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電弧噴鋁在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用

一、概述：

   簡要介紹了國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)各種防腐方法的機(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn),特別是熱噴涂長效防腐在國內(nèi)外的應(yīng)用,從而說明電弧熱噴涂在當(dāng)前我國橋梁建設(shè)上的必要性。

二、詳細(xì)說明：

  蛟河閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅簡要介紹了國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)各種防腐方法的機(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn),特別是熱噴涂長效防腐在國內(nèi)外的應(yīng)用,從而說明電弧熱噴涂在當(dāng)前我國橋梁建設(shè)上的必要性。
1、鋼橋特點(diǎn)及腐蝕危害
   鋼橋具有跨越能力大、強(qiáng)度高、建設(shè)速度快、施工期限短等特點(diǎn)。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(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度的加快,大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁不斷涌現(xiàn)。修建一座跨江或跨海的特大型鋼橋,使用鋼材的數(shù)量一般都在萬ｔ甚至10萬ｔ以上。而腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞是使這種特大鋼橋構(gòu)件退出工作、壽命降低的重要原因之一。

   蛟河閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅 在20世紀(jì)20～30年代歐洲和北美發(fā)達(dá)建造一些鋼橋,因當(dāng)時(shí)防腐技術(shù)不能提供長久的腐蝕保護(hù),使得這些鋼橋投入運(yùn)營后腐蝕嚴(yán)重,即使進(jìn)行定期的刷油漆維護(hù)也不能獲得滿意的保護(hù),只得將這些鋼橋降級使用或續(xù)建第二座橋,給造成巨大的經(jīng)濟(jì)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(diào)查表明,倒塌原因系大氣腐蝕造成的應(yīng)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(jù)1997年報(bào)道,武漢長江大橋每年投入維護(hù)費(fèi)100多萬元,但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠;腐蝕不僅浪費(fèi)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(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)日漸成為人們關(guān)注的課題。只有在設(shè)計(jì)建造的同時(shí),對其進(jìn)行卓有成效的防腐,才能確保鋼橋的長久壽命。

蛟河閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅國內(nèi)外橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐發(fā)展的歷史沿革
    在歐洲和北美地區(qū)鋼橋的防腐發(fā)展過程是:20世紀(jì)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(shù)的發(fā)展,電弧噴涂防腐與火焰噴涂相比涂層與基體結(jié)合力高、生產(chǎn)效率高,因而得到廣泛應(yīng)用,初期大多為噴涂鋅,現(xiàn)在電弧噴涂鋁日漸成為防腐發(fā)展的趨勢。對環(huán)境污染嚴(yán)重的含重金屬涂裝底漆和大量有機(jī)揮發(fā)物的重防腐涂料基本不再在這些發(fā)達(dá)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(shù)的變化也主要集中在對油漆的種類進(jìn)行調(diào)整。如20世紀(jì)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(huán)境污染涂料,并一直主導(dǎo)著我國鋼橋梁的防腐。隨著大型鋼橋梁的建設(shè),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(hù)費(fèi)用高昂的缺點(diǎn)日漸顯現(xiàn),80年代開發(fā)了重防腐涂料,經(jīng)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(nèi)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(hù)費(fèi)用,這在歐洲已被事實(shí)所證實(shí)。
3、橋梁鋼結(jié)構(gòu)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(jī)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(fā)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(nèi)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(huán)氧(無機(jī))富鋅底漆、環(huán)氧云母氧化鐵中間漆和環(huán)氧聚氨酯或環(huán)氧各色面漆或氯化橡膠面漆等組成。
其作用機(jī)理為:①屏蔽作用:油漆涂層將鋼鐵與腐蝕環(huán)境機(jī)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(hù)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(hù)。

   3.1.2　重防腐油漆的失效機(jī)理蛟河閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅
    油漆對鋼橋梁提供的腐蝕保護(hù)以機(jī)械屏蔽的隔離防護(hù)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(hù)作用的鋅粉是靠油漆中有機(jī)粘合才能與鋼鐵相結(jié)合,隨著有機(jī)物的裂解、老化使鋅粉無法與鋼鐵相結(jié)合,這樣陰極保護(hù)作用自然消失。其次,油漆涂層本身有無數(shù)微針孔,長期處在鹽霧、潮濕環(huán)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(chǎn)物體積積聚膨脹,導(dǎo)致油漆層剝落,腐蝕并沿著油漆層剝落處四周迅速擴(kuò)展,導(dǎo)致整個(gè)防腐體系失效。
  3.1.3重防腐油漆的國內(nèi)外使用狀況

    蛟河閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅隨著防腐技術(shù)的發(fā)展,人類生存環(huán)境的不斷惡化,涂料對環(huán)境的污染性逐漸被人們認(rèn)識,國外已不再在鋼橋上大面積使用重防腐涂料,目前發(fā)達(dá)將其銷售市場直接轉(zhuǎn)向發(fā)展中和經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的。如果我們在新建鋼橋中繼續(xù)使用有機(jī)重防腐涂料進(jìn)行防腐,那么10年后我們將會步發(fā)達(dá)后塵,面對的是龐大的鋼橋防腐維護(hù)費(fèi)用,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊憳蛄旱陌踩浴２捎弥胤栏苛戏栏匿摌?多在建設(shè)后10年就需要進(jìn)行例行維護(hù),除去浮銹和舊油漆,這不僅影響交通正常進(jìn)行,同時(shí)維護(hù)的效果也不可能達(dá)到建設(shè)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(huán)境,甚至還要專門成立一支鋼橋防腐養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍。因此每座鋼橋梁都不得不為此支付一筆相當(dāng)數(shù)量的維護(hù)費(fèi)用,這種開支還不是一次性的,而是以后每隔3～5年就得進(jìn)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(yīng)用實(shí)例都證明了這一點(diǎn)。英國標(biāo)準(zhǔn)ＢＳ5493[1]中規(guī)定無論何種環(huán)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(shù)是利用熱源對金屬、非金屬、陶瓷等噴涂材料進(jìn)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?xì)鉄嵩�。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(lǐng)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(jìn)行防腐,13年后檢查效果良好。但火焰噴涂生產(chǎn)效率低,嚴(yán)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(gòu)件進(jìn)行噴涂防腐。若對整個(gè)大橋采用氧、乙炔火焰噴涂防腐可能會出現(xiàn)防腐施工效率與工期矛盾,噴涂層長久附著有效與涂層結(jié)合力的矛盾等,因此國內(nèi)沒有大面積采用火焰噴涂進(jìn)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(shè)備,對兩根帶電的金屬絲(如鋅、鋁等)進(jìn)行加熱、熔融、霧化、噴涂形成防腐涂層,外加有機(jī)封閉涂層的長效防腐復(fù)合涂層,該涂層的顯著特點(diǎn)是:

   (1)具有較長久的耐腐蝕壽命,其防腐壽命可達(dá)到50年以上,同時(shí)該防腐涂層在30年使用期內(nèi)無須其它任何防腐維護(hù);30年以后的維護(hù),僅須在電弧噴涂層上刷封閉涂料,無須重新噴涂,實(shí)現(xiàn)一次防腐,涂層經(jīng)久有效。

   (2)電弧噴涂層與金屬基體具有優(yōu)良的涂層結(jié)合力,金屬噴涂層以機(jī)械鑲嵌和微冶金與基體金屬相結(jié)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(jié)合牢固、防腐長久有效,這一點(diǎn)是其它任何表面防腐涂層無法達(dá)到的。

   (3)電弧噴涂鋅、鋁涂層防腐原理為陰極保護(hù),在腐蝕環(huán)境下,即使防腐涂層局部破損,仍具有犧牲自己保護(hù)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(hù)效果和結(jié)合力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)械化設(shè)備的出現(xiàn),電弧噴涂技術(shù)已完全可以滿足橋梁建設(shè)工期的需要,且電弧溫度遠(yuǎn)高于火焰,涂層結(jié)合力也遠(yuǎn)大于火焰噴涂,因此涂層質(zhì)量也完全可以滿足長效防腐的需要。美國由于人工費(fèi)用高,使用電弧噴涂防腐施工的費(fèi)用甚至低于重防腐油漆。經(jīng)過幾十年的考驗(yàn)證明,熱噴涂技術(shù)是鋼鐵結(jié)構(gòu)長效防腐的好方法,這個(gè)結(jié)論已經(jīng)得到世界許多的政府部門和工程界的認(rèn)可。