Synergy effect) 。 如 100 μ m 锌层的防腐年限为 18 a ， 110 μ m 重防腐涂料的防腐年限至少 2 a ，按协同效应，总的防护寿 命至少为： (18+2)X 150 ％ = 30 a 对照方案可达到 30 a 的使用寿命。 30 a 后涂层的锈蚀等级为 ISO4628 — 3 的 Ri3 级，锈蚀面积为 1 ％。 3 涂装工艺及相应的技术参数 高质量的涂层配套需用先进的涂装工艺技术来实施，因此设计了涂装工艺流程和相应的技术参数。徐 浦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→用有机溶剂擦拭局部油斑→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 ． 3 ． 1 喷砂 在钢箱梁翻新工艺中，喷砂处理是其中重要的一环，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，改善了锌及锌铝涂层内的应力分布状态。 3 ． 1 ． 1 喷砂设备 本工程中采用北京某涂装机械制造厂生产的型 号为 JLR-1D 型自动循环回收式喷砂机。该机属环保 型产品，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人黄浦江中。同时，在施工现场还采用了三防布围遮，以形成相对封闭的空间，不影响周 边环境。 3 ． 1 ． 2 磨料 针对循环式喷吸砂机的工作特性，厂商指定必须采用棱角钢砂或棕刚玉砂。 经过上述技术、经济指标的分析，采用棱角钢砂作为磨料，磨料的特性分析见表 3 。由于粗糙度的大小主要决定于磨料的颗粒直径；徐浦大桥涂层总厚度为 200 μ m 左右；为了保证涂层的附着力，喷砂后钢材表 面粗糙度 Rz 为 70 μ m 左右；因此合适的棱角钢砂粒度 应为 G14 ～ G18 ，颗粒直径 1 ． 0 ～ 1 ． 7 cm 。 表 3 磨料的特性分析 磨料必须无油、无尘、无返潮结块现象。 3 ． 1 ． 3 喷砂工艺 喷砂工艺技术参数见表 4 。 表 4 喷砂工艺技术参数 要保证压缩空气的质量，特别在供气管线上要安 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。在相对湿度 (RH) 小于 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。 3 ． 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。这就是徐浦大桥选用喷锌和喷锌铝合金的理由。 3 ． 2 ． 1 锌铝丝 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。用于徐浦大桥喷涂用的锌铝丝技术要求见见表 5 。 表 5 锌铝丝技术要求 停止使用时，锌铝丝需覆盖、包扎，以保证清洁。稍有沾污，应用清洁抹布擦净。 3 ． 2 ． 2 热喷涂设备 工程中采用了日本产 AS-400 大功率电弧喷涂机，德国制造的 SRC -15 空压机和 D10AA 空气冷 干机组成的整体热喷涂系统。其中，日本产的 DA1HEN AS - 400 电弧喷涂机具有下列特点。 ·喷涂电源。采用了先进的双向电源控制回路设备，高效耐用，而且使电流稳定。 ·送丝装置。研制的新型同步双推和四轮驱动送丝装置，能准确供给锌铝等软质细丝，且电弧稳定。同时，该机有先进的遥控接受、电缆端口接送系统，取代常规的溶丝圈交换技术，使喷抢装置能保证丝材相交点始终位于雾化气流中心，电弧燃烧稳定。 ·喷枪的轻量化。枪体质量仅为 1 ． 5kg ，喷枪与电缆质量小，减轻了操作工人的劳动强度。 ·高防尘性能。电源及送丝装置均使用了防尘保 护系统。 3 ． 2 ． 3 技术条件 ·电弧喷涂热源。电弧喷涂时的功率是由电弧电压和电弧电流决定的，因此也就决定了热源参数。在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 AS400 喷涂机输出电压范围可控制在 14 ～ 36 V 范围，但在徐浦大桥电弧喷涂工艺中，一般控制在 20 ～ 24 V ，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，在实际工程中，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。在工程中，采用了压缩空气作为气源，压缩空气的压力和流量对颗粒的细化、加速以及镀层的质量有明显的影响。实践证明，喷涂中，工作气压控制在 0 ． 69 MPa 、流量为 1 ． 3 m 3 ／ min 最为 适宜。 ·操作工艺参数的控制。工艺控制参数见表 6 。 表 6 电弧喷涂时工艺参数 ·环境及其他条件控制。环境条件中的露点和湿度也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 ％ 、钢板表面温度小于露点温度 3 时，应停止锌铝层的喷涂，同时也应保证压缩空 气无油、无水。 3 ． 3 锌、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。 3 ． 3 ． 1 封闭剂的选择 封闭剂必须具有下列性能：①足够的渗透性；②与锌或锌铝涂层间有较高的结合强度；③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；④施工性能良好。 经过经济技术的分析和重点工程的施工实践，选择环氧云铁中层漆作为锌、锌铝涂层的封闭涂料。 3 ． 3 ． 2 封闭涂料的施工要点 ·锌及锌铝层喷涂后，在相对湿度小于 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、清洁的压缩空气吹净表面浮尘； ·环氧云铁封闭漆的甲、乙组分混合后充分搅拌，用专用稀释剂稀释至 30 ％ ～ 40 ％后使用； ·针对大桥施工的特点，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 的孔隙之中。 3 ． 3 ． 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 30 μ m 。太薄了起不到渗透封闭的效果，太厚了影响涂层的附着力。在实际生产中，也很难用湿、干膜检测仪检测膜厚。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。 3 ． 4 面漆的涂装 3 ． 4 ． 1 面漆类型的选择 为提高涂层的防腐能力，同时又能满足徐浦大桥 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分的厚膜型涂料，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。 3 ． 4 ． 2 施工要点 ·结合实际，采用辊涂办法， 2 道达到 D ． F ． T ． 80 μ m ，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，稀释率小于 5 ％ 。 3 ． 4 ． 3 环境条件控制 ·在相对湿度 (RH) 大于 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 ℃ 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。 4 涂装质量的控制与检验 质量是工程的生命线，因此对徐浦大桥工程中涂装质量控制贯穿在每一个工艺环节中。主要掌握的检验标准和质量管理的办法有以下几方面。 4 ． 1 喷涂前钢材表面处理的相关标准 4 ． 1 ． 1 清洁度 在 GB 11373 — 1989 “热涂金属件表面预处理通 则和 GB ／ T 9797-1997 “金属和其他无机覆盖层、热喷涂锌、铝及其合金”国家标准中规定，钢材表面预处理清洁度达到 GB 8923 — 88 的 Sa3 级，它的文字定义为： 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，并且无氧化皮、铁锈、涂料涂层和异物。该表面应具有均匀的金 属色泽。 4 ． 1 ． 2 粗糙度 在粗糙度的概念中，采用了 IS08503 和 GB1031 — 1083 标准中的喷砂粗糙度值 Rz 。它是指波峰到波谷的平均值，上下各取 5 个点。 施工中，可用 IS08503 — 2 的标准样板进行比较， 得出 Rz 喷砂粗糙度值。也可用 E 123A 型的粗糙度仪，但测点要多，且分布合理。 4 ． 2 锌及锌铝合金涂层的质量控制 4 ． 2 ． 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；根据 GB9796 — 9 应无漏喷现象；无鼓泡、裂纹、翘皮、粗大熔融粒等宏观缺陷存在。 4 ． 2 ． 2 锌铝涂层的厚度检测 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 ／ T 9793-1997 进行，即在 10 cm × 10 cm 基准面积内测量 10 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 IS012944 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应能达到规定膜厚的 85 ％。 4 ． 2 ． 3 锌、铝涂层与钢材基体的结合力 ·拉开法 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均需与工程相同。 根据 GB 9794 — 88 和 GB 9796 — 88 标准规定，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 ／ T 8642-88 国家标准规定的结合强度，达到 11 ． 4 MPa 。 ·划格法 在工地现场，较多的采用划格法。根据 GB 9796 — 88 标准规定，采用专用划格刀、粘胶纸。由于锌、锌铝合金涂层膜厚低于 200 μ m ，切格区面积约为 15 mm × 15 mm ，格距 3 mm 。粘贴纸拉开后，涂层的任何部位都未与钢铁剥离，才算合格。 4 ． 2 ． 4 耐腐蚀性 150 mm x 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 GB ／ T 9795 — 88 “热喷涂铝及铝合金涂层”标准的 要求。 4 ． 2 ． 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：清除喷涂层表面的油污、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 3 点／ cm 2。 4 ． 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，根据施工经验，只能是在面漆涂装后进行。 4 ． 3 ． 1 漆膜外观 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。 4 ． 3 ． 2 涂层结合力 根据 GB 9286 — 88 标准，用划格法进行附着力测试，用专用刀具和粘胶纸，切割面积 6 mm × 6 mm ，格距 1 mm 。粘贴后，切割边缘，完全平滑，无一格脱落即结合力为 0 级。 4 ． 3 ． 3 涂层厚度的检测 在工程实践中，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 IS012944 国际标准的有关规定，即平均膜厚大于规定膜厚，同时以 2 个 85 ％ 来判断。