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有壓輸水隧洞補(bǔ)強(qiáng)鋼板防腐處理

2020-08-17 03:11崔金良劉書(shū)陽(yáng)
陜西水利 2020年5期
關(guān)鍵詞:附著力底漆環(huán)氧

崔金良,劉書(shū)陽(yáng)

(1.南水北調(diào)中線(xiàn)干線(xiàn)工程建設(shè)管理局,河南 鄭州 450018;2.河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院,河南 鄭州 450018)

1 引言

國(guó)內(nèi)某大型輸水隧洞工程,隧洞內(nèi)徑7 m,為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土內(nèi)襯結(jié)構(gòu),隧洞承受的最大水頭壓力為55 m,水流流速為1.0 m3/s~1.4 m3/s。由于內(nèi)襯混凝土缺陷問(wèn)題使局部頂拱混凝土內(nèi)壓力嚴(yán)重超限,內(nèi)襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足壓力輸水狀態(tài)下承載要求。為有效承受內(nèi)襯拱頂截面壓力,采用粘貼鋼板法(Q235,10 mm~14 mm厚)對(duì)混凝土襯砌頂拱部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。但由于該輸水隧洞長(zhǎng)期處于高水頭、高流速輸水狀態(tài),水中含氧量較高,粘貼鋼板如不進(jìn)行有效防腐,勢(shì)必影響鋼板運(yùn)行壽命,危及工程安全。

2 鋼板腐蝕機(jī)理

鋼在7.0≤pH≤8.3弱堿性電解質(zhì)溶液中的腐蝕,主要是氧去極化過(guò)程。在水環(huán)境中,由于金屬表層物理化學(xué)性質(zhì)的微觀(guān)不均勻性,形成了無(wú)數(shù)的微觀(guān)腐蝕電池[1]。低電位區(qū)域如鐵素體基體是陽(yáng)極區(qū),發(fā)生鐵的氧化反應(yīng);高電位區(qū)域如滲碳體是陰極區(qū),發(fā)生氧的還原反應(yīng),從而導(dǎo)致鋼材腐蝕,這種由微電池的電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕稱(chēng)為微電池腐蝕。由于淡水環(huán)境下的介質(zhì)導(dǎo)電率很小,鋼材在淡水中的腐蝕大多以微電池腐蝕進(jìn)行[2]。

圖1 鋼腐蝕機(jī)理圖

3 防腐方案選擇

3.1 防腐要求

(1)可焊接。為保證鋼板緊貼隧洞內(nèi)襯混凝土表面,且與混凝土聯(lián)合受力,本工程采用的鋼板安裝方法為螺栓焊接,鋼板臨時(shí)固定后將螺帽與鋼板現(xiàn)場(chǎng)焊接,所以要求防腐底漆不能影響鋼板的焊接性能;

(2)材料無(wú)毒無(wú)害。因本水利工程為飲用水源工程,水質(zhì)要求地表Ⅱ類(lèi)及以上標(biāo)準(zhǔn),所以所選用的防腐材料必須無(wú)毒無(wú)害,且達(dá)到食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn);

(3)防腐效果持續(xù)長(zhǎng)效。本隧洞工程為不間斷輸水,非特殊情況不能停水檢修,所以要求防腐材料需附著力強(qiáng),滿(mǎn)足長(zhǎng)效防腐需求。

(4)工序簡(jiǎn)單易操作。在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中不可避免會(huì)對(duì)鋼板防腐層造成一定程度損傷,為保證長(zhǎng)效防腐必須現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)。因施工現(xiàn)場(chǎng)交叉作業(yè)多,場(chǎng)地條件有限,所以要求修復(fù)施工簡(jiǎn)單易操作。

3.2 金屬防腐蝕方法

金屬防腐蝕的方法很多,主要有改善金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、金屬表面防護(hù)、改善腐蝕環(huán)境、電化學(xué)保護(hù)四種。本項(xiàng)目基于需要水質(zhì)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)焊接施工的特殊性及長(zhǎng)效防腐的需要,綜合運(yùn)用金屬表面防護(hù)和電化學(xué)保護(hù)兩種防腐蝕方法。

3.3 防腐材料選擇

目前,滿(mǎn)足防腐要求且常用的防腐材料有環(huán)氧富鋅、環(huán)氧云鐵、無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料。其中,環(huán)氧富鋅漆膜具有防腐性能好、附著力強(qiáng),與環(huán)氧云鐵中間漆和無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料面層有良好的粘結(jié)、焊接特性和“自修補(bǔ)”功能[3];環(huán)氧云鐵漆膜具有良好的附著力、柔韌性、耐磨性、耐腐蝕和抗?jié)B透屏蔽性能;無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料涂層表面平整、光亮、飽滿(mǎn),具有良好的附著力、耐磨性、柔韌性,防護(hù)性能好、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)毒無(wú)害,符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn),可抑制微生物生長(zhǎng)。

3.4 防腐方案

本項(xiàng)目選用環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中間層和無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料面層形成防腐蝕涂料系統(tǒng)。

(1)底層為環(huán)氧富鋅一道,干膜厚為50 μm。

(2)中間層為環(huán)氧云鐵二道,干膜厚為100 μm。

(3)面層為無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料二道,干膜厚為80 μm。

為盡量避免鋼板腐蝕,在鋼板加工成型后立即進(jìn)行防腐工作,但考慮到運(yùn)輸、施工過(guò)程中可能對(duì)防腐涂層造成損壞減弱防腐效果,可在施工完成后及時(shí)對(duì)螺栓孔周邊和鋼板原出廠(chǎng)底漆損壞部位防腐層進(jìn)行修復(fù),修復(fù)后在施工現(xiàn)場(chǎng)涂裝最后一道防腐面層。

4 防腐施工工藝

4.1 表面預(yù)處理

(1)表面預(yù)處理工作應(yīng)在鋼板粘貼驗(yàn)收合格后進(jìn)行。

(2)對(duì)螺栓孔周邊和鋼板原出廠(chǎng)底漆損壞部位,可采用手動(dòng)或動(dòng)力工具除銹進(jìn)行局部修理,金屬表面清潔度等級(jí)應(yīng)不低于《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》(GB/T 8923)中規(guī)定的St3級(jí)(即鋼材表面無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢,并且沒(méi)有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物,底材顯露部分的表面具有金屬光澤),且表面粗糙。如涂裝前發(fā)現(xiàn)基體金屬表面被污染或返銹,應(yīng)重新處理。

(3)除銹時(shí),施工環(huán)境相對(duì)濕度不得超過(guò)85%,金屬表面不得有凝露、洇濕。

4.2 涂裝施工

(1)金屬表面預(yù)處理后,需整體清除鋼板表面上的粉塵、碎屑和磨料,并不得有凝露、洇濕。驗(yàn)收合格后應(yīng)盡快進(jìn)行涂覆,涂裝與表面預(yù)處理完成時(shí)間間隔不超過(guò)2 h。各層涂料涂裝間隔時(shí)間,應(yīng)在前一道漆膜達(dá)到表干后才能涂裝下一道涂料。

(2)涂裝現(xiàn)場(chǎng)及周邊倉(cāng)段應(yīng)保持空氣環(huán)境清潔通風(fēng)良好,不得有打磨作業(yè),在空氣相對(duì)濕度超過(guò)85%或鋼材表面溫度低于大氣露點(diǎn)3℃以下時(shí),不得進(jìn)行涂裝。

表1 大氣露點(diǎn)計(jì)算表

(3)涂裝前應(yīng)在鋼板邊緣外側(cè)貼紙確定噴涂范圍。錨固螺栓和局部防腐層損壞部位采用涂刷方法進(jìn)行底漆和面層第一道施工,面層第二道采用空氣噴涂,噴涂壓力0.4 MPa~0.6 MPa,噴距20 cm~30 cm(噴距可根據(jù)噴涂效果現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定)。

4.3 成品保護(hù)

涂裝過(guò)程及涂裝完成未完全固化時(shí),應(yīng)采取防塵、防水、防碾壓、防碰撞措施,如有損傷應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。

5 防腐層缺陷修復(fù)

對(duì)螺栓孔周邊部位和原出廠(chǎng)底漆和第一道面漆局部損壞部位:金屬基面預(yù)處理→刷涂防腐底漆(環(huán)氧富鋅一道+環(huán)氧云鐵二道)→刷涂面漆(無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料一道)。待修補(bǔ)完成后,清理基面,整體噴涂無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料一道作為鋼板涂裝第二道面層。

6 質(zhì)量檢驗(yàn)及施工注意事項(xiàng)

(1)涂裝前應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度、濕度及鋼板表面溫度、表面預(yù)處理的清潔度、粗糙度等進(jìn)行檢測(cè)并做好記錄。

(2)涂裝過(guò)程中,應(yīng)對(duì)每一道涂層進(jìn)行外觀(guān)檢查,不應(yīng)有漏涂、流掛等缺陷。

(3)涂裝結(jié)束漆膜固化后,應(yīng)對(duì)第二道面層進(jìn)行外觀(guān)檢查、干膜厚度測(cè)定和附著力檢驗(yàn)。

①外觀(guān)檢查:表面是否均勻一致,是否存在流掛、皺紋、鼓泡、針孔、裂紋等缺陷。

②干膜厚度測(cè)定:采用涂層厚度檢測(cè)儀對(duì)總干膜厚度進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定值與第二道面層噴涂前干膜厚度檢測(cè)值的差值作為第二道面層干膜厚度。85%以上的局部厚度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)厚度,沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)厚度的部位,其最小局部厚度應(yīng)不低于設(shè)計(jì)厚度的85%。

③涂膜附著力檢驗(yàn):涂層實(shí)干后,采用劃格法按照現(xiàn)場(chǎng)鋼板處理量的5%進(jìn)行涂層附著力檢驗(yàn),附著力判定為0級(jí)或1級(jí)為合格。

劃格法:切割刀具垂直于鋼板表面,對(duì)切割刀具均勻施力,在檢測(cè)區(qū)域切割出相互垂直的兩組平行線(xiàn)形成網(wǎng)格圖形,每組6條線(xiàn),間距為3 mm。然后將長(zhǎng)約75 mm的壓敏膠帶的中心點(diǎn)放在網(wǎng)格上方(膠帶長(zhǎng)度應(yīng)至少超過(guò)網(wǎng)格20 mm),方向應(yīng)與一組切割線(xiàn)平行,然后用手指把膠帶在網(wǎng)格上方壓平使膠帶與涂層全面接觸。5分鐘后,捏住膠帶一端,使膠帶與粘貼部分成60°夾角,在0.5 s~1.0 s內(nèi)平穩(wěn)撕離膠帶。最后檢查涂層脫落情況,判定等級(jí)。

分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):0級(jí):切割邊緣完全平滑,無(wú)一格脫落;1級(jí):在切口交叉處有少許涂層脫落,但交叉切割面積受影響不能明顯大于5%。

7 結(jié)語(yǔ)

本文依托實(shí)際工程案例,通過(guò)研究分析水下鋼板的腐蝕機(jī)理,提出了有壓輸水隧洞補(bǔ)強(qiáng)粘貼鋼板的表面防腐處理方案為環(huán)氧富鋅底漆一道+環(huán)氧云鐵中間層二道+無(wú)溶劑環(huán)氧食品容器內(nèi)壁涂料面層二道,總干膜厚度為230 μm;施工工藝為底漆和中間層在車(chē)間噴涂+面層現(xiàn)場(chǎng)噴涂的涂裝施工工藝。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)外觀(guān)檢查、干膜厚度測(cè)定和涂膜附著力檢驗(yàn)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明該方案具有可焊接性、材料無(wú)毒無(wú)害、涂裝層附著力強(qiáng)、施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),為有效解決鋼板在有壓過(guò)流狀態(tài)下表面腐蝕問(wèn)題提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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