郭 震,張志喜
(甘肅省科工建設(shè)集團(tuán)有限公司,甘肅 蘭州 730300)
目前,裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑迎來了黃金發(fā)展期,許多大型體育場館、會展中心、商業(yè)民用建筑等都積極采用鋼結(jié)構(gòu)體系作為主要的建筑結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)作為一種輕質(zhì)、高強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化生產(chǎn)、裝配、施工的建筑形式越來越受到業(yè)內(nèi)人士的青睞,但鋼結(jié)構(gòu)建筑同時面臨著防腐的難題,受機(jī)械、材料、人為等因素影響,一般的防腐施工質(zhì)量很難得到保證,若防腐涂層經(jīng)常性失效,將會對工程項(xiàng)目造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1,2]。
目前,國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)工程的防腐技術(shù)主要有涂料防腐、熱鍍鋅和熱噴涂防腐,其中以涂料防腐為主。鋼結(jié)構(gòu)涂裝施工對表面處理質(zhì)量的要求較高,因?yàn)闀苯佑绊懡ㄖこ掏垦b層的使用壽命和后期的運(yùn)營維護(hù)。為了充分發(fā)揮涂料對鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)和裝飾作用,涂裝前表面處理是確保涂裝質(zhì)量的關(guān)鍵一步,表面處理包括結(jié)構(gòu)處理、表面清理和表面粗糙度處理。
由于鋼材表面的原始銹蝕狀態(tài)的不同,造成除銹工作的難易程度和除銹完成后的外觀質(zhì)量也有很大差別,基于 GB/T 8923.1-2011《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定》[3]的規(guī)定,以鋼材表面氧化皮的狀態(tài)和銹蝕情況,將鋼材原始銹蝕分為 4 個等級,如表1 所示。
表1 鋼材的銹蝕程度
結(jié)構(gòu)處理是指通過一定技術(shù)措施對鋼結(jié)構(gòu)表面的缺陷、尖角、焊縫進(jìn)行一定的打磨和清理,增加涂層對結(jié)構(gòu)表面的附著力和完整性,如圖1 所示。
圖1 焊縫表面打磨
由于金屬表面的氧化皮、鐵銹、可溶性鹽、油脂等會對防腐層的壽命有一定的影響和損害,因此構(gòu)件在經(jīng)過結(jié)構(gòu)處理后,要通過表面清理工作將這些有害物質(zhì)徹底去除,以提高防腐涂裝層保護(hù)效果。
鋼結(jié)構(gòu)表面的粗糙度處理也是表面處理的重要一環(huán),粗糙度的過大或過小都會影響涂層的附著力,過大會在鋼材表面波峰處引起涂層厚度不足,導(dǎo)致過早地發(fā)生點(diǎn)蝕,并且在波谷處截留氣泡,為日后涂層的鼓泡脫落留下隱患;過小則會產(chǎn)生涂層和鋼結(jié)構(gòu)表面的機(jī)械咬合作用發(fā)生不充分,涂膜使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)要求年限。目前,表面粗糙度控制的常用措施有拋丸、噴砂和打磨(手工與動力)三種,原材料預(yù)處理、分段處理和構(gòu)件整體處理是常用的表面處理工序,但不管哪種方法或工序,都需要按照設(shè)計(jì)規(guī)定的除銹質(zhì)量等級,達(dá)到對清潔度和表面粗糙度的控制要求[4,5]。
由于防腐涂料的化工特性,在施工、干燥、固化的過程中非常容易受到大氣環(huán)境的影響,包括施工環(huán)境的溫度、相對濕度、鋼板表面溫度和露點(diǎn)溫度等,因此必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制。
1)環(huán)境溫度。溫度對涂裝施工的影響最大,尤其是對環(huán)氧系涂料而言,環(huán)境溫度低于 10 ℃ 時,固化非常慢;環(huán)境溫度低于 5 ℃ 時,固化幾乎停止。因此在涂裝施工前,一定要提前了解涂料對于環(huán)境溫度的要求,并對施工期間的環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)知。如果工程必須要在低溫涂裝時,要及時與涂料供應(yīng)商溝通協(xié)調(diào),選用低溫固化型涂料,或采取保溫措施進(jìn)行涂裝施工。如果相對濕度超過 85 % 或者鋼板溫度低于露點(diǎn)溫度 3 ℃,不要進(jìn)行最終噴砂或油漆施工。
2)底材溫度和涂料溫度。底材溫度也稱為鋼板溫度,鋼板溫度的高低對涂料涂刷、干燥和固化影響也很大,因?yàn)殇摪鍦囟鹊母叩椭苯尤Q于環(huán)境溫度,室外鋼板長期處于陽光的照射下,溫度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度,涂裝作業(yè)時會在涂層中產(chǎn)生氣泡、針孔和橘皮的現(xiàn)象;冬季即使陽光晴好,但鋼板的溫度依舊較低,涂裝作業(yè)時會在鋼板表面產(chǎn)生肉眼不可見的冰霜,對涂層產(chǎn)生不利影響,特別是環(huán)境溫度低于 0 ℃ 時,更加要嚴(yán)格控制涂裝施工。
涂料的溫度同樣也會影響涂裝質(zhì)量的好壞,由于涂料在高溫狀態(tài)下的黏度小,而在冬季寒冷時黏度較大,因而冬季涂裝施工相對困難,需要額外增加稀釋劑進(jìn)行稀釋,但這種做法會減少油漆固體成分含量,涂裝質(zhì)量很難得到保證。
3)露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度形象的解釋就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r的溫度,所示露點(diǎn)溫度會導(dǎo)致已經(jīng)經(jīng)過表面處理的鋼材返銹,從而影響涂層之間的結(jié)合力或引起涂層的早期破壞。因此,對于鋼結(jié)構(gòu)涂裝,露點(diǎn)溫度的控制是十分必要的,通常表面處理和涂裝作業(yè)的表面溫度要高于露點(diǎn) 3 ℃ 時才能施工。
4)現(xiàn)場焊接部位的保護(hù)。一般鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠制作完成,再運(yùn)送至現(xiàn)場焊接這一段時間中,要涂上對焊接影響較小的底漆防止坡口生銹,刷涂或槍噴均可,控制涂膜厚度在 10~15 μm 為宜,15 min 左右用手指觸碰確認(rèn)干燥即可。這種涂料對鋼結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)壽命有限,若鋼材長期在工廠保存發(fā)生返銹后,只需將已劣化的涂膜及銹蝕充分去除后再重新涂裝[6],如圖2 所示。
圖2 預(yù)制鋼構(gòu)件在坡口提前噴涂底漆
5)補(bǔ)漆作業(yè)。鋼結(jié)構(gòu)在裝卸、運(yùn)輸和施工安裝時由于操作不當(dāng),鋼材表面油漆極易損壞脫落,導(dǎo)致鋼材表面生銹,應(yīng)采用打磨、除銹等工藝措施處理后重新補(bǔ)漆;油漆涂裝后若發(fā)現(xiàn)氣泡、表面凹陷、漆膜剝離、龜裂、起皺等現(xiàn)象時,應(yīng)及時將有問題的漆膜刮除,再按規(guī)定的時間間隔進(jìn)行補(bǔ)漆;在鋼結(jié)構(gòu)出廠時,在高強(qiáng)螺栓處、工地焊接區(qū)和有可能發(fā)生碰撞的位置均應(yīng)噴涂底漆一道,底漆的質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。
6)在工廠不進(jìn)行涂裝的部分。①由于焊縫超聲波探傷的需要,焊接部位及焊道兩側(cè)各 100 mm 范圍內(nèi)不進(jìn)行涂裝施工。②焊接部位不得進(jìn)行油漆作業(yè),否則會造成焊接缺陷,并且由于焊接產(chǎn)生的高熱量也會造成漆膜燒損。③高強(qiáng)螺栓的摩擦面也不得進(jìn)行涂裝作業(yè),否則會降低摩擦面的摩擦系數(shù),為了鋼構(gòu)件的質(zhì)量和安全,即使高強(qiáng)螺栓的反面也不得在工廠進(jìn)行涂裝作業(yè)。④埋于水泥中的部分及其接觸面(鋼柱底板下表面)可不進(jìn)行涂裝,由于此部分與大氣隔絕,并處于堿性中,生銹的概率較低。⑤鋼構(gòu)件的封閉部分無需進(jìn)行涂裝。例如鋼管或者箱型斷面構(gòu)件,若構(gòu)件兩端采用鋼板密封,內(nèi)腔部分由于空氣不流通,腐蝕發(fā)生的概率及程度均較小。⑥根據(jù)防火規(guī)范,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面若是需要噴涂防火涂料,應(yīng)按照防火涂料的要求進(jìn)行施工。
7)禁止涂裝作業(yè)的氣候條件。①現(xiàn)場環(huán)境氣溫低于 5 ℃,或濕度高于 85 %。由于環(huán)境溫度的高低直接會影響到油漆干燥的時間長短,當(dāng)溫度低于 5 ℃ 時,油漆的干燥時間會顯著增加,濕潤涂層長時間暴露在大氣中易受到塵埃、腐蝕性物質(zhì)的吸附,并且會受到氣候突變等不利因素的影響;現(xiàn)場作業(yè)濕度若高于 85 % 時,易發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象,造成涂層針孔、白化等缺陷。②當(dāng)發(fā)生降雨、降雪、降霜或強(qiáng)風(fēng)天氣時,水滴和灰塵會對涂層產(chǎn)生不利影響,尤其是漆膜還未完全干透,會使涂層向周圍流動,造成起鼓、白化等缺陷。③氣溫超過 35 ℃。高溫時,會使噴涂的油漆干燥加快,在夏季炎日下,若涂層溫度達(dá)到 50 ℃ 以上時,涂層會產(chǎn)生鼓泡脫落的現(xiàn)象。
涂裝完成后,應(yīng)對以下項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)檢查。
破壞性檢查和非破壞性檢查是常用的干膜厚度測量方法,在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域非破壞性檢查運(yùn)用的較多,常用的儀器有磁性測厚儀,電子從測厚儀和渦流測厚儀。
1)儀器的校驗(yàn)。測厚儀在使用前均應(yīng)考慮工程所參照的規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn),不同的規(guī)范對測厚儀在校準(zhǔn)時的要求不同,一般校準(zhǔn)的方法有兩種,一種是在拋丸處理后的粗糙表面進(jìn)行,一種是在清潔后的光滑金屬表面進(jìn)行。在涂膜厚度測量時,還應(yīng)考慮曲面、邊緣距離、探頭壓力、溫度等的影響。
2)測量原則。通常同一個構(gòu)件的不同部位涂膜厚度的測量結(jié)果也會因各種因素的影響存在較大差異,因此國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在干膜厚度測量時,通常采用一定的測量原則進(jìn)行驗(yàn)收,可以概括為“8-2 原則”,有時也采用“9-1 原則”。舉例來說,8-2 原則就是指 80 % 的測量值不低于干膜規(guī)定的厚度,其余 20 % 的測量值不得低于規(guī)定膜厚的 80 %,9-1 原則也類似,要求也越高。
在對附著力進(jìn)行檢測時,主要包括兩個部分,一個是涂層和鋼結(jié)構(gòu)表面的附著力,另一個是涂層之間的附著力。在實(shí)際工程應(yīng)用中,劃格法因操作方便而較為常用,該方法可以簡單判別附著力的級別,但是無法精確評定出涂層和基體或涂層之間的粘結(jié)強(qiáng)度,而拉開法可以對涂層附著力進(jìn)行高精度的檢測。
外觀檢查是涂裝施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵一步,主要依靠目視觀察法,同時配備放大鏡協(xié)助檢查。檢查內(nèi)容主要包括氣孔、裂紋、色差、橘皮、干噴、氣泡等,這些缺陷產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施如表2 所示。
表2 涂裝外觀缺陷和預(yù)防措施
防腐涂裝施工作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域不可缺少的一部分,近年來越來越受到人們的重視,其質(zhì)量控制的好壞直接影響到工程的運(yùn)行維護(hù)、使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對涂裝施工前、中、后期的質(zhì)量控制和要求,提高涂裝施工質(zhì)量,規(guī)范防腐涂裝操作工藝流程,確保裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程在我國新時期下的健康、快速發(fā)展。