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電弧噴涂防腐技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    關(guān)鍵字：電弧噴涂

    　　當(dāng)今社會(huì)，作為系統(tǒng)工程，直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行與壽命的長(zhǎng)效防腐工程正受到工程使用方、設(shè)計(jì)方和工程施工方等多方面的重視。實(shí)踐證明：加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)制作與維護(hù)過程中的防腐施工管理與監(jiān)督，對(duì)工程使用方、施工方和監(jiān)理方來說，是致關(guān)重要的；在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作過程中，必須有專業(yè)防腐工程技術(shù)人員和專家的參與或指導(dǎo)。近年來，電弧噴涂長(zhǎng)效復(fù)合防腐技術(shù)正逐漸在鋼結(jié)構(gòu)制作中推廣與應(yīng)用。一、概述
    　　由于鋼結(jié)構(gòu)具有力學(xué)性能好，承載性能強(qiáng)，制造簡(jiǎn)便，易于采用工業(yè)化生產(chǎn)，施工安裝周期短，密封性好等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到了大量的應(yīng)用，例如大跨度結(jié)構(gòu)(橋梁、體育館屋架等)、輕型鋼結(jié)構(gòu)(大中型車間)、高層建筑(紐約世貿(mào)大廈和上海金貿(mào)大廈等)、板殼結(jié)構(gòu)(壓力容器與長(zhǎng)輸管線)。但是，鋼結(jié)構(gòu)在服役期間，和它所處的環(huán)境介質(zhì)之間易發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)或物理作用，引起材質(zhì)的變質(zhì)和鋼結(jié)構(gòu)的破壞失效，人們常常稱之為鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。
    　　人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，人類使用的鋼結(jié)構(gòu)很少是由于單純機(jī)械因素(如拉、壓、沖擊、疲勞、斷裂和磨損等)或其他物理因素(如熱能、光能等)引起破壞的，絕大多數(shù)金屬結(jié)構(gòu)的破壞都與其周圍環(huán)境的腐蝕因素有關(guān)。因此，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防腐已成為當(dāng)今材料科學(xué)、化工業(yè)與工程等領(lǐng)域不可忽略的重大課題，受到了政府與鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用相關(guān)的各行業(yè)的重視。二、鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐工程應(yīng)用的必要性
    　　到目前為止，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題正在給世界各國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失。據(jù)一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，每年由于鋼結(jié)構(gòu)腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的2%一4%。美國(guó)1975年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為700億美元，約占當(dāng)年國(guó)民生產(chǎn)總值的4.2%，1982年高達(dá)1260億美元；英國(guó)1969年腐蝕損失為13.65億英鎊，占國(guó)民生產(chǎn)總值的3.5%；日本1976年腐蝕損失為92億美元，占國(guó)民生產(chǎn)總值的1.8%；據(jù)我國(guó)1995年統(tǒng)計(jì)，腐蝕損失高達(dá)1500億元人民幣以上，約占國(guó)民生產(chǎn)總值的4%。目前，全世界每年因鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失已高達(dá)數(shù)千億美元以上。
    　　而且，鋼結(jié)構(gòu)由于腐蝕造成的事故危及到結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行。腐蝕引起的災(zāi)難性事故屢見不鮮，后果極為嚴(yán)重，特別是焊接鋼結(jié)構(gòu)和承受較大應(yīng)力狀況下的鋼結(jié)構(gòu)，由于在應(yīng)力作用下，腐蝕將大大的加速，即發(fā)生所謂的應(yīng)力腐蝕問題，在鋼結(jié)構(gòu)破壞中極為常見。例如，橋梁結(jié)構(gòu)或高空屋架結(jié)構(gòu)由于嚴(yán)重的腐蝕問題，必須進(jìn)行重建，否則，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果，當(dāng)然，經(jīng)濟(jì)的投入是相當(dāng)大的，現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)建設(shè)一座大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁，將耗資至少數(shù)億人民幣。日本1970年大扳地下鐵道的管線因腐蝕折斷，造成瓦斯爆炸，乘客當(dāng)場(chǎng)死亡75人。1979年我國(guó)某市液化石油氣貯罐由于腐蝕爆炸起火，傷亡幾十人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)630萬(wàn)元。并且，由于意外事故而引起的停工、停產(chǎn)所造成的間接經(jīng)濟(jì)損失，可能超過直接經(jīng)濟(jì)損失的若干倍。
    正因?yàn)槿绱耍捎娩摻Y(jié)構(gòu)防腐技術(shù)，特別是長(zhǎng)效防腐新技術(shù)的運(yùn)用就顯得優(yōu)為重要。如果鋼結(jié)構(gòu)能夠在15～50年免維護(hù)的話，使用方將節(jié)省大量的維護(hù)經(jīng)費(fèi)，并大大提高鋼結(jié)構(gòu)的安全性與使用壽命。
    　　到目前為止，從鋼結(jié)構(gòu)工程使用方，設(shè)計(jì)方和施工方等多方面仍然對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)效防腐的重要性缺乏足夠的重視，在意識(shí)上依然停留在傳統(tǒng)的防腐技術(shù)上，后期的維護(hù)可能也跟不上。并且，即使是傳統(tǒng)的涂裝防腐，由于在施工過程中防腐施工技術(shù)不過關(guān)，經(jīng)常造成鋼結(jié)構(gòu)過早的腐蝕或破壞。例如，1965年3月，美國(guó)一輸氣管線因應(yīng)力腐蝕破裂著火，造成17人死亡。又如某游泳館早年油漆施工時(shí)的施工工程技術(shù)非長(zhǎng)效防腐，造成鋼結(jié)構(gòu)局部區(qū)域過早腐蝕，如圖1所示，加上早年屋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)于防腐技術(shù)的時(shí)代局限性，使得使用方必須耗資數(shù)百萬(wàn)對(duì)其進(jìn)行拆換或維護(hù)。
    　　另外，一些工程使用方也存在著一個(gè)較大的問題，即工程實(shí)施之前沒有專門的防腐工程方面的專家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體防腐技術(shù)進(jìn)行評(píng)估；工程移交時(shí)，沒有委派專業(yè)的防腐施工的工程師或?qū)＜覍?duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)防腐的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)；防腐施工后就高枕無(wú)憂，對(duì)其后期的定期檢測(cè)與維護(hù)基本沒有進(jìn)行；要么就是不顧實(shí)際情況降低對(duì)防腐工程的費(fèi)用，與施工單位相互結(jié)合，從而產(chǎn)生不合格的“豆腐渣工程”。
    　　各個(gè)方面的問題，集中在一起的時(shí)候，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的壽命肯定是令人懷疑的，到目前為止，已經(jīng)發(fā)生了多起鋼結(jié)構(gòu)破壞事故，其直接后果都是災(zāi)難性的，直接證明了上述的分析。
    　　之所以將鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐工程稱之為一個(gè)系統(tǒng)工程，正是因?yàn)樗婕暗戒摻Y(jié)構(gòu)工程使用方、工程設(shè)計(jì)方、工程施工方與施工監(jiān)理方等多方面的綜合因素。只有將各個(gè)方面進(jìn)行合理的組合與多方的重視，鋼結(jié)構(gòu)的安全與使用壽命才可以得到可靠的保障。三、鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐綜合技術(shù)比較
    　　大型鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁、水工結(jié)構(gòu)、塔器、化工大罐、壓力容器等防腐，尤其是長(zhǎng)效防腐處理(15-20年以上)上可有多種選擇。例如熱浸鍍鋅或鋁技術(shù)，重防腐涂料涂層技術(shù)，熱噴涂鋅或鋁涂層技術(shù)等。其中，最為合適的還是熱噴涂鋁或鋅(加封閉層)涂層。

    　　假定惡劣條件下使用的鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)年限為20年，熱噴Zn或Al涂層壽命以20年計(jì)；有機(jī)涂料涂層以3年計(jì)，20年需施工近7次，且暫不計(jì)施工中造成的其他損失，例如企業(yè)停工等。于是，可得，熱噴Al或Zn涂層綜合計(jì)價(jià)為：4~6元/年．m2，平均5元/年．m2；而有機(jī)涂料涂層為1.7-27元/年．m2，平均14.35元/年．m2，為熱噴涂長(zhǎng)效防腐技術(shù)的3倍左右。
    　　由于涂層失效而在防護(hù)期(20年)內(nèi)重新施工所造成的損失是很大的。例如長(zhǎng)江葛洲壩工程的過船閘閘門及提升閘門用的大型龍門吊車的鋼結(jié)構(gòu)、升船機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)等。原用油漆防腐2-3年大修一次，在每次大修期間，每天減少20艘船的通航能力，共減少近l200艘船只通航能力，平均每年為400-600艘，給長(zhǎng)江航運(yùn)造成極大損失。因此三峽工程中的重要水工閘門、黃柏河大橋和下牢溪大橋等需采用熱噴涂Al或Zn涂層進(jìn)行防護(hù)。
    　　從綜合的工程使用方的綜合計(jì)價(jià)來講，與油漆涂層技術(shù)和熱浸技術(shù)相比，熱噴涂長(zhǎng)效防腐技術(shù)具有很高的性能價(jià)格比。
    　　電弧噴涂技術(shù)在五十年代己經(jīng)在許多國(guó)家的鋼結(jié)構(gòu)制造與維護(hù)領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用，但由于當(dāng)時(shí)電弧噴涂設(shè)備技術(shù)水平的限制，電弧噴涂被認(rèn)為是一種高效率、低質(zhì)量的熱噴涂方法。直到六、七十年代美國(guó)、德國(guó)等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電弧噴涂設(shè)備進(jìn)行了比較大的改造，大大提高了涂層的質(zhì)量，推動(dòng)了電弧噴涂技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)制造的普遍應(yīng)用，我國(guó)在20世紀(jì)90年代末期，電弧噴涂技術(shù)才成為近年發(fā)展最為迅速的熱噴涂技術(shù)之一。

    　　例如，近年挪威Dalseide Floysand公司承建的總重量達(dá)2300噸的挪威海上石油平臺(tái)(見圖2所示)，整個(gè)電弧噴涂防腐工程采用14臺(tái)G35-LD/U3噴涂設(shè)備，100個(gè)噴涂工人3個(gè)月共噴涂AlMg5絲材35噸，是世界上較大的熱噴涂長(zhǎng)效防腐工程的典范之一。石化管線的長(zhǎng)效防腐中也使用了熱噴涂防腐技術(shù)當(dāng)然，應(yīng)用熱噴涂技術(shù)施工時(shí)，存在著一定的噪音和粉塵。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工廠制作時(shí)的環(huán)保要求相當(dāng)嚴(yán)格，而目前對(duì)于野外的安裝或舊鋼結(jié)構(gòu)后期維護(hù)施工時(shí)基本沒有高的要求，只是必須加強(qiáng)對(duì)施工人員的防護(hù)。四、鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐工程的質(zhì)量檢測(cè)
    　　現(xiàn)在，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)與施工，均采用質(zhì)量終身制。近年，政府對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)(例如橋梁)的設(shè)計(jì)與制造提出了明確的壽命要求。因此，不管鋼結(jié)構(gòu)采取何種防腐技術(shù)進(jìn)行防護(hù)處理，在其制作或者維護(hù)過程中，必須進(jìn)行專業(yè)性的嚴(yán)格質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)督。本著對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程負(fù)責(zé)的精神，工程使用方、施工方和專業(yè)監(jiān)理方都應(yīng)該高度重視這個(gè)重要的環(huán)節(jié)。
    　　對(duì)于每一道防腐施工工序，必須提出明確的質(zhì)量技術(shù)規(guī)范。例如鋼結(jié)構(gòu)預(yù)處理時(shí)的噴砂等級(jí)或手工預(yù)處理等級(jí)，防腐施工的環(huán)境要求，油漆的施工工藝規(guī)程，正確選擇的油漆涂層或熱噴涂涂層的結(jié)合性能與厚度現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)，抽樣進(jìn)行模擬環(huán)境下的腐蝕實(shí)驗(yàn)，涂層外觀檢查等等，均需要專人負(fù)責(zé)。
    　　無(wú)論施工方，還是工程使用方，對(duì)防腐涂層進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，必須采用較為精密的檢測(cè)手段和設(shè)備，而在目前，很多的鋼結(jié)構(gòu)制作廠家或工程使用方對(duì)工程施工時(shí)如何檢測(cè)防腐涂層的性能，基本沒有很好的重視，有的干脆根本就沒有檢測(cè)設(shè)備或條件。這也是很多鋼結(jié)構(gòu)服役期壽命大大縮短，并可能造成破壞的災(zāi)難事故發(fā)生的主要原因之一。五、結(jié)論通過以上的分析，可以得出以下結(jié)論：1.當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)開始認(rèn)真的對(duì)待鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐這個(gè)系統(tǒng)工程，它與鋼結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行與壽命的保障密切相關(guān)。2.加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)制作與維護(hù)過程中的防腐施工管理與監(jiān)督，對(duì)工程使用方、施工方和專業(yè)監(jiān)理方是致關(guān)重要的。3.在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作過程中，必須有專業(yè)防腐工程技術(shù)人員和專家的參與或指導(dǎo)。4.在國(guó)內(nèi)，電弧噴涂長(zhǎng)效防腐技術(shù)是近年發(fā)展起來的新興技術(shù)，受到了越來越廣泛的注意，與涂裝技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，將更加具有市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。
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