文中介紹的這一種新型的封閉式的拼接板防腐方案，打破了常規(guī)“表面除銹+噴漆”的防腐方法，對拼接板結(jié)合面及螺栓孔處的縫隙進行了有效密封，阻斷了外界的濕氣進入通道，排除了拼接板內(nèi)部腐蝕的隱患，能夠抵御海水、鹽霧、酸霧、高溫高濕等惡劣環(huán)境條件的腐蝕，達到較好的防腐效果。另外，該防腐方案能夠提高拼接板的強度，使得鋼結(jié)構(gòu)更加安全穩(wěn)固。

 

　　文| 王玲玲 崔洪 袁培峰 姜麗麗 張娜娜 朱吟湄 鄭州中原應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)有限公司

 

　　由于鋼結(jié)構(gòu)具有力學性能好、承載能力強、制造簡便、施工安裝周期短等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于輕鋼廠房、市政、橋梁、高層建筑等。在鋼結(jié)構(gòu)中，桿件連接和梁與梁的連接常常采用高強螺栓進行拼接連接。這種連接方法較焊接連接，安裝方便且能夠提高鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能。但是，鋼結(jié)構(gòu)有它致命的弱點，既容易和它所處的環(huán)境發(fā)生反應(yīng)，形成氧化腐蝕，出現(xiàn)酥松、起層、粉化現(xiàn)象，使得金屬失去原有性狀，變成一堆廢鐵，甚至會帶來災(zāi)難性事故。針對鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差這一弱點，目前常用：環(huán)氧富鋅底漆+ 環(huán)氧云鐵中間漆+ 丙烯酸聚氨酯的方法進行防護。 這種“噴漆”的方法基本滿足鋼結(jié)構(gòu)表面防腐的要求，但對于拼接區(qū)域內(nèi)部，及高強螺栓的防腐，依然難以達到要求。

 

　　本文將介紹一種新型的封閉式的拼接板防腐方案。該方案打破了常規(guī)“表面除銹+ 噴漆”的防腐方法，對拼接板結(jié)合面及螺栓孔處的縫隙進行了有效密封，阻斷了外界的濕氣進入通道，排除了拼接板間內(nèi)部腐蝕的隱患，達到了較好的防腐效果。并且， 該防腐方案不會影響拼接板原有的力學性能。

 

　防腐密封材料對鋼拼接板防腐性能的影響

 

　　防腐方案及試件制作

 

　　本文依據(jù)港珠澳大橋鋼箱梁的某一拼接區(qū)域進行了縮小模擬， 選用同種材質(zhì)的鋼板和高強螺栓，制作三層結(jié)構(gòu)的夾板對接拼接試件。

 

　　1. 拼接試件組成：拼接板360×180×6mm 鋼板（2 塊）， 被拼接板200×180×6mm 鋼板（2 塊），M18 高強螺栓（8 套）。

 

　　2. 防腐密封材料種類及特點：

 

　　MF1011 結(jié)構(gòu)膠膜對鋼材有很好的粘接性，在常溫下逐步固化， 形成堅韌的膠層，具有優(yōu)異的耐油、耐水、耐老化、耐腐蝕性。

 

　　MF2000M 丁基膠膜是以聚異丁烯為主體材料，并添加增粘劑、偶聯(lián)劑和填充劑等制備而成。其突出特點是水汽透過率極低，并具備良好的塑性。

 

　　MF860F 聚硫防腐密封膠常溫下固化成彈性體，具有優(yōu)異的耐油、耐水、耐老化、耐腐蝕性能。
 

圖1拼接板和被拼接板貼合結(jié)構(gòu)膠膜
 

　　3. 制作過程：

 

　　步驟（1），拼接板和被拼接板貼合結(jié)構(gòu)膠膜。具體實施方式： 拼接板貼合結(jié)構(gòu)膠膜后，覆蓋被拼接板，然后再貼一層結(jié)構(gòu)膠膜， 放置拼接板，完成拼接試件預(yù)組裝。（見圖1）

 

　　步驟（2），螺栓與拼接板結(jié)合面及螺紋表面采用丁基密封膠膜進行密封，安裝螺栓，并緊固。（見圖2）

 

　　步驟（3），拼接板環(huán)縫及螺栓外部涂覆聚硫防腐密封膠。（見圖3）
 

　　圖2墊片和高強螺栓的密封



圖3 拼接板環(huán)縫及螺栓外部密封
 

　　耐腐蝕試驗

 

　　制作好的拼接板按照國標、歐標等標準進行一系列老化試驗， 具體試驗及標準見表1。

 

 

　　（1）浸海水試驗

 

　　為了考察海水對拼接板的腐蝕情況，選用三種不同的海水對拼接板進行浸泡。這三種海水分別是，從青島和海口取的自然海水，以及依據(jù)東南海水組分配置的人工海水。經(jīng)過1008h 浸泡后， 將試件刨開檢查，如圖4 所示，螺栓及拼接板表面均無腐蝕。
 

　
　圖4浸海水試驗
 

　　（2）鹽霧腐蝕試驗

 

　　將三塊拼接板，放入酸霧試驗箱，參照歐標 ETAG002 鹽霧NaCl 氣氛試驗規(guī)定的方法進行試驗，老化時間為960h。鹽霧腐蝕試驗完成后，將試件刨開檢查，如圖5 所示，拼接板外部銹蝕， 但螺栓及拼接板內(nèi)部均無腐蝕。
 

圖5 鹽霧腐蝕試驗
 

　　（3）酸霧腐蝕試驗

 

　　將三塊拼接板，放入酸霧試驗箱，參照歐標ETAG002 酸霧SO2 試驗規(guī)定的方法進行試驗，老化時間為960h。酸霧腐蝕試驗完成后，將試件刨開檢查，如圖6 所示，螺栓及拼接板表面均無腐蝕。
 

圖6 酸霧腐蝕試驗
 

　　（4）高溫高濕老化試驗

 

　　將三塊拼接板， 放入高溫高濕試驗箱， 參照美國標準IEC61215 中10.13 濕- 熱試驗規(guī)定的條件（85℃，85% 相對濕度） 進行試驗，老化時間為1000h。高溫高濕老化試驗完成后，將試件刨開檢查，如圖7 所示，螺栓及拼接板表面均無腐蝕。
 

圖7 高溫高濕老化試驗

　　（5）紫外輻照老化試驗

 

　　將三塊拼接板放入紫外輻照老化試驗箱，參照國標GB16776 中規(guī)定的紫外輻照試驗進行，老化時間為1008h。紫外輻照老化試驗完成后，將試件刨開檢查，如圖8 所示，螺栓及拼接板表面均無腐蝕。
 

　　
圖8 紫外輻照老化試驗
 

　　從以上五種耐腐蝕實驗可以看出，選用適宜的密封材料對拼接板的三個關(guān)鍵部位進行密封，能夠形成完善、封閉、穩(wěn)定的防腐系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下三個優(yōu)點：（1）拼接板內(nèi)表面采用固化型結(jié)構(gòu)膠膜進行密封，使得螺栓部位的剛性、點式連接轉(zhuǎn)換為柔性、均勻的面連接，避免了應(yīng)力集中；（2）螺栓與拼接板結(jié)合面及螺栓螺紋表面采用永不固化型密封膠進行密封，阻斷了濕氣的進入通道，且便于螺栓的拆卸；（3）拼接板的周邊環(huán)縫及螺栓表面采用耐老化性優(yōu)異的聚硫彈性防腐密封膠進行密封，能有效保護螺栓及拼接板周邊免受腐蝕。

 

　 防腐密封材料對鋼拼接板力學性能的影響

 

　　從第二部分試驗可以看出，防腐密封材料能夠顯著提高鋼拼接板的防腐特性，但其對鋼拼接板力學性能的影響還有待考證。這其中，影響最大的是貼在拼接板之間的膠膜。

 

　　試件制作方案

 

　　為了驗證膠膜對拼接板力學性能的影響，本文對粘貼MF1011 結(jié)構(gòu)膠膜前后的拼接板，進行拉斷試驗，試件制作方案如下：

 

　　①高強螺栓+ 拼接板

 

　　② MF1011 結(jié)構(gòu)膠膜+ 高強螺栓+ 拼接板
 

圖9 方案①試驗前后



圖10 方案②試驗前后
 

　　結(jié)果與討論

 

　　試驗按照GB/T228-2010 規(guī)定的方法進行，記錄試件的最大破斷力。

 

　　從表2 的試驗結(jié)果來看， MF1011 結(jié)構(gòu)膠膜+ 高強螺栓＞高強螺栓的破斷力。這說明貼在拼接板之間的膠膜不僅沒有影響拼接板整體的力學性能，反而對其力學性能略有提高。
 

 

　　選用適宜的密封材料對拼接板的三個關(guān)鍵部位進行密封，形成完善、封閉、穩(wěn)定的防腐系統(tǒng)，能夠抵御海水、鹽霧、酸霧、高溫高濕等惡劣環(huán)境條件的腐蝕，達到較好的防腐效果。另外，該防腐方案能夠提高拼接板的強度，使得鋼結(jié)構(gòu)更加安全穩(wěn)固。