電弧噴鋁防腐技術(shù)在鋼拱橋中的應(yīng)用

付新利　楊宇澤　李　濤　郝志國

(包頭恒久鋼構(gòu)有限公司， 內(nèi)蒙古包頭　014060)

摘　要：電弧噴鋁的原理是利用燃燒于兩根連續(xù)送進的鋁絲之間的電弧來熔化金屬，電弧使每一個噴涂的金屬粒子都達到熔融狀態(tài)，用高速氣流把熔化的金屬霧化，并對霧化的金屬粒子加速使它們噴向構(gòu)件外表面形成涂層。電弧噴鋁是鋼結(jié)構(gòu)表面防腐蝕工程中最普遍使用的一種噴涂方法。經(jīng)過電弧噴鋁得到的鋁涂層，因鋁液凝結(jié)之后形成的微孔必須選用電弧噴涂納米改性環(huán)氧封閉漆才能體現(xiàn)其優(yōu)越的防腐蝕性能。經(jīng)電弧噴鋁工藝處理過的鋼拱橋，外形美觀大方，具有較強的抗腐蝕能力，延長了該橋梁的使用壽命。

關(guān)鍵詞：電弧噴鋁； 鋼拱橋； 防腐

1　工程概述

本工程為內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準格爾旗大路新區(qū)煤電鋁一體化基地至新區(qū)連接線項目跨呼大高速橋梁工程。采用單提籃下承式拱梁組合橋，橋梁全長為89.46 m，橫向采用雙向六車道布置，兩側(cè)分別設(shè)置緊急停車帶和人行道。橫斷面設(shè)計寬為38.74 m，包括2.0 m(人行道)+2.37 m(吊桿區(qū))+3.0 m(緊急停車道)+11.25 m(機動車道)+1.5 m(中間帶)+11.25 m(機動車道)+3.0 m(緊急停車道)+2.37 m(吊桿區(qū))+2.0 m(人行道)?？v斷面設(shè)計：主跨中心樁號為K13標高+488.989 m，橋面設(shè)置R=10 000 m的豎曲線，從主跨中心向兩側(cè)分別設(shè)置1.508%的對稱縱坡。

上部結(jié)構(gòu)為單提籃下承式拱梁組合結(jié)構(gòu)，拱肋計算跨度為80 m，矢跨比1∶4，兩道拱肋向道路中心線方向傾斜，傾斜角度為10°。拱肋為變截面箱形，兩道拱肋之間設(shè)置風(fēng)撐梁，風(fēng)撐梁之間設(shè)置裝飾板。橋梁效果見圖1。鋼拱橋的防腐設(shè)計方案見表1。

圖1　橋梁效果

2　電弧噴鋁前鋼拱橋外表面防腐工藝流程及處理

表面處理的主要目的是將待噴涂表面除油、去污、除銹等。在鋼拱橋表面進行電弧噴鋁之前，其表面的處理對于電弧噴鋁涂層的附著力起著重要的作用，鋼拱橋外表面防腐工藝流程見圖2。

表1　鋼拱橋防腐設(shè)計方案

部位涂裝要求設(shè)計值參照標準鋼拱橋外表面表面凈化處理無油、干燥表面噴砂處理Sa3級,Rz60-100μm大功率二次霧化電弧噴鋁180μm電弧噴涂納米改性環(huán)氧封閉漆1×50μm環(huán)氧云鐵中間漆2×150μm氟碳面漆1×40μm氟碳面漆1×40μmGB/T8923.2—2011GB11373—89GB/T9793—1997GB/T9286—1998GB/T4956—2003鋼拱橋內(nèi)表面表面噴砂處理Sa2.5級,Rz25-60μm環(huán)氧富鋅底漆1×80μm環(huán)氧厚漿漆2×300μmGB/T8923.2—2011GB/T9286—1998GB/T4956—2003

圖2　鋼拱橋外表面防腐工藝流程

2.1　凈化處理

清除構(gòu)件表面殘留的焊渣、焊瘤、飛濺等雜物，用脫脂劑擦除構(gòu)件基體表面油脂，對于較大面積的浮塵，采用干燥的壓縮空氣吹掃干凈。

2.2　噴砂除銹

噴砂除銹是利用壓縮空氣，借助壓力式噴砂裝置噴射磨料，對構(gòu)件基體表面實施清潔和粗化的處理，直至基體表面呈灰白色的金屬外觀和均勻的粗化面。

1)壓縮空氣的要求。壓縮空氣的干燥與否，是對構(gòu)件表面處理的關(guān)鍵之處。所以必須對空壓機的輸出壓縮空氣進行必要的處理，一般采取冷卻器和油水分離器進行凈化處理，以保證施工所用的壓縮空氣干燥(不含水)、清潔(不含油及其他雜質(zhì))。另外，采用大功率空壓機和高效移動式噴砂機進行噴砂作業(yè)，其壓縮空氣經(jīng)過濾、冷卻、油水分離達到清潔、干燥的要求，噴槍出口的空氣壓力達0.65 MPa以上，因此噴砂除銹的質(zhì)量更加可靠。

2)磨料的要求。磨料的要求必須清潔干燥、無污染、無雜質(zhì)，且必須有質(zhì)保書和相應(yīng)的抽樣檢驗報告。磨料選用比重大、質(zhì)地堅硬、精細粒狀的金剛砂或硅質(zhì)河砂。

由于電弧噴鋁工藝對于鋼拱橋表面的清潔度和粗糙度都有著嚴格的要求，因此，在噴砂除銹時，采用相對較細、帶棱角的磨料容易達到GB/T 18839.2—2002《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面處理方法 磨料噴射清理》規(guī)范要求的清潔度；采用相對較粗、弧面的磨料容易達到GB/T 18839.2—2002要求的粗糙度。故而想要達到電弧噴鋁工藝要求的噴砂除銹質(zhì)量，必須進行兩次噴射，一次進行清潔度的處理，一次進行粗糙度的處理。

3)工藝要求。本鋼拱橋噴砂除銹的質(zhì)量等級為GB/T 8923.2—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定》[1]規(guī)定的Sa3級，即表面應(yīng)無可見的油、脂和污物，并且應(yīng)無氧化皮、鐵銹、涂層和外來雜質(zhì)。構(gòu)件表面應(yīng)具有均勻的金屬光澤，粗糙度為Rz60-100 μm。

在噴砂除銹時，其所要求的濕度應(yīng)≤80%，溫度5～35 ℃。在噴砂除銹設(shè)備連結(jié)調(diào)試完畢后進行噴涂作業(yè)。壓縮空氣經(jīng)冷卻、油水分離器及氣包后進入砂罐和噴砂槍，壓力不得低于0.65 MPa。在確保砂罐內(nèi)壓力為0 MPa后，在砂罐里面裝滿磨料，持槍、啟動空壓機向砂罐內(nèi)送氣，依次打開氣閥、砂閥，并根據(jù)出砂量的大小調(diào)整砂閥氣閥，使其達到最佳狀態(tài)。噴砂時，噴嘴與構(gòu)件表面的距離以80～200 mm為宜，噴射方向與構(gòu)件表面法線之間夾角以15～30°為宜。當(dāng)噴嘴口因磨損直徑增大25%時更換噴嘴。在噴砂過程中，必須根據(jù)空氣壓力、噴嘴直徑、構(gòu)件表面銹蝕狀態(tài)等情況經(jīng)常而及時的加以調(diào)整，避免漏噴、復(fù)噴。

4)質(zhì)量要求。經(jīng)噴砂除銹處理后，構(gòu)件表面的油污、氧化皮、銹蝕物等一切雜質(zhì)均應(yīng)清除干凈，無任何可見殘留物，呈現(xiàn)均勻的金屬本色，基體表面的粗糙度應(yīng)達到Rz60-100 μm。

3　電弧噴鋁

電弧噴鋁的原理是利用燃燒于兩根連續(xù)送進的鋁絲之間的電弧來熔化金屬，電弧使每一個噴涂的金屬粒子都達到熔融狀態(tài)，用高速氣流把熔化的金屬霧化，并對霧化的金屬粒子加速使它們噴向構(gòu)件外表面形成涂層。電弧噴涂時，熔滴溫度可達6 000 ℃以上，微熔滴加熱溫度、噴射速度都比火焰噴涂時高，因此粒子的動能和熱能都比較高，從而獲得較高的結(jié)合強度和涂層強度。試驗證明:電弧噴涂的結(jié)合強度約是火焰噴涂層的2.5倍。因此，電弧噴鋁是鋼結(jié)構(gòu)表面防腐蝕工程中最普遍使用的一種噴涂方法。

1)環(huán)境要求。在經(jīng)過噴砂除銹達到合格標準后，應(yīng)盡快進行電弧噴鋁作業(yè)，其間隔時間越短越好。晴天不得超過12 h；雨天、潮濕或霧天時，間隔時間不得超過2 h。如若在噴砂處理后，因其他原因造成構(gòu)件基體表面返銹，應(yīng)重新噴砂處理以達到質(zhì)量要求。噴涂過程中構(gòu)件基體表面溫度小于200 ℃，噴涂氣溫5～35 ℃，濕度小于80%。

2)噴涂材料要求。采用直徑為φ3的鋁絲，純度>99.5%，且必須有材質(zhì)合格證及化驗分析單。鋁絲表面無油污、干燥且無折痕。

3)設(shè)備要求。電弧噴涂設(shè)備由電弧噴涂槍、控制箱、電源、送絲裝置及壓縮空氣系統(tǒng)等組成。 電弧噴槍是電弧噴涂設(shè)備的關(guān)鍵裝置。其作用是將連續(xù)送進的絲材在噴槍前部一定的角度相交，由于絲材各自接于直流電源的兩極而產(chǎn)生電弧，從噴嘴噴射出的壓縮空氣流對著熔融金屬吹散形成穩(wěn)定的霧化金屬粒子流。國外近年來電弧噴涂電源均采用平特性電源。過去采用直流電焊機作為電弧噴涂電源，由于電焊機具有陡降的外特性，電弧工作電壓在40V以上，使噴涂過程中碳燒損大，降低涂層硬度。平性電弧噴涂電源可以在較低的電壓下噴涂，使涂層中碳的燒損大為減少(約減少50%)，可以保持良好的弧長自調(diào)節(jié)作用，能有效的控制電弧電壓。平特性的電源在送絲速度變化時，噴涂電流迅速變化，維持穩(wěn)定的電弧噴涂過程。根據(jù)噴涂絲材選擇一定的空載電壓，改變送絲速度可以自動凋節(jié)電弧噴涂電流，從而控制電弧噴涂的生產(chǎn)率。

電弧噴鋁工藝中與噴砂除銹工藝同樣重要的是壓縮空氣的清潔度和干燥度，必須保證壓縮空氣是無油、無水的潔凈空氣。在保證防護涂層質(zhì)量的同時也可以保證噴涂施工的順利進行，否則鋁金屬與構(gòu)件基體之間的附著力會降低。當(dāng)壓縮空氣中含水量過高時，電弧噴鋁在作業(yè)過程中會出現(xiàn)頻繁斷弧現(xiàn)象，從而影響作業(yè)進度和浪費材料。為了得到厚度均勻、質(zhì)量優(yōu)良的金屬鋁面涂層，在噴涂作業(yè)過程中必須為電弧噴鋁設(shè)備提供穩(wěn)定的工作電流、穩(wěn)定的工作電壓和穩(wěn)定的走絲速度。另外，不穩(wěn)定的壓縮空氣壓力會得到不同質(zhì)量的金屬鋁面涂層。壓力低，鋁涂層粗糙；壓力高，鋁涂層細實。應(yīng)根據(jù)實際情況及時調(diào)整壓縮空氣的壓力。

4)工藝要求。在噴砂除銹后，利用干凈清潔的壓縮空氣將構(gòu)件表面吹掃干凈，應(yīng)立即進行電弧噴鋁作業(yè)。在確認各送絲軟管、壓縮空氣膠管等連接牢靠等準備工作完成后，接通電源、打開送絲開關(guān)，要求兩側(cè)送絲速度一致。啟動壓縮空氣，壓力為0.5～0.7 MPa。打開噴槍手柄上的開關(guān)開始進行噴涂，工作電流150～200 A，工作電壓26～32 V。噴涂作業(yè)過程中，噴槍應(yīng)盡量保持同構(gòu)件表面垂直，在特殊情況下，噴涂角度不宜小于60°。噴槍出口處與構(gòu)件距離宜在80～200 mm之間，噴槍移動速度宜在100～150 mm/s之間。一次噴涂厚度宜在60～80 μm之間，且在相鄰噴涂帶之間應(yīng)有1/3的寬度重疊。由于本工程要求鋁涂層厚度為180 μm，故應(yīng)分層噴涂，前一層與后一層必須垂直或45°交叉噴涂，分層噴涂間隔不得大于2 h。注意防止構(gòu)件表面噴涂層局部過厚的現(xiàn)象。在停止噴涂時，先停止送絲，再關(guān)閉噴槍開關(guān)，最后關(guān)閉壓縮空氣，并使各個開關(guān)位置處于停止、安全狀態(tài)。另外，構(gòu)件現(xiàn)場焊縫處兩側(cè)預(yù)留50 mm用薄鐵皮或硬木板壓貼保護。

5)質(zhì)量要求。電弧噴鋁完成后，進行質(zhì)量檢查。噴涂鋁層與構(gòu)件基體粘附牢固，表面應(yīng)具有均勻的外觀，不能有雜質(zhì)、氣泡、孔洞、裂紋及起層、脫殼、漏噴等現(xiàn)象存在。根據(jù)GB/T 1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》規(guī)定，噴涂鋁層最小厚度不得小于設(shè)計厚度的75%，鋁涂層厚度采用無損磁性測厚儀進行測量。鋁涂層的結(jié)合性能檢測采用劃格試驗法進行，試驗結(jié)果在方格形切樣內(nèi)不能出現(xiàn)鋁涂層與構(gòu)件基體剝離的現(xiàn)象。

4　封閉涂裝

由于電弧噴鋁涂層具有3%～10%的孔隙率(鋁液凝結(jié)之后形成的微孔)，因鋁液凝結(jié)之后形成的微孔必須得到有效的封閉才能體現(xiàn)其優(yōu)越的防腐蝕性能。對噴鋁涂層進行封閉處理，其目的是盡可能地將涂層孔隙堵住，并填平其凹坑，以延長鋁涂層的壽命。本工程中，封閉材料選用電弧噴涂納米改性環(huán)氧封閉漆。該漆是一種無機納米材料進行改性的低粘度雙組份環(huán)氧類油漆，其漆膜致密、抗腐蝕滲透能力強，具有良好的附著力和極強的耐蝕性，能有效地增強防腐蝕涂裝效果。

封閉層的涂裝必須在施工溫度5～35 ℃，濕度小于80%時進行。封閉漆涂裝均勻，厚度一致。不得出現(xiàn)漏涂、流掛等現(xiàn)象。

5　結(jié)束語

跨呼大高速鋼拱橋工程中電弧噴鋁工藝難度較大，質(zhì)量要求高，必須針對性地制定工藝規(guī)程，采用有效措施，解決各種因素對電弧噴鋁涂層質(zhì)量的影響，保證鋼拱橋涂裝精度及涂裝外觀和內(nèi)在質(zhì)量。經(jīng)電弧噴鋁工藝處理過的鋼拱橋，外形美觀大方，具有較強的抗腐蝕能力，延長了該橋梁的使用壽命。

參考文獻

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APPLICATION OF ELECTRIC ARC SPRAYED ALUMINUM ANTICORROSIVE TECHNOLOGY IN STEEL ARCH BRIDGE

Fu Xinli　Yang Yuze　Li Tao　Hao Zhiguo

(Baotou Hengjiu Steel Building Co. Ltd， Baotou 014060, China)

ABSTRACT：The principle of arc spraying aluminum is molten metal by burning the electric arc between two continuous feeding aluminium wires, so that every one of the metal particles can reach molten state.High speed air was used to atomize molten metal, and sprayed accelerated atomizing metal particles to the surface of members which could form the outer surface coating.Arc sprayed aluminum is one of the most commonly used methods for the surface corrosion protection engineering of steel structure.After the arc spraying aluminum coating, the micro pores formed by the condensation of the aluminum liquid must be selected by the arc spraying nano-modified epoxy sealing paint to reflect its superior corrosion resistance. The steel arch bridge which had been processed by the electric arc spraying process has a beautiful appearance, excellent corrosion resistance and long service life.

KEY WORDS：arc spraying aluminum; steel arch bridge; anticorrosive

收稿日期：2015-10-10

DOI:10.13206/j.gjg201605024

第一作者：付新利，男，1985年出生，助理工程師。

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