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行業知識|有關橋梁鋼結構制造問題解說

2021-07-19 13:50:23 作者：銹所201 來源：銹所201 分享至：

摘要

近年來，隨著鋼橋梁建設的迅猛發展，防腐涂裝新技術也不斷涌現。本文介紹了自動化噴砂生產線、無塵噴砂、雙組份自動配比噴涂設備、鋼橋面全自動車載式拋丸機以及新型環保涂料應用等涂裝新技術在鋼橋梁上的應用情況。

01引言

鋼橋具有強度高、韌性好、制作方便、施工速度快、適用范圍廣等一系列優點，已廣泛應用于鐵路、公路等跨江、跨海及山區高架橋梁。由于鋼橋長期暴露在自然環境中，同時承受著交變載荷，鋼結構會受到環境介質的腐蝕，特別是在一些環境條件惡劣的地區，往往會造成鋼結構橋梁的嚴重腐蝕，影響橋梁的結構安全性及使用壽命。鋼橋的腐蝕與防護問題，是橋梁工程領域重要的研究課題之一，由于鋼橋梁結構件形狀復雜，體積龐大，其防腐蝕方法以重防腐涂裝為主。近年來，我國鋼橋梁涂裝技術得到快速發展，隨著信息的開放，歐美、日本等發達國家的先進涂裝技術被廣泛采納和應用。

02鋼表面除銹新技

2.1 自動化噴砂技術

鋼橋梁噴砂除銹目前大多采用人工手持式噴砂設備，磨料回收、磨料篩分、上料、除塵等繁重勞動大多還由人工完成，隨著社會的進步，從事噴砂作業的工人越來越少，勞動力價格不斷上漲，噴砂過程中的繁重勞動必須由機械自動化取代；另外，噴砂過程中高壓空氣磨擦產生的噪音及磨料粉碎產生的粉塵對操作人員健康產生較大危害。

自動化噴砂生產線能夠實現磨料自動回收、自動篩分、自動除塵、自動上料等功能，可以將大部分勞動力從繁重勞動中解放出來，大大提高生產效率。自動化噴砂生產線主要包括磨料回收系統、磨料分選系統、全室除塵系統、局部除塵系統、磨料噴射系統、高壓空氣制備凈化系統、照明系統、消音裝置、電控系統等幾部分。

磨料回收系統采用機械輸送或空氣動力來實現，目前大多采用空氣動力來實現。

磨料分選系統由空氣動力分選器及振動篩組成，空氣動力分選器應保證大于0.1mm的丸料被分選出來繼續使用，其余的碎丸、粉塵、雜質被分離至除塵器里進行除塵處理。

全室除塵系統是根據噴砂房大小布置一定數量的風機，經除塵器除塵后，通過排風管將潔凈空氣排至室外。

局部除塵系統是利用除塵器清除磨料篩分過程產生的灰塵，保證回收磨料清潔。

磨料噴射系統包括自動加料噴砂設備、高速噴槍、噴砂膠管等部分。噴砂罐設置自動快速排氣和補料裝置，由壓縮空氣閥，加壓閥和放空閥等全套可靠性氣路控制元氣件構成。具有料位報警和自動加料功能，自動噴砂作業時設定程序，啟閉噴丸閥。

高壓空氣制備凈化系統包含空壓機、冷干機、空氣過濾器、油水分離器、儲氣罐等部分；保證高壓空氣壓力滿足要求，且潔凈、無油、干燥。

照明系統、消音裝置、電控系統等可根據實際需要配置。

2.2無塵噴砂技術

傳統的噴砂機磨料經過噴嘴后，高速噴射于工件表面，粉碎的砂粒會引起漫天的粉塵，污染環境并影響施工人員健康，同時粉塵的滯留也會影響噴涂的質量。鑒于此，無塵噴砂的應用越來越廣泛，所謂無塵噴砂，實際上是在噴砂的同時將砂粒灰塵一起回收。另外，采用鋼絲輪除銹機除銹，不需要磨料，但可以達到噴砂除銹的效果，避免磨料破碎產生揚塵。

2.2.1真空噴砂機

其工作原理是將噴砂機和真空設備相結合，在噴砂管末端連接一噴吸砂頭：噴吸砂頭前端為一開口的錐形倉室，在其斜錐面上另有開口，連接真空設備，磨料經文丘里噴嘴噴出沖擊鋼材表面后反彈，因受限于工作倉室，不能到處飛濺，這時真空發生器產生的負壓正好將磨料連帶灰塵一起吸回。在噴砂機中將過噴砂塵分離（一般為自由落體原理），收集起來的磨料落到噴砂機缸體內繼續使用。從理論上講，該噴砂機為自動循環加砂噴砂機，如果磨料有良好的綜合力學性能，可實現連續工作。

圖1 真空噴砂機

2.2.2便攜式真空噴砂機

該噴砂機的工作原理與上述真空噴砂機類似，只是其結構更緊湊，自重僅3.5 kg。它的噴砂頭實際上是一橡皮頭，可緊貼工件，橡皮頭中間為一同心圓，中間一孔是噴砂通道，夾層中為吸砂通道。它的真空負壓由虹吸作用產生，最后灰塵直接排入布袋或由灰塵管排出（圖2）。

圖2 便攜式真空噴砂機工作原理

2.2.3 鋼絲輪除銹機

鋼絲輪除銹機是一種全新概念的表面處理設備（圖3）。它不需要使用磨料，只是由馬達驅動轉盤，使套在轉盤上的特制鋼絲刷旋轉，每根鋼針旋轉沖撞至加速檔塊產生彎曲變形，直至從擋塊上滑下，在鋼絲彈力作用下產生更大的沖擊力，產生的動能等同于噴砂過程中磨料的動能，故而產生與噴砂相類似的清潔效果和介于65～83 μm 粗糙度。傳統的手動打磨工具只能達到St 2～St 3的等級，而鋼絲輪除銹機可輕松達到Sa 2.5 級。

圖3 鋼絲輪除銹機示意圖

2.3 鋼橋面全自動噴砂技術

鋼橋面涂裝作業的特點是作業面積大、施工條件好，但采用人工噴砂會造成磨料浪費及環境污染。采用全自動車載式拋丸機（圖4），噴砂除銹Sa2.5級，工作速度為2.5m/min，工作效率約為160~200㎡/h，每天每臺設備可完成橋面噴砂作業1200~1500㎡。該設備的應用大大提高了鋼橋面噴砂效率，改善了噴砂環境條件。

圖4 全自動車載式拋丸機

03 雙組份自動配比噴涂機

雙組份涂料在鋼橋梁防腐涂料中應用最為廣泛，涂裝施工時涂料的混合比例和混合使用壽命是施工控制的關鍵環節，傳統高壓無氣噴涂采用人工混合，缺點是效率低、計量精確度不高、稀釋劑用量大、超過混合使用壽命還會造成油漆報廢。

雙組份自動配比噴涂機可根據雙組份涂料混合比例智能設定，噴涂過程中實時混合，混合效率高、混合比例精確，同時可避免涂料混合后超過混合使用壽命而造成油漆浪費。目前應用最好的是Graco XM雙組份電子配比噴涂機，其技術特點如下：

1）最大輸出壓力435Kg；

2）最大輸出流量11.4L/min；

3）最大承受溫度71℃；

4）混合比例1:10-10:1（0.1為增量）；

5）混合精度誤差＜5%；

6）處理材料黏度20000cps以下；

7）最大空氣消耗量1.96m3/min。

雙組份自動配比噴涂機還可據施工需要擴展以下功能：

1）根據材料流動性不同，選用不同的進料方式-虹吸式、重力式、壓力輸送式；

2）根據材料混合時間長短，選擇是否采用遠端混合；

3）根據材料施工性質，選擇是否采用加熱-原料加熱、管道加熱；

4）根據現場工況條件，選擇是否接多把噴槍工作；

5）雙組份電子配比噴涂機還配備了內部存儲系統，可記錄當天施工溫度、噴涂壓力、混合比例等主要施工參數，通過USB下載后可作為當天施工日志。

04 新型環保涂料的應用

4.1水性無機鋅車間底漆

水性無機鋅車間底漆是由高模數硅酸鉀溶液、鋅粉、防銹顏料、助劑等組成的一種雙組分、快速固化的車間底漆，能有效的防止鋼結構在儲存、加工過程中出現的腐蝕，防腐時間長達6個月以上。采用水性無機鋅車間底漆代替醇溶性無機硅酸鋅車間底漆可大大減少VOC排放，改善車間作業環境。

4.2 高性能環保底漆

近年來，環氧富鋅底漆、無機富鋅底漆、冷噴鋅涂層、噴鋁涂層等高性能防腐底涂層在鋼橋梁上大量應用，其中最出色的當屬水性無機富鋅底漆及冷噴鋅涂層。

1）水性無機富鋅底漆

水性無機富鋅涂料以硅酸鹽為主要成膜物質，成為無機硅酸鋅涂料，屬于綠色環保型涂料，在耐鹽霧、耐高溫、耐磨性、耐溶劑型等方面均表現優異，特別是耐鹽霧性能，最高可達10000h，遠遠超出同類產品環氧富鋅底漆及醇溶性無機硅酸鋅底漆。其缺點是施工難度較大，尤其是北方冬季施工施工質量需采取保溫等措施保證施工條件滿足要求。

2）冷噴鋅涂層

冷噴鋅涂層是近年應用較多的一種高性能防腐涂料，其固體成份中鋅含量高達96%，決定了其具有超強防腐性能，且具有以下特點：

a.單組分包裝，不會產生混合比不當降低涂料性能，也不會造成涂料浪費；

b.高固體份決定了其具有良好的環保性能。

當然，也存在一定的問題，如：個別廠家價格明顯偏高，而且，大多數冷噴鋅產品廠家或代理為單一產品，中間漆與面漆必須和其它品牌產品配套使用，其相容性還存在一定問題，主要表現在中間漆和面漆表面易出現氣孔或針孔，層間附著力也不夠穩定。

4.3 構件內表面水性涂料的應用

構件內表面屬于相對封閉空間，油漆噴涂時有機揮發物對操作人員身體健康影響較大，另外，由于有機揮發物濃度較大，容易產生火災或爆炸。目前，橋梁鋼結構內表面防腐開始采用水性環氧漆或水性底面二合一底漆，在健康、安全、環保方面向前邁進了一步。圖5為重慶新南路立交鋼箱梁內表面水性涂料涂裝效果。

圖5 鋼箱梁內表面水性涂料涂裝效果

4.4全水性涂料配套體系

近年來，我公司進行了大量全水性涂料配套體系試驗研究，試驗結果表明涂層外觀、厚度、附著力、施工性能等均能滿足相關施工規范要求，涂層體系耐酸性、耐堿性240小時表面無明顯變色、無泡、無銹等不良現象，耐人工加速老化可達1000小時以上。目前，全水性涂料配套體系已在重慶涪江橋、重慶新南路立交橋等項目得到應用，應用效果良好。圖6為重慶涪江橋外表面全水性涂料配套體系涂裝效果。