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        耐候鋼橋典型表面腐蝕層厚度的試驗(yàn)研究

        2020-04-01 18:03:01王富強(qiáng)
        西部交通科技 2020年9期

        王富強(qiáng)

        摘要:由于鋼橋長期暴露于自然環(huán)境中,承受車輛載荷,鋼結(jié)構(gòu)會受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕,特別是在環(huán)境惡劣的地區(qū),腐蝕更加嚴(yán)重,因此,鋼橋的腐蝕與防護(hù)一直是橋梁工程領(lǐng)域的重要研究課題之一。文章通過試驗(yàn)測量鋼橋典型表面的腐蝕層厚度,并進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,研究結(jié)果可為實(shí)際工程和理論研究提供參考。

        關(guān)鍵詞:耐候鋼橋;典型;表面;腐蝕;厚度

        0 引言

        鋼橋具有強(qiáng)度高、韌性好、制造方便、施工速度快等優(yōu)點(diǎn),已應(yīng)用于鐵路、公路和人行橋。由于鋼橋長期暴露于自然環(huán)境中,承受車輛載荷,鋼結(jié)構(gòu)會受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕,特別是在環(huán)境惡劣的地區(qū),腐蝕更加嚴(yán)重,因此,鋼橋的腐蝕與防護(hù)一直是橋梁工程領(lǐng)域的重要研究課題之一。本文通過試驗(yàn)測量鋼橋典型表面的腐蝕層厚度,并進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,研究結(jié)果可為以后的實(shí)際工程和進(jìn)一步的理論研究提供參考。

        1 試驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)

        1.1 試驗(yàn)方案

        將大氣腐蝕試樣(下稱試樣)用一個(gè)簡單的不銹鋼錨固裝置固定在橋梁鋼結(jié)構(gòu)上,保證試樣與鋼橋測量表面之間的緊密接觸,試樣模擬橋梁鋼結(jié)構(gòu)在同一環(huán)境同一部位的真實(shí)工作狀態(tài)。由于錨固裝置與試樣的接觸面積很小,因此不影響試樣暴露面及腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生。根據(jù)ISO 9226-2012標(biāo)準(zhǔn),試樣尺寸為(100 mm×150 mm),厚度為1.5 mm,對其進(jìn)行大氣腐蝕試驗(yàn)。試件是由通常用于建筑物外墻的S355J2WP耐候鋼板制成。對試樣的背面,即與鋼橋表面緊密接觸的一面,進(jìn)行遮蓋處理以保證試樣外露面的測量準(zhǔn)確度。

        本文分別在三座橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型表面設(shè)置了28個(gè)測試表面,即28個(gè)試樣,將它們分別安裝在每一個(gè)預(yù)定檢測的鋼結(jié)構(gòu)表面。在安裝之前,應(yīng)用便攜式磁性測厚儀測量試樣原有的腐蝕產(chǎn)物的厚度。大氣腐蝕試驗(yàn)時(shí)間為10年,每年測量試樣表面腐蝕產(chǎn)物的厚度。在暴露1年、3年和10年后進(jìn)行試樣的取樣,以確定腐蝕失重值。本文試驗(yàn)只研究測量試樣暴露一年后的大氣腐蝕數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)測量的橋梁及測試表面試樣數(shù)見表1。

        1.2 典型表面測量

        三座橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型表面進(jìn)行腐蝕層測量,典型表面共7個(gè),試樣固定同一部位,見表2。典型腐蝕產(chǎn)物厚度取平均值,測量結(jié)果見圖1。測量結(jié)果表明,三座橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型表面形態(tài)良好,沒有受到橋面系排水系統(tǒng)漏水的影響。

        由圖1可知,表面4腐蝕產(chǎn)物厚度最大。通過式1計(jì)算,得Vx=0.19則x0.05=1.32;x0.95=3.05。表面4腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的1.9倍,其中最大值xmax=152.6 μm。不超過ISO 9226-2012標(biāo)準(zhǔn)的推薦值xmin=400 μm。表面3較表面2腐蝕產(chǎn)物的平均厚度小,但兩者差別不大。

        表面2腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的1.3倍,其中最大值xmax=81.4 μm。

        Vx=0.21,則x0.05=1.13、x0.95=3.04。在靠近底部凸緣的外部腹板上,通常形成不同的腐蝕產(chǎn)物條。這種現(xiàn)象只發(fā)生在外部腹板上,是由于相鄰底部凸緣殘留較多的水分,容易積塵,且冬天結(jié)冰,因此導(dǎo)致不同的濕潤程度。表面4與表面5腐蝕厚度近似,可知腐蝕過程也相似,Vx=0.12,則x0.05=0.84、x0.95=1.35。

        表面7腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的1.9倍,其中最大值xmax=120.4 μm,Vx=0.23,則x0.05=0.88、x0.95=2.33。表面6腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的1.9倍,其中最大值xmax=116.2 μm,Vx=0.25,則x0.05=0.67、x0.95=2.18。

        1.3 試樣測量

        在三座橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型表面共設(shè)置了28個(gè)測試表面,在28個(gè)試樣暴露一年后對它們進(jìn)行腐蝕層測量,平均厚度測量結(jié)果見圖2。

        由圖2可知,表面4腐蝕產(chǎn)物厚度最大。Vx=0.20,則x0.05=1.53、x0.95=3.84。表面4腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的2.9倍,其中最大值xmax=87.4 μm。

        表面5與表面4相比,銹蝕厚度較小。Vx=0.16,則x0.05=1.38、x0.95=2.91。表面5腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的2.2倍,其中最大值xmax=77.0 μm。

        表面2的Vx=0.10,則x0.05=0.88、x0.95=1.42。表面5腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的1.1倍,其中最大值xmax=35.4 μm。

        表面3與表面4相比,表面4腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面3的2.7倍。表面3最大值xmax=36.1 μm,Vx=0.21,則x0.05=0.49、x0.95=1.26。表面3腐蝕產(chǎn)物的平均厚度是表面1的1.1倍,Vx=0.17,則x0.05=0.76、x0.95=1.71。

        2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

        鋼結(jié)構(gòu)長期暴露形成穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物厚度和暴露一年后腐蝕試樣有顯著差異,見表3。表中r1為長期暴露形成穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物厚度比率,即典型表面腐蝕產(chǎn)物平均厚度與表面1平均厚度之比,r2為一年后試件腐蝕產(chǎn)物平均厚度與表面1平均厚度之比。

        由表3可知,耐候鋼橋的腐蝕過程明顯取決于暴露表面在結(jié)構(gòu)中的位置和厚度。鋼結(jié)構(gòu)長期暴露形成穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物厚度,表面4的r1和r2結(jié)果幾乎相同,但r2略高于r1。在腐蝕試樣中,只有表面4的腐蝕率較高,主梁下翼緣外側(cè)表面螺栓周圍的腐蝕產(chǎn)物增加。這種影響是由于該處的潤濕度比較高,但是,腐蝕厚度的增加幅度并不大,并且對原有的腐蝕產(chǎn)物起到一定的防護(hù)作用。主梁外部腹板和內(nèi)部腹板腐蝕厚度差別較小。主梁腹板區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物厚度高于外部腹板的。結(jié)果表明,鋼結(jié)構(gòu)長期暴露形成穩(wěn)定的腐蝕厚度與暴露一年后的腐蝕厚度比值存在較大差異。

        3 結(jié)語

        通過上述研究與分析得出如下結(jié)論:

        (1)耐候鋼橋的腐蝕過程明顯取決于暴露表面在結(jié)構(gòu)中的位置和厚度。主梁下翼緣外側(cè)表面腐蝕率較高。是由于相鄰底部凸緣殘留較多的水分,容易積塵,且冬天結(jié)冰,因此導(dǎo)致不同的濕潤程度。

        (2)鋼結(jié)構(gòu)長期暴露形成穩(wěn)定的腐蝕厚度與暴露一年后的腐蝕厚度比值存在較大差異。腐蝕厚度的增加也能起到一定的防護(hù)作用。

        (3)耐候鋼大氣腐蝕試驗(yàn)周期較長,測量腐蝕樣品的腐蝕厚度一般需要10年。本次試驗(yàn)周期為一年,為了得出鋼結(jié)構(gòu)典型表面的腐蝕過程的結(jié)論,設(shè)計(jì)了足夠數(shù)量的試樣。腐蝕損失計(jì)算根據(jù)預(yù)計(jì)腐蝕損失確定。

        隨著我國基礎(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),鋼橋防腐蝕的重要性日益顯現(xiàn)。本文為以后的實(shí)際工程和進(jìn)一步的理論研究提供了參考。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]張全成,吳建生,陳家光,等.暴露1年的耐大氣腐蝕用鋼表面銹層分析[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2001,21(5):297-300.

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        [4]王青峰.免涂裝耐候鋼橋焊接、螺栓及管養(yǎng)等關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)[C].第二屆高性能耐候橋梁用鋼及應(yīng)用國際論壇文集.北京,2018.

        [5]任必年.公路鋼橋腐蝕與防護(hù)[M].北京:人民交通出版社,2002.

        收稿日期:2020-05-27

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