d o i :10.3963/j.i s s n .1674-6066.2024.02.022市区跨江桥梁钢结构防腐涂装更新施工工艺叶剑平1,2,许俊雄1,2,袁新顺1,2(1.中交二航局建筑科技有限公司,武汉430040;2.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室,武汉430040)摘 要: 随着使用年限增长,市区桥梁钢结构防腐能力的恢复和更新,是桥梁维修的一项重要工作㊂该文研究了市区跨江桥梁钢结构,其具有性能良好的铝锌底涂层,复合涂装中的中漆层和面漆层老化㊂经过分析研究㊁试验段验证,得出最佳的维修涂装方案,既保护原有铝锌底涂层,又恢复桥梁钢结构的防腐性能㊂关键词: 铝锌底涂层; 市区跨江桥梁钢结构; 维修涂装; 施工工艺R e n e w a l C o n s t r u c t i o nT e c h n o l o g y o fA n t i C o r r o s i o nC o a t i n g fo r S t e e l S t r u c t u r e s o fU r b a nC r o s sR i v e rB r i d ge s Y EJ i a n -p i n g 1,2,X UJ u n -x i o n g 1,2,Y U A N X i n -s h u n 1,2(1.C C C CS e c o n dH a r b o rE n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o nT e c h n o l o g y Co ,L t d ,W u h a n430040,C h i n a ;2.H u b e iK e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e d M a t e r i a l s&R e i n f o r c e m e n tT e c h n o l o g y Re s e a r c hf o rM a r i n e E n v i r o n m e n t S t r u c t u r e s ,W u h a n430040,C h i n a)A b s t r a c t : A s t h e s e r v i c e l i f e i n c r e a s e s ,t h e r e s t o r a t i o n a n d r e n e w a l o f t h e a n t i -c o r r o s i o n a b i l i t y o f s t e e l s t r u c t u r e s i n u r b a nb r id ge s i s a n i m p o r t a n t t a s k i nb r i d g em a i n t e n a n c e .T h i sa r t i c l es t u d i e s t h es t e e l s t r u c t u r eo fu r b a nc r o s sr i v e r b r i d g e s ,w h i c hh a sah i g h -p e r f o r m a n c ea l u m i n u m z i n c p r i m e r .T h e i n t e r m e d i a t ea n dt o p c o a t l a y e r s i nt h ec o m p o s i t e c o a t i n g a r e a g e d .U n d e r e x t r e m e l y h i g h e n v i r o n m e n t a l r e q u i r e m e n t s ,a f t e r a n a l y s i s a n d e x p e r i m e n t a l v e r i f i c a t i o n ,t h e o p -t i m a lm a i n t e n a n c e c o a t i n g s c h e m e i s o b t a i n e d .I t n o t o n l yp r o t e c t s t h e o r i gi n a l a l u m i n u mz i n c p r i m e r ,b u t a l s o r e s t o r e s t h e a n t i -c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e o f b r i d g e s t e e l s t r u c t u r e s .K e y w o r d s : a l u m i n u mz i n cb a s e c o a t i n g ; s t e e l s t r u c t u r e s f o ru r b a nc r o s s r i v e rb r i d g e s ; r e p a i r p a i n t i n g ; c o n -s t r u c t i o n t e c h n o l o g y收稿日期:2024-02-28.作者简介:叶剑平(1986-),工程师.E -m a i l :592179784@q q.c o m 某大桥位于广州市区跨珠江航道上,于1998年建成通车,主桥长648m ,宽30.3m ,双向6车道㊂桥型为双塔双索面复合斜拉桥,主塔高128.45m ,主跨为360m 一跨过江的钢梁-钢筋混凝土板叠合结构,两侧副跨为144m 的现浇预应力混凝土结构㊂边跨为(28.2+36+36+43.8)m 预应力混凝土梁,由两侧2根大纵梁+6m 间距的横梁组成纵横梁体系,纵横梁上铺设8c m 厚预制桥面板,预制桥面板上再整体浇筑22c m 整体现浇层,现浇层内预埋预应力管道㊂桥梁涂装病害主要表现为部分钢结构(横梁㊁大纵梁㊁小纵梁)防腐层表层涂层起泡㊁脱落,局部脱落面积较大,横梁底面涂层均有起泡㊁脱落现象,钢板未见有锈蚀现象㊂在对主桥斜拉索更换等施工完成后,需要对主桥桥塔表面和主梁钢结构表面进行防腐涂装㊂1 总体施工方案确定1.1 原防腐涂装体系查阅竣工图及历年养护资料,确定主梁钢结构钢材表面有铝锌底涂层㊂对原涂装全部打磨会对此铝锌49建材世界 2024年 第45卷 第2期底涂层造成破坏㊂现场调查发现防腐涂层病害主要为涂装面漆及部分中漆涂层老化及分层,未见明显钢材锈蚀痕迹,铝锌底涂层完好㊂原有防腐体系如表1所示㊂表1主梁钢结构原有涂层配套涂层涂料品种涂层道数/干膜厚度/μm底涂层铝锌底涂层1/150底层环氧封闭漆1/80中间层环氧(云铁)漆2/160面层丙烯酸脂肪族聚氮酯面漆2/701.2铝锌底涂层采用热喷涂锌㊁铝涂层对钢铁构件进行长效防护早在20世纪20年代就已开始应用,至今仍是普遍采用的防护措施㊂原桥梁钢结构钢材表面已有铝锌底涂层,经过有机涂料封闭的锌铝复合涂层是一种较好的防腐方案[1]㊂该涂层是利用阴极保护的原理,通过在钢结构表面热喷涂铝㊁锌等金属材料外加封孔剂处理,得到的长效防腐的复合涂层㊂金属铝具有耐大气腐蚀的特性,涂层本身也具有良好的抗腐蚀性能,另外,涂层中金属微粒表面形成致密的氧化膜,它也起到防腐蚀的作用㊂防腐年限达到20~30年,最长的国外已有60~70年之久的记录,现在桥梁钢结构或者箱梁热喷涂加涂膜防腐蚀年限要求提高到了100年[2]㊂钢铁表面处理是金属热喷涂最关键的一步,处理到位与否对金属热喷涂层的附着力有决定性作用㊂金属热喷涂必须选择干喷砂进行表面处理,根据干喷砂对于钢铁表面活化能及防止二次返锈的要求,干喷砂后按照国标4h㊁8h内必须进行金属热喷涂㊂热喷涂施工工艺中,通常有火焰喷㊁电弧喷㊁等离子喷乃至超音速等喷涂㊂几种喷涂方式都是利用高温熔化线材,使熔化的线材雾化喷射到钢铁表面,喷涂结束后,使用重铬酸盐㊁磷酸盐溶液或者黏度很低的树脂进行封孔处理㊂1.3设计防腐涂装体系对于主梁钢结构防腐,设计文件要求在开始涂装前对钢结构进行表面清理,去除表面原有涂装㊂主梁钢结构防腐涂装设计体系如表2所示㊂表2主梁钢结构表面涂装技术要求涂层涂料品种涂层道数/干膜厚度/μm底层低表面处理环氧底漆1/80中间层环氧云铁中间漆2/160面层超耐候型氟碳面漆2/701.4旧防腐涂装体系打磨清除施工方案对比选择选择打磨清除旧防腐体系全部涂层后重新涂装新涂层体系的方案,打磨会破坏局部铝锌底涂层;局部恢复喷涂铝锌底涂层,钢材表面需采用干喷砂工艺处理,会产生大量的喷砂废料㊂该桥位于广州市区珠江航道上,环保要求高,不具备大规模搭设平台收集废料的条件;热喷铝对表面处理要求较高,喷砂必须达到G B8923‘涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级“规定的S a3级,否则有脱落可能;喷涂施工时,对环境条件的要求也高,要求相对湿度<85%;钢材表面温度必须高于露点3ħ,现场作业难以达到[3];同时局部喷涂铝锌底涂层产生的高温对周围的油漆产生烧灼,会与周围的油漆高温反应污染表面㊂选择打磨清除旧防腐体系部分老化涂层后,保留未老化的旧体系涂层及铝锌底涂层,直接进行新体系防腐涂层涂装方案㊂新体系配套编号为S07,腐蚀环境C5-I,设计防腐寿命为15~25年,铝锌底涂层的防腐年限明显优于此年限㊂国内外热喷铝长期现场试验都表现出了非常优异的性能[4],应尽量保留铝锌底涂层㊂通过对比,选择保留原涂装的中漆㊁底漆涂层,对老化涂层打磨清除外露至中漆㊁底漆涂层㊂外露涂层与设计的新防腐涂装体系相似,均为环氧基油漆,初步判断相融性能满足要求㊂下一步设计工艺试验对原涂层的附着力及新㊁旧涂层相融性和附着力进行验证㊂591.5 原涂层附着力试验选择试验段,对面漆㊁中漆和底漆附着力进行拉拔试验㊂经过试验确定,面漆老化附着力不满足要求,中㊁底漆附着力符合规范要求,可以予以保留(表3)㊂附着力检测按照现行‘钢结构工程施工质量验收标准“,漆膜厚度检查数量为:按照构件数抽查10%,且同类构件不应少于3件,每件测3处㊂表3 主梁钢结构旧涂层中、底漆附着力测试结果/M P a 部位测试结果测点1测点2测点3构件15.855.765.86构件25.715.745.76构件35.055.135.15构件45.055.125.12构件55.555.595.65构件65.745.715.731.6 钢主梁工艺试验新旧涂层涂料类型相似(表4),正式涂装前,需进行工艺试验,对新㊁旧涂层相融性和附着力进行验证,从涂料配备㊁工艺选用㊁质量检测进行全方位的测评㊂工艺试验结果表明,清除老化面漆涂层和部分中漆涂层后,保留原铝锌底和原中漆㊁底漆涂层,进行新涂层涂装的工艺,新旧涂层的相融性㊁附着力(表5)与漆膜厚度(表6)均能满足规范及设计要求㊂表4 新旧涂层涂料类型对比涂层原涂层涂料品种新涂层涂料品种底层环氧底漆低表面处理环氧底漆中间层环氧云铁中间漆环氧云铁中间漆面层聚氨酯面漆超耐候型氟碳面漆表5 主梁钢结构涂装工艺试验附着力测试结果拉拔位置拉拔数值/M P a备注加筋板螺栓5.16-大纵梁6.92-横梁7.08-横梁4.52靠内侧表6 主梁钢结构涂装工艺试验漆膜厚度测试结果/μm 样板位置旧涂层打磨后膜厚新涂层+旧涂层膜厚新涂层设计膜厚(250μm<涂层<620μm )螺栓部位333656323小纵梁315565250横梁加强板339724373横梁307592285大纵梁2315743431.7 方案确定该项目属于维修加固的优化工程㊂结合以上研究,应保护钢结构已有铝锌底涂层㊂其与底漆结合良好,根据工艺试验结果,附着力满足要求㊂工艺试验达到标准后㊁大面积施工前,编制修正工艺操作手册,并在接到监理下达的开工令后,正式施工㊂该项目实行首件制,由甲方㊁监理选取钢主梁的一段作为首制件施工区域作为试验段㊂按照设计的涂装方案及工艺试验确定的工艺参数进行打磨㊁涂装,自检㊁专检合格,报监理检测,组织专家进行验收,验收合格进行钢主梁的正式涂装㊂2 关键施工工序技术控制2.1 工艺流程根据试验段的结果,对纵横梁交叉形成的部位作为一个检测单元,每件测3处,如附着力满足设计文件要求,则此构件只涂刷面漆;否则将涂层打磨去除,露底材部位每层油漆打磨成坡口,平滑过渡,确保新油漆表面的外观㊂此方案能实现保护原铝锌底涂层的目的,同时提高施工效率,节约资源㊂主要工艺流程包括:油漆打磨ң中漆底漆外观及附着力检测ң拉毛并打磨坡口ң整体底漆施工ң整体中间漆施工ң整体面漆施工㊂2.2 表面处理去除面漆使用80目专用砂皮,去除锈蚀使用专用合金树脂砂纸㊂对主梁钢结构表面打磨㊁吹灰,去除表面浮灰㊁附着不牢的涂层㊁油污等,按检测单元进行旧防腐涂层附着力测试㊂自检㊁互检㊁专检合格后报检,报检合格后进入下一工序㊂采用便携式无尘打磨专用设备,回收粉尘达到98%以上㊂692.3底层涂装表面处理及测试旧涂层附着力合格后,涂装1道环氧底漆㊂施工过程中采用湿膜卡进行厚度控制,涂层厚度按80μm的干膜厚度控制㊂表面无针孔㊁气泡等缺陷,表干后测量涂层干膜厚度,自检㊁互检㊁专检合格后报检,报检合格后进入下一工序㊂2.4中间层涂装底层涂装合格后,涂装2道环氧云铁中间漆㊂施工过程中采用湿膜卡进行厚度控制,涂层厚度按160μm的干膜厚度控制㊂表面无针孔㊁气泡等缺陷,表干后测量涂层干膜厚度,自检㊁互检㊁专检合格后报检,报检合格后进入下一工序㊂2.5面层涂装中间层涂装合格后,涂装2道超耐候型氟碳面漆㊂施工过程中采用湿膜卡进行厚度控制,涂层总厚度按70μm的干膜厚度控制㊂表面颜色均匀㊁平整,无针孔㊁气泡等缺陷,表干后测量涂层干膜厚度,自检㊁互检㊁专检合格后报检,报检合格后进入下一工作面㊂3质量验收3.1钢主梁涂层外观质量验收采用目视法全数检验,涂层外观无严重流挂㊁无针孔㊁气泡等缺陷,颜色均匀一致,面漆颜色与业主确定的色卡号相同㊂3.2钢主梁涂层厚度验收按照‘磁性基体上非磁性覆盖层覆盖层厚度测量磁性法“G B4956 2003㊁‘建筑钢结构防腐蚀技术规程“J G J/T251 2011㊁‘公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件“(J T/T722 2008)规定,每根横梁划分成顶㊁中㊁底三个部分,取10%面积进行检验,以1m2为一个检测区域,每一个检测区域至少抽测3个点,布点均匀,焊缝处的抽测点数不少于总检测点数的30%㊂用干漆膜测厚仪检查,钢结构外部所测点的值必须有90%达到或超过规定漆膜值,未达到规定膜厚的测点值不得低于规定膜厚要求的90%,钢结构内部所测点的值必须达到两个85%㊂干膜厚度测点的最大值不能超过设计厚度的3倍㊂3.3钢主梁涂层附着力验收按照‘色漆和清漆拉开法附着力试验“G B.T5210 2006㊁‘建筑钢结构防腐蚀技术规程“J G J/T251 2011㊁‘公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件“(J T/T722 2008)规定,每200m2检测数量不得少于1次,且总检测数量不得少于3次,涂层体系附着力不小于3M P a㊂3.4验收结果施工完成后,对钢主梁的涂层进行了第三方检测,涂层外观质量良好无缺陷,涂层厚度㊁涂层附着力均满足设计文件及规范要求,全部通过了第三方检测并进行了验收㊂4结语以广州市区跨珠江某斜拉桥为例,研究了桥梁钢结构,其具有铝锌底涂层,面漆层及部分中漆层老化㊂通过查询论文及规范,选择施工方案,设计工艺试验进行论证㊂附着力试验和工艺试验结果证明,保留原铝锌底涂层和附着力良好的中漆㊁底漆涂层,进行新涂层涂装,原涂层与新涂层相融性及附着力满足要求㊂涂装施工完成后,按规范要求进行了第三方检测,全部通过并进行了验收,验证了钢结构表面旧涂层分层清除后涂装方案的合理性㊂该方案既能保护有优良防腐性能的铝锌底涂层㊁节省资源投入㊁减少环境污染,也能节省工期㊂一年后对项目进行检查,涂层表观良好㊁无老化㊁脱落现象㊁附着力无损失㊂参考文献[1]李言涛,黄彦良,侯保荣.海洋环境下锌铝喷涂层防护性能研究[J].海洋科学,2005(7):81-83.[2]张作华,宋广裕.钢铁金属热喷涂防腐技术[J].涂装工艺,2020,41(6):42-46.[3]林东.桥梁钢结构冷喷锌与热喷铝(锌)防腐工艺对比研究[J].现代涂料与涂装,2022,25(3):26-29.[4]孙德光,刘书法,宋振,等.海洋工程热喷铝防腐技术原理及应用[J].石油和化工设备,2023,26(2):141-143.79。
