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行業(yè)知識(shí)|有關(guān)橋梁鋼結(jié)構(gòu)制造問(wèn)題解說(shuō)

2021-07-19 13:50:23 作者：銹所201 來(lái)源：銹所201 分享至：

摘要

近年來(lái)，隨著鋼橋梁建設(shè)的迅猛發(fā)展，防腐涂裝新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。本文介紹了自動(dòng)化噴砂生產(chǎn)線、無(wú)塵噴砂、雙組份自動(dòng)配比噴涂設(shè)備、鋼橋面全自動(dòng)車載式拋丸機(jī)以及新型環(huán)保涂料應(yīng)用等涂裝新技術(shù)在鋼橋梁上的應(yīng)用情況。

01引言

鋼橋具有強(qiáng)度高、韌性好、制作方便、施工速度快、適用范圍廣等一系列優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于鐵路、公路等跨江、跨海及山區(qū)高架橋梁。由于鋼橋長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，同時(shí)承受著交變載荷，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，特別是在一些環(huán)境條件惡劣的地區(qū)，往往會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)橋梁的嚴(yán)重腐蝕，影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全性及使用壽命。鋼橋的腐蝕與防護(hù)問(wèn)題，是橋梁工程領(lǐng)域重要的研究課題之一，由于鋼橋梁結(jié)構(gòu)件形狀復(fù)雜，體積龐大，其防腐蝕方法以重防腐涂裝為主。近年來(lái)，我國(guó)鋼橋梁涂裝技術(shù)得到快速發(fā)展，隨著信息的開(kāi)放，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)涂裝技術(shù)被廣泛采納和應(yīng)用。

02鋼表面除銹新技

2.1 自動(dòng)化噴砂技術(shù)

鋼橋梁噴砂除銹目前大多采用人工手持式噴砂設(shè)備，磨料回收、磨料篩分、上料、除塵等繁重勞動(dòng)大多還由人工完成，隨著社會(huì)的進(jìn)步，從事噴砂作業(yè)的工人越來(lái)越少，勞動(dòng)力價(jià)格不斷上漲，噴砂過(guò)程中的繁重勞動(dòng)必須由機(jī)械自動(dòng)化取代；另外，噴砂過(guò)程中高壓空氣磨擦產(chǎn)生的噪音及磨料粉碎產(chǎn)生的粉塵對(duì)操作人員健康產(chǎn)生較大危害。

自動(dòng)化噴砂生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)磨料自動(dòng)回收、自動(dòng)篩分、自動(dòng)除塵、自動(dòng)上料等功能，可以將大部分勞動(dòng)力從繁重勞動(dòng)中解放出來(lái)，大大提高生產(chǎn)效率。自動(dòng)化噴砂生產(chǎn)線主要包括磨料回收系統(tǒng)、磨料分選系統(tǒng)、全室除塵系統(tǒng)、局部除塵系統(tǒng)、磨料噴射系統(tǒng)、高壓空氣制備凈化系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消音裝置、電控系統(tǒng)等幾部分。

磨料回收系統(tǒng)采用機(jī)械輸送或空氣動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前大多采用空氣動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)。

磨料分選系統(tǒng)由空氣動(dòng)力分選器及振動(dòng)篩組成，空氣動(dòng)力分選器應(yīng)保證大于0.1mm的丸料被分選出來(lái)繼續(xù)使用，其余的碎丸、粉塵、雜質(zhì)被分離至除塵器里進(jìn)行除塵處理。

全室除塵系統(tǒng)是根據(jù)噴砂房大小布置一定數(shù)量的風(fēng)機(jī)，經(jīng)除塵器除塵后，通過(guò)排風(fēng)管將潔凈空氣排至室外。

局部除塵系統(tǒng)是利用除塵器清除磨料篩分過(guò)程產(chǎn)生的灰塵，保證回收磨料清潔。

磨料噴射系統(tǒng)包括自動(dòng)加料噴砂設(shè)備、高速噴槍、噴砂膠管等部分。噴砂罐設(shè)置自動(dòng)快速排氣和補(bǔ)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?dú)饧?gòu)成。具有料位報(bào)警和自動(dòng)加料功能，自動(dòng)噴砂作業(yè)時(shí)設(shè)定程序，啟閉噴丸閥。

高壓空氣制備凈化系統(tǒng)包含空壓機(jī)、冷干機(jī)、空氣過(guò)濾器、油水分離器、儲(chǔ)氣罐等部分；保證高壓空氣壓力滿足要求，且潔凈、無(wú)油、干燥。

照明系統(tǒng)、消音裝置、電控系統(tǒng)等可根據(jù)實(shí)際需要配置。

2.2無(wú)塵噴砂技術(shù)

傳統(tǒng)的噴砂機(jī)磨料經(jīng)過(guò)噴嘴后，高速噴射于工件表面，粉碎的砂粒會(huì)引起漫天的粉塵，污染環(huán)境并影響施工人員健康，同時(shí)粉塵的滯留也會(huì)影響噴涂的質(zhì)量。鑒于此，無(wú)塵噴砂的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，所謂無(wú)塵噴砂，實(shí)際上是在噴砂的同時(shí)將砂粒灰塵一起回收。另外，采用鋼絲輪除銹機(jī)除銹，不需要磨料，但可以達(dá)到噴砂除銹的效果，避免磨料破碎產(chǎn)生揚(yáng)塵。

2.2.1真空噴砂機(jī)

其工作原理是將噴砂機(jī)和真空設(shè)備相結(jié)合，在噴砂管末端連接一噴吸砂頭：噴吸砂頭前端為一開(kāi)口的錐形倉(cāng)室，在其斜錐面上另有開(kāi)口，連接真空設(shè)備，磨料經(jīng)文丘里噴嘴噴出沖擊鋼材表面后反彈，因受限于工作倉(cāng)室，不能到處飛濺，這時(shí)真空發(fā)生器產(chǎn)生的負(fù)壓正好將磨料連帶灰塵一起吸回。在噴砂機(jī)中將過(guò)噴砂塵分離（一般為自由落體原理），收集起來(lái)的磨料落到噴砂機(jī)缸體內(nèi)繼續(xù)使用。從理論上講，該噴砂機(jī)為自動(dòng)循環(huán)加砂噴砂機(jī)，如果磨料有良好的綜合力學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。

圖1 真空噴砂機(jī)

2.2.2便攜式真空噴砂機(jī)

該噴砂機(jī)的工作原理與上述真空噴砂機(jī)類似，只是其結(jié)構(gòu)更緊湊，自重僅3.5 kg。它的噴砂頭實(shí)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(fù)壓由虹吸作用產(chǎn)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(jī)工作原理

2.2.3 鋼絲輪除銹機(jī)

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

圖3 鋼絲輪除銹機(jī)示意圖

2.3 鋼橋面全自動(dòng)噴砂技術(shù)

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

圖4 全自動(dòng)車載式拋丸機(jī)

03 雙組份自動(dòng)配比噴涂機(jī)

雙組份涂料在鋼橋梁防腐涂料中應(yīng)用最為廣泛，涂裝施工時(shí)涂料的混合比例和混合使用壽命是施工控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)高壓無(wú)氣噴涂采用人工混合，缺點(diǎn)是效率低、計(jì)量精確度不高、稀釋劑用量大、超過(guò)混合使用壽命還會(huì)造成油漆報(bào)廢。

雙組份自動(dòng)配比噴涂機(jī)可根據(jù)雙組份涂料混合比例智能設(shè)定，噴涂過(guò)程中實(shí)時(shí)混合，混合效率高、混合比例精確，同時(shí)可避免涂料混合后超過(guò)混合使用壽命而造成油漆浪費(fèi)。目前應(yīng)用最好的是Graco XM雙組份電子配比噴涂機(jī)，其技術(shù)特點(diǎn)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(dòng)配比噴涂機(jī)還可據(jù)施工需要擴(kuò)展以下功能：

1）根據(jù)材料流動(dòng)性不同，選用不同的進(jìn)料方式-虹吸式、重力式、壓力輸送式；

2）根據(jù)材料混合時(shí)間長(zhǎng)短，選擇是否采用遠(yuǎn)端混合；

3）根據(jù)材料施工性質(zhì)，選擇是否采用加熱-原料加熱、管道加熱；

4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)還配備了內(nèi)部存儲(chǔ)系統(tǒng)，可記錄當(dāng)天施工溫度、噴涂壓力、混合比例等主要施工參數(shù)，通過(guò)USB下載后可作為當(dāng)天施工日志。

04 新型環(huán)保涂料的應(yīng)用

4.1水性無(wú)機(jī)鋅車間底漆

水性無(wú)機(jī)鋅車間底漆是由高模數(shù)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(jié)構(gòu)在儲(chǔ)存、加工過(guò)程中出現(xiàn)的腐蝕，防腐時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月以上。采用水性無(wú)機(jī)鋅車間底漆代替醇溶性無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆可大大減少VOC排放，改善車間作業(yè)環(huán)境。

4.2 高性能環(huán)保底漆

近年來(lái)，環(huán)氧富鋅底漆、無(wú)機(jī)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(yīng)用，其中最出色的當(dāng)屬水性無(wú)機(jī)富鋅底漆及冷噴鋅涂層。

1）水性無(wú)機(jī)富鋅底漆

水性無(wú)機(jī)富鋅涂料以硅酸鹽為主要成膜物質(zhì)，成為無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料，屬于綠色環(huán)保型涂料，在耐鹽霧、耐高溫、耐磨性、耐溶劑型等方面均表現(xiàn)優(yōu)異，特別是耐鹽霧性能，最高可達(dá)10000h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出同類產(chǎn)品環(huán)氧富鋅底漆及醇溶性無(wú)機(jī)硅酸鋅底漆。其缺點(diǎn)是施工難度較大，尤其是北方冬季施工施工質(zhì)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(yīng)用較多的一種高性能防腐涂料，其固體成份中鋅含量高達(dá)96%，決定了其具有超強(qiáng)防腐性能，且具有以下特點(diǎn)：

a.單組分包裝，不會(huì)產(chǎn)生混合比不當(dāng)降低涂料性能，也不會(huì)造成涂料浪費(fèi)；

b.高固體份決定了其具有良好的環(huán)保性能。

當(dāng)然，也存在一定的問(wèn)題，如：個(gè)別廠家價(jià)格明顯偏高，而且，大多數(shù)冷噴鋅產(chǎn)品廠家或代理為單一產(chǎn)品，中間漆與面漆必須和其它品牌產(chǎn)品配套使用，其相容性還存在一定問(wèn)題，主要表現(xiàn)在中間漆和面漆表面易出現(xiàn)氣孔或針孔，層間附著力也不夠穩(wěn)定。

4.3 構(gòu)件內(nèi)表面水性涂料的應(yīng)用

構(gòu)件內(nèi)表面屬于相對(duì)封閉空間，油漆噴涂時(shí)有機(jī)揮發(fā)物對(duì)操作人員身體健康影響較大，另外，由于有機(jī)揮發(fā)物濃度較大，容易產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸。目前，橋梁鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)表面防腐開(kāi)始采用水性環(huán)氧漆或水性底面二合一底漆，在健康、安全、環(huán)保方面向前邁進(jìn)了一步。圖5為重慶新南路立交鋼箱梁內(nèi)表面水性涂料涂裝效果。

圖5 鋼箱梁內(nèi)表面水性涂料涂裝效果

4.4全水性涂料配套體系

近年來(lái)，我公司進(jìn)行了大量全水性涂料配套體系試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明涂層外觀、厚度、附著力、施工性能等均能滿足相關(guān)施工規(guī)范要求，涂層體系耐酸性、耐堿性240小時(shí)表面無(wú)明顯變色、無(wú)泡、無(wú)銹等不良現(xiàn)象，耐人工加速老化可達(dá)1000小時(shí)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(xiàng)目得到應(yīng)用，應(yīng)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。