橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊縫涂層開(kāi)裂原因分析及處理建議

李敏風(fēng) （上海涂料染料行業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)，上海 200070）

0 引言

針對(duì)南方某大橋鋼箱梁焊縫涂層的開(kāi)裂現(xiàn)象，筆者研究翻閱了有關(guān)文件，憑著四十余年的涂裝施工經(jīng)驗(yàn)，從涂裝和涂料兩方面對(duì)焊縫處涂層開(kāi)裂的原因作一系統(tǒng)分析。旨在避免再次發(fā)生類似情況，真正使涂裝施工達(dá)到節(jié)能、環(huán)保之目的。

1 涂裝因素

近期，在重防腐涂料涂裝工程中已開(kāi)始重視涂裝工藝環(huán)節(jié)，建立起嚴(yán)格的涂裝工藝流程，橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝工藝流程見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，從橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝的第一個(gè)環(huán)節(jié)到最后一個(gè)環(huán)節(jié)都關(guān)系到涂層質(zhì)量的優(yōu)劣。特別是焊縫處理、預(yù)涂底漆、現(xiàn)場(chǎng)總裝后焊縫處理、預(yù)涂底漆及中層漆、面漆，這幾個(gè)環(huán)節(jié)更是直接關(guān)系到涂層質(zhì)量的優(yōu)劣。

1.1 焊縫及鋼結(jié)構(gòu)缺陷的處理

焊縫及鋼結(jié)構(gòu)缺陷是腐蝕應(yīng)力的集中點(diǎn)，涂裝前必須對(duì)它們進(jìn)行處理。焊縫處理應(yīng)當(dāng)按照ISO 8501—3—2006《涂裝油漆和有關(guān)產(chǎn)品前鋼材的預(yù)處理 表面清潔度的目測(cè)評(píng)估 第3部分：焊縫、邊緣及其他表面缺陷的處理等級(jí)》（表1）來(lái)執(zhí)行，并達(dá)到P3要求。

不同鋼結(jié)構(gòu)缺陷的處理方法見(jiàn)表2。

鋼結(jié)構(gòu)表面缺陷的處理級(jí)別與腐蝕環(huán)境的關(guān)系見(jiàn)表3。

缺陷部位的腐蝕應(yīng)力如不消除，不僅會(huì)導(dǎo)致涂層開(kāi)裂，就連焊縫也會(huì)裂開(kāi)。

圖1 橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝工藝流程Figure 1 Painting process of bridge steel structure

表2 不同鋼結(jié)構(gòu)缺陷的處理方法Table 2 Treatment methods of different steel structure defects

表3 鋼結(jié)構(gòu)表面缺陷處理級(jí)別與腐蝕環(huán)境的關(guān)系Table 3 The relationship between surface defect treatment level of steel structure and corrosive environment

對(duì)這些缺陷部位，常采用動(dòng)力工具進(jìn)行打磨處理。一般常用的動(dòng)力工具有旋轉(zhuǎn)鋼絲刷、沙底盤打磨機(jī)與小磨頭機(jī)等。打磨級(jí)別應(yīng)達(dá)到ISO 8501—1—1988 St 2級(jí)。該大橋最后兩道面漆噴涂完成后，漆膜厚度達(dá)到300 μm左右，除了在漆膜完好區(qū)域搭接處磨出平緩坡度外，還應(yīng)該采用進(jìn)口鋼絲輪打砂除銹機(jī)進(jìn)行處理，處理后清潔度可達(dá)Sa 2.5級(jí)，粗糙度Rz可達(dá)40～65 μm，效果顯著。

1.2 預(yù)涂

在橋梁涂裝工藝中，環(huán)氧富鋅底漆的預(yù)涂裝是保證涂層不開(kāi)裂的關(guān)鍵。第一次預(yù)涂裝的對(duì)象是針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程中大量的點(diǎn)焊縫、各種孔、槽溝的切割邊緣、結(jié)構(gòu)上的四角（如H型鋼）、衍材的背面、特殊加強(qiáng)梁的背面等表面已打磨部位和無(wú)氣噴涂難以噴到的部位。為保證防腐效果和涂層的厚度，一般要求在表面處理后，立即進(jìn)行底漆的預(yù)涂。預(yù)涂底漆除按常規(guī)涂料操作工藝外，可略增加稀釋率（＜5%），并作充分?jǐn)嚢?，以增加刷涂時(shí)底漆的滲透性能。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，預(yù)涂底漆必須采用刷涂的方法施工，禁止采用輥涂的方法。

1.3 膜厚控制

為加快涂裝速度，很多部位采用高壓無(wú)氣噴涂施工。4道涂層——底漆、中層漆、2道面漆，使焊縫處膜厚猛增到300～500 μm。加上焊縫部位硬度高、噴砂困難、粗糙度低，過(guò)厚的漆膜使焊縫處涂層很容易開(kāi)裂。

1.4 涂裝環(huán)境的控制

在南方，相對(duì)濕度高，涂裝焊縫時(shí)，通風(fēng)太差，表面固化速度太快，也會(huì)導(dǎo)致焊縫處涂層開(kāi)裂。

2 涂料因素

除了涂裝的影響因素之外，以下3個(gè)方面也會(huì)造成焊縫處涂層開(kāi)裂。

2.1 底漆中的鋅粉含量較高

底漆中鋅粉含量越高，焊縫涂層開(kāi)裂的趨勢(shì)越大。應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝規(guī)定，制備富鋅底漆，并在涂裝中加以嚴(yán)格控制。

2.2 涂料產(chǎn)品超過(guò)了保質(zhì)期

一般重防腐涂料產(chǎn)品的貯存期為1 a，使用超過(guò)了保質(zhì)期的涂料，容易引起涂層開(kāi)裂。

2.3 產(chǎn)品系非厚膜型涂料

國(guó)內(nèi)某些廠家生產(chǎn)的防腐涂料為非厚膜型產(chǎn)品，在大橋上施用，一旦噴涂厚度超過(guò)了涂料廠對(duì)最高漆膜厚度的規(guī)定，涂層亦會(huì)開(kāi)裂。

3 修補(bǔ)建議

針對(duì)橋梁焊縫涂層開(kāi)裂的問(wèn)題，提出如下3點(diǎn)建議。

3.1 調(diào)查研究，找出焊縫開(kāi)裂的主要原因

組織有關(guān)人員對(duì)焊縫涂層開(kāi)裂的狀況作詳細(xì)調(diào)查，特別對(duì)裂紋裂開(kāi)的方向、主要部位，裂紋的深度等作拍照、記載，并登記造冊(cè)。只有找出了焊縫涂層開(kāi)裂的主要原因，才能針對(duì)“癥結(jié)”進(jìn)行處理。

3.2 確定裂紋修補(bǔ)的涂裝工藝

正確的、切實(shí)可行的涂裝工藝是保證修補(bǔ)涂層質(zhì)量的關(guān)鍵，特別要重視表面處理、預(yù)涂底漆、中層漆與面漆涂裝這3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2.1 表面處理

焊縫是腐蝕應(yīng)力的集中點(diǎn)，要消除腐蝕應(yīng)力，必須對(duì)焊縫進(jìn)行噴砂處理；并且要除去表面近300 μm的舊涂層；既不能采用手工或風(fēng)電動(dòng)工具打磨，亦不能采用普通的噴砂設(shè)備。普通噴砂設(shè)備不僅體積龐大，而且磨料難以處理。目前，高科技的鋼絲輪打砂除銹機(jī)可以解決這個(gè)難題。氣動(dòng)、電動(dòng)的鋼絲輪打砂除銹機(jī)不僅質(zhì)量輕（＜2.3 kg），且無(wú)需磨料，打砂效果可達(dá)到Sa 2.5級(jí)，粗糙度Rz≈40～65 μm，它是用于焊縫修補(bǔ)工作的首選表面處理設(shè)備。MONTI公司的鋼絲輪，已在國(guó)內(nèi)銷售。

3.2.2 底漆的涂裝

焊縫經(jīng)處理后，必須盡快進(jìn)行底漆的涂裝。為保證膜厚，底漆需采用刷涂方式施工。底漆中加入配套的稀釋劑（＜5%），充分?jǐn)嚢韬笫褂茫僮鞴と吮仨氄J(rèn)真、仔細(xì)地對(duì)露出鋼材基底的部位進(jìn)行底漆涂裝。3.2.3 中層漆與面漆的涂裝

對(duì)于中層漆和面漆，除了采用輥涂施工外，亦可采用空氣、無(wú)氣、混氣噴涂等方法。關(guān)鍵在于既要保證膜厚，又不浪費(fèi)涂料。

3.3 焊縫涂層裂紋修補(bǔ)的配套方案

配套方案的關(guān)鍵在于采用何種底漆。一是環(huán)氧富鋅底漆，補(bǔ)涂2道，膜厚達(dá)到80 μm，與原配套方案相同。但在涂裝過(guò)程中，很難做到與周圍的環(huán)氧云鐵中層漆、氟碳面漆界面清晰，一旦環(huán)氧富鋅底漆涂在它們的表面，附著力受到嚴(yán)重影響，會(huì)重新出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，而且環(huán)氧富鋅底漆價(jià)格較高。二是采用低表面處理環(huán)氧底漆，考慮到它的防銹性能，建議增加底漆厚度，2道膜厚達(dá)到100 μm，第1道與第2道底漆顏色選擇不一，以作區(qū)別。按HG/T 4564—2013《低表面處理容忍性環(huán)氧涂料》，其可噴涂在噴砂除銹達(dá)不到ISO 8501—1—2007 Sa 2.5級(jí)，手工除銹達(dá)到St 3級(jí)、St 2級(jí)的基材表面；環(huán)氧、聚氨酯、醇酸、氟碳等面漆涂膜表面，有的低表面處理環(huán)氧底漆還可以復(fù)涂在氯化橡膠、丙烯酸涂層上；用高壓水或濕噴砂處理的帶閃銹的鋼材表面，附著力非常優(yōu)異。

焊縫涂層開(kāi)裂處建議采用表4的配套方案。

表4 涂層開(kāi)裂處建議采用的配套方案Table 4 Recommended matching scheme for cracking parts of coating

按ISO 12944—2—1998《色漆和清漆-防護(hù)漆體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護(hù) 第2部分：環(huán)境分類》要求，在C4的腐蝕環(huán)境條件下，280 μm的無(wú)鋅涂層就有＞15 a的涂層使用壽命，上述配套方案能夠滿足該大橋涂層壽命20 a的技術(shù)要求。