摘 要:通过系统介绍钢桥防腐蚀的必要性、热喷涂防腐蚀主要方法、国内外热喷涂技术的主要标准,列举了一些国内外钢桥热喷涂防腐蚀应用实例,希望可以为我国钢桥的设计、建造、维修、养护工作提供一定的参考。
关键词:钢桥;防腐蚀;热喷涂;技术;应用
钢桥由于其轻质高强跨越能力大的特点在大跨桥梁中倍受青睐,因此世界各地的钢桥建设得以蓬勃发展。桥梁的建设需要跨越各类大江、大河、山川、海湾,连接陆地和岛屿,地理位置千变万化、各处气候条件十分复杂,如南方的湿热和酸雨,北方的寒冷和冰盐,沿海的盐雾等,腐蚀环境各不相同,但都是造成钢桥腐蚀损坏的主要因素。例如斜拉桥的钢拉索由于腐蚀引起换索现象频繁发生,美国Pasco-Kennewick斜拉桥、德国汉堡的Kohlbrand Estuary桥、法国的St1Nazaire桥、委内瑞拉的Maracaibo桥、中国的济南黄河大桥均进行过换索工作[1];2001年四川宜宾大桥因吊索钢丝锈蚀折断,造成桥梁断成3节,如图1所示;天津金钢桥由于年代久远,桥底钢板严重锈蚀,现已改建;英国伦敦塔桥因主塔底下钢梁腐蚀生锈无法支撑大桥自重,最后被迫关闭重建新桥。可见,金属腐蚀已经成为钢桥的一大灾害,钢桥的防腐蚀技术亟待提高。
1 钢桥热喷涂防腐蚀技术
钢桥早期的涂装技术主要是刷涂,即人工用刷子涂漆的方法,施工过程中劳动强度大、生产效率低,且施工质量难以控制,仅适合部分位置受限的小构件喷涂。之后由于世界各大钢桥建设国家对钢桥防腐蚀提出更高的要求,桥梁防腐蚀涂装技术获得迅猛发展,热喷涂技术相继被成功地应用到钢桥的防腐蚀保护中。
热喷涂是依靠专用设备产生的热源(火焰、电弧、等离子等),把金属或非金属固体材料加热熔融或软化,并利用热源自身的动力或外加高速气流雾化,使雾化的喷涂材料快速喷射到经过预处理干净的基体表面形成涂层。热喷涂主要包括火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等[2]。
111 火焰喷涂
氧)乙炔火焰喷涂是以氧气、乙炔气燃烧火焰作为热源,将锌丝、铝丝等加热到熔融或高塑性状态,在压缩空气高速气流的泄引下,将熔融化的锌、铝雾化喷射到预先准备的喷砂表面形成涂层,再加以封闭处理。取得一些成功应用实例,产生明显的社会经济效益。可由于涂层结合力差和喷涂效率低,喷涂过程质量控制不稳定等因素,限制了它的发展。
112 电弧喷涂
利用电弧喷涂设备的电源将两根带电金属丝送入电弧喷枪,在低电压大电流作用下,使两根金属丝尖端产生电弧,在电弧的高温作用下,金属丝材呈熔融状态,经压缩空气迅速喷吹至预先处理好的金属表面上,形成电弧喷涂层。电弧喷涂微粒与基体材质之间,以及各微粒之间以机械结合为主,伴以物理和化学结合,微颗粒迅速将自身动能和热能转换成与基体的结合能。电弧喷涂层对钢铁基体进行保护,对电弧喷涂层进行封闭处理形成长效防腐复合涂层[3]。
113 热喷涂技术的特点[2]
(1)适用于几乎所有金属、非金属材料表面的喷涂加工,适用范围广泛。
(2)喷涂材料范围广阔,金属、非金属的棒丝、粉或粉芯丝材等均可用于喷涂形成涂层。
(3)喷涂过程中对工件热影响力小,从而保证基体材料不变形,性能不降低,也不影响其他各种机加工工艺性能。
(4)被喷涂零件尺寸不受限制,既可对大型构件进行大面积现场喷涂,又可对尺寸较小的零件在车间喷涂。
(5)喷涂加工工艺适应性广泛,可以对各类零件进行预保护也可以对不同零件进行热喷涂维修;喷涂层可以有防腐蚀、耐磨等不同功能,涂层可以很方便地进行各种后加工而没有任何限制。
(6)喷涂效率高,热喷涂设备有灵活机动的手持式,也有大功率自动化喷涂生产线,热喷涂方法有很多种,用于热喷涂的材料更是有几百种,热喷涂形成不同功能涂层也是千变万化,以满足国民经济工业各部门需求。
2 国内外热喷涂技术的防腐涂层体系标准
一个典型的防腐蚀涂装体系是由底漆、中间漆和面漆相配套的一个整体,其配套性非常重要,如果选择不合适,会导致整个涂装体系失败。桥梁所处腐蚀环境主要为工业大气、乡村大气、海洋大气、盐雾、海水等,一般防腐蚀热喷涂涂层的设计也主要与待防腐蚀钢桥所处环境有关。因此世界各国都对热喷涂的操作方法、涂层质量要求、检验方法、适应环境等做了明确规定。
211 美国焊接学会(AWS)标准(表1)
212 日本工业标准(表2)
213 中国国家标准(表3)
3 热喷涂防腐技术应用实例
20世纪50、60年代,美国焊接协会、美国海军土木工程实验室、英国钢铁公司、法国地下铁道公司及前苏联均对热喷涂锌、铝涂层在各种大气条件下的耐蚀性做了长达5~19年的试验,并得出了基本一致的试验结果。喷铝涂层达到一定厚度,不论涂层封闭与否,在海水、海洋大气、工业大气中,均能保证钢铁构件在19年内不腐蚀[4]。随后,热喷涂防腐蚀技术在国外钢桥建设中得到大量应用,部分工程实例见表4。
我国将热喷涂技术应用于桥梁防腐蚀始于1957年的武汉长江大桥。1968年对南京长江大桥下层铁路枕木下的/上盖板0做了喷锌防腐蚀处理,这也是我国第一次尝试对大型钢桥梁的部分构件做热喷涂防腐蚀处理[5]。而随着我国交通建设的高速发展,尤其是2000年以来,武汉军山桥等大跨度钢桥的兴建,出于提高钢桥使用寿命的考虑,热喷涂技术在钢桥防腐蚀中得以广泛应用,具体工程实例[6]见表5。
4 结语
虽然我国热喷涂防腐蚀技术在钢桥上的应用相对发达国家起步较晚,但结合国外相关技术,并通过近年来国内大量的钢桥建设实际应用,已经总结了一系列的热喷涂防腐蚀技术宝贵经验。我国的桥梁工作者已经深刻意识到钢桥腐蚀是影响钢桥长期使用安全性能的重要问题,因此,重视钢桥热喷涂防腐技术研究,并将这一技术在我国钢桥防腐中广泛地普及应用,在未来的几十年将为国家节约巨额的桥梁维护费用,减少环境污染,延长钢桥使用寿命。
参考文献略
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