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電弧噴鋁在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用

一、概述：

   簡(jiǎn)要介紹了國(guó)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(zhǎng)效防腐在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用,從而說明電弧熱噴涂在當(dāng)前我國(guó)橋梁建設(shè)上的必要性。

二、詳細(xì)說明：

  德惠閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅簡(jiǎn)要介紹了國(guó)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(zhǎng)效防腐在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用,從而說明電弧熱噴涂在當(dāng)前我國(guó)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(zhǎng)江大橋的建成使萬里長(zhǎng)江聳立起中國(guó)人民征服長(zhǎng)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。

   德惠閘門熱噴鋁施工-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(zhǎng)久的腐蝕保護(hù),使得這些鋼橋投入運(yùn)營(yíng)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(jí)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(guó)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(guó)的高度重視。據(jù)1997年報(bào)道,武漢長(zhǎng)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(duì)其進(jìn)行卓有成效的防腐,才能確保鋼橋的長(zhǎng)久壽命。

德惠閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅國(guó)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(shì)。對(duì)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(guó)鋼橋梁腐蝕到目前為止,仍集中采用刷油漆防腐。建國(guó)50年來,鋼橋梁防腐技術(shù)的變化也主要集中在對(duì)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(guó)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(duì)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(guó)外重防腐同類涂料開始涌入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。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(jiǎn)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(guó)外油漆,還是國(guó)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(duì)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(duì)鋼鐵提供陰極保護(hù)。

   3.1.2　重防腐油漆的失效機(jī)理德惠閘門熱噴鋁施工-電弧噴鋅
    油漆對(duì)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(zhǎng)期處在鹽霧、潮濕環(huán)境下,氯離子、水分子等會(huì)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(guó)內(nèi)外使用狀況

    德惠閘門熱噴鋁施工-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(duì)環(huán)境的污染性逐漸被人們認(rèn)識(shí),國(guó)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(chǎng)直接轉(zhuǎn)向發(fā)展中和經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的。如果我們?cè)谛陆ㄤ摌蛑欣^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(huì)步發(fā)達(dá)后塵,面對(duì)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�。采用重防腐涂料防腐的鋼�?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(huì)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(guó)大量應(yīng)用實(shí)例都證明了這一點(diǎn)。英國(guó)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(duì)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(guó)于1965年曾在南京長(zhǎng)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(duì)鋼橋長(zhǎng)期積水、陰暗面和主要受力構(gòu)件進(jìn)行噴涂防腐。若對(duì)整個(gè)大橋采用氧、乙炔火焰噴涂防腐可能會(huì)出現(xiàn)防腐施工效率與工期矛盾,噴涂層長(zhǎng)久附著有效與涂層結(jié)合力的矛盾等,因此國(guó)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(duì)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(zhǎng)效防腐復(fù)合涂層,該涂層的顯著特點(diǎn)是:

   (1)具有較長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)效防腐的需要。美國(guó)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(zhǎng)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。