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電弧噴鋁在橋梁建設中的應用
一、概述：
簡要介紹了國內外鋼結構各種防腐方法的機理及優缺點,特別是熱噴涂長效防腐在國內外的應用,從而說明電弧熱噴涂在當前我國橋梁建設上的必要性。
二、詳細說明：
五大連池閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅簡要介紹了國內外鋼結構各種防腐方法的機理及優缺點,特別是熱噴涂長效防腐在國內外的應用,從而說明電弧熱噴涂在當前我國橋梁建設上的必要性。
1、鋼橋特點及腐蝕危害
鋼橋具有跨越能力大、強度高、建設速度快、施工期限短等特點。1955年武漢長江大橋的建成使萬里長江聳立起中國人民征服長江的第一座豐碑;近年來,隨著基礎設施建設速度的加快,大型鋼結構橋梁不斷涌現。修建一座跨江或跨海的特大型鋼橋,使用鋼材的數量一般都在萬ｔ甚至10萬ｔ以上。而腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞是使這種特大鋼橋構件退出工作、壽命降低的重要原因之一。
五大連池閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅 在20世紀20～30年代歐洲和北美發達建造一些鋼橋,因當時防腐技術不能提供長久的腐蝕保護,使得這些鋼橋投入運營后腐蝕嚴重,即使進行定期的刷油漆維護也不能獲得滿意的保護,只得將這些鋼橋降級使用或續建第二座橋,給造成巨大的經濟損失;1967年美國東部快樂岬與諾加之間的一座鐵橋,在使用40年后塌落于俄亥俄河中,使46人喪生,調查表明,倒塌原因系大氣腐蝕造成的應力腐蝕開裂。為此鋼鐵橋梁的腐蝕已引起各國的高度重視。據1997年報道,武漢長江大橋每年投入維護費100多萬元,但仍遠遠不夠;腐蝕不僅浪費了大量的人力物力,也大大縮短了橋梁的使用年限。
橋梁鋼結構的腐蝕防護日漸成為人們關注的課題。只有在設計建造的同時,對其進行卓有成效的防腐,才能確保鋼橋的長久壽命。
五大連池閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅國內外橋梁鋼結構防腐發展的歷史沿革
在歐洲和北美地區鋼橋的防腐發展過程是:20世紀40年代為油漆防腐;50～70年代為重防腐涂料防腐、熱浸鋅防腐、火焰噴涂防腐、電弧噴涂防腐并存;80年代以后,隨著電弧噴涂技術的發展,電弧噴涂防腐與火焰噴涂相比涂層與基體結合力高、生產效率高,因而得到廣泛應用,初期大多為噴涂鋅,現在電弧噴涂鋁日漸成為防腐發展的趨勢。對環境污染嚴重的含重金屬涂裝底漆和大量有機揮發物的重防腐涂料基本不再在這些發達本土使用。
我國鋼橋梁腐蝕到目前為止,仍集中采用刷油漆防腐。建國50年來,鋼橋梁防腐技術的變化也主要集中在對油漆的種類進行調整。如20世紀50～60年代鋼橋梁防腐采用紅丹防銹漆加云鐵醇酸面漆的鉛系環境污染涂料,并一直主導著我國鋼橋梁的防腐。隨著大型鋼橋梁的建設,其防腐問題開始突出,鉛系涂裝體系的防腐耐久性差和維護費用高昂的缺點日漸顯現,80年代開發了重防腐涂料,經過對底、中、面漆的配套使用,使鋼橋的防腐壽命有較大提高,90年代國外重防腐同類涂料開始涌入國內市場。重防腐涂料僅能提供鋼橋10年左右的防腐壽命,10年后必然面臨巨大的防腐維護費用,這在歐洲已被事實所證實。
3、橋梁鋼結構防腐的各種方法
3.1 重防腐油漆涂裝防腐蝕
3.1.1 重防腐油漆的作用機理
油漆防腐具有美麗的外觀,簡單的涂裝工藝,多年來一直被廣泛采用。隨著涂裝工藝的發展,重防腐涂裝成為鋼橋防腐的主流。在重防腐涂料中,無論是國外油漆,還是國內品牌油漆,其防腐涂裝工藝和涂料品種都非常相似,即涂裝工藝由底漆、中間漆和面漆組成的多層涂裝體系;油漆品種均為環氧(無機)富鋅底漆、環氧云母氧化鐵中間漆和環氧聚氨酯或環氧各色面漆或氯化橡膠面漆等組成。
其作用機理為:①屏蔽作用:油漆涂層將鋼鐵與腐蝕環境機械隔離開。②鈍化緩蝕作用:油漆涂裝體系中,第一道車間底漆對鋼鐵有鈍化緩蝕作用,增加油漆層附著力,防腐作用很微弱。③陰極保護作用:防腐底漆中如添加鋅粉(如富鋅底漆),對鋼鐵提供陰極保護。
3.1.2 重防腐油漆的失效機理五大連池閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅
油漆對鋼橋梁提供的腐蝕保護以機械屏蔽的隔離防護為主,油漆涂層的老化、粉化使這種隔離作用減弱或失去作用;其陰極保護作用的鋅粉是靠油漆中有機粘合才能與鋼鐵相結合,隨著有機物的裂解、老化使鋅粉無法與鋼鐵相結合,這樣陰極保護作用自然消失。其次,油漆涂層本身有無數微針孔,長期處在鹽霧、潮濕環境下,氯離子、水分子等會透過針孔腐蝕基體金屬,在油漆層與基體金屬交界處鋼鐵腐蝕產物體積積聚膨脹,導致油漆層剝落,腐蝕并沿著油漆層剝落處四周迅速擴展,導致整個防腐體系失效。
3.1.3重防腐油漆的國內外使用狀況
五大連池閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅隨著防腐技術的發展,人類生存環境的不斷惡化,涂料對環境的污染性逐漸被人們認識,國外已不再在鋼橋上大面積使用重防腐涂料,目前發達將其銷售市場直接轉向發展中和經濟不發達的。如果我們在新建鋼橋中繼續使用有機重防腐涂料進行防腐,那么10年后我們將會步發達后塵,面對的是龐大的鋼橋防腐維護費用,嚴重時甚至會影響橋梁的安全性。采用重防腐涂料防腐的鋼橋,多在建設后10年就需要進行例行維護,除去浮銹和舊油漆,這不僅影響交通正常進行,同時維護的效果也不可能達到建設初期水平,還消耗大量涂料,舊油漆重金屬顏料也會污染周圍環境,甚至還要專門成立一支鋼橋防腐養護隊伍。因此每座鋼橋梁都不得不為此支付一筆相當數量的維護費用,這種開支還不是一次性的,而是以后每隔3～5年就得進行一次。
重防腐涂料的防腐壽命一般為8～10年,世界各國大量應用實例都證明了這一點。英國標準ＢＳ5493[1]中規定無論何種環境,防腐年限在10～15年以上主張采用熱噴涂鋅、鋁防腐。
3.3 熱噴涂防腐
熱噴涂技術是利用熱源對金屬、非金屬、陶瓷等噴涂材料進行加熱,將熔融的粒子霧化、噴射并沉積到基材表面上,形成特殊表面涂層的方法。噴涂使用的熱源主要有三種:一是電弧熱源,二是等離子熱源,三是燃氣熱源。并由此把熱噴涂分為電弧噴涂、等離子噴涂和火焰噴涂,用于防腐領域的主要有火焰噴涂和電弧噴涂。
3.3.1火焰噴涂
火焰噴涂是采用可燃性氣體的燃燒作為熱源,將金屬絲材或粉末熔融、霧化、吹噴于基體表面的方法。在歐洲及北美鋼橋梁早期熱噴涂防腐為氧、乙炔火焰噴涂,取得很好的防腐效果。我國于1965年曾在南京長江大橋鋼板縱梁上蓋板采用火焰噴鋅加耐磨漆方式進行防腐,13年后檢查效果良好。但火焰噴涂生產效率低,嚴重制約鋼橋的加工工期,因此僅對鋼橋長期積水、陰暗面和主要受力構件進行噴涂防腐。若對整個大橋采用氧、乙炔火焰噴涂防腐可能會出現防腐施工效率與工期矛盾,噴涂層長久附著有效與涂層結合力的矛盾等,因此國內沒有大面積采用火焰噴涂進行鋼橋防腐的例子。
3.3.2 電弧噴涂
電弧噴涂防腐原理是利用電弧噴涂設備,對兩根帶電的金屬絲(如鋅、鋁等)進行加熱、熔融、霧化、噴涂形成防腐涂層,外加有機封閉涂層的長效防腐復合涂層,該涂層的顯著特點是:
(1)具有較長久的耐腐蝕壽命,其防腐壽命可達到50年以上,同時該防腐涂層在30年使用期內無須其它任何防腐維護;30年以后的維護,僅須在電弧噴涂層上刷封閉涂料,無須重新噴涂,實現一次防腐,涂層經久有效。
(2)電弧噴涂層與金屬基體具有優良的涂層結合力,金屬噴涂層以機械鑲嵌和微冶金與基體金屬相結合,在輕微的彎曲、沖擊或碰撞下也能確保防腐涂層不脫落、不起皮、結合牢固、防腐長久有效,這一點是其它任何表面防腐涂層無法達到的。
(3)電弧噴涂鋅、鋁涂層防腐原理為陰極保護,在腐蝕環境下,即使防腐涂層局部破損,仍具有犧牲自己保護鋼鐵基體之效果。涂層(陽極)與鋼鐵基體(陰極)的面積比≥1;而富鋅涂料的陽極與陰極比都<1,其保護效果和結合力也遠遠低于電弧噴涂防腐涂層。
3.3.3 電弧噴涂和火焰噴涂的比較
電弧噴涂同火焰噴涂相比,由于采用了電能代替氣體燃燒,大大提高了工作效率和工作安全性,特別是電弧噴涂機械化設備的出現,電弧噴涂技術已完全可以滿足橋梁建設工期的需要,且電弧溫度遠高于火焰,涂層結合力也遠大于火焰噴涂,因此涂層質量也完全可以滿足長效防腐的需要。美國由于人工費用高,使用電弧噴涂防腐施工的費用甚至低于重防腐油漆。經過幾十年的考驗證明,熱噴涂技術是鋼鐵結構長效防腐的好方法,這個結論已經得到世界許多的政府部門和工程界的認可。
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