鋼橋面鋪裝鋼板除銹處理現(xiàn)場施工檢測方法探究

孫歧斌

摘 要：本文對(duì)鋼橋面板除銹、防銹施工檢測方法進(jìn)行了簡述，查閱了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析其檢測原理及檢測方法，以加強(qiáng)試驗(yàn)人員對(duì)檢測原理、方法的理解，提高對(duì)鋼橋面板除銹、防銹處理的試驗(yàn)檢測能力。

關(guān)鍵詞：清潔度;粗糙度;鹽分含量;露點(diǎn)溫度;檢測頻率

中圖分類號(hào)：U445.73文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）25-0063-04

Abstract： In this paper， the construction testing methods of steel bridge deck rust removal and rust prevention were briefly described， the related standards were consulted， the testing principles and methods were analyzed to strengthen the understanding of testing personnel on the testing principles and methods， improving the ability of test and inspection for the rust removal and rust prevention treatment of steel bridge deck.

Keywords： cleanliness;roughness;salt content;dew point temperature;detection frequency

公路工程鋼橋面鋪裝不同于普通混凝土橋面鋪裝，它是一項(xiàng)工序繁雜、質(zhì)量要求更高的施工項(xiàng)目，其性能主要表現(xiàn)在優(yōu)良的耐久性、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、對(duì)變形的適應(yīng)性、對(duì)溫度的穩(wěn)定性、對(duì)鋼橋面板優(yōu)良保護(hù)性等。其中，對(duì)鋼橋面板的保護(hù)性直接影響橋面鋪裝的耐久性和橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此，在鋼橋面鋪裝中對(duì)鋼板進(jìn)行保護(hù)，提高其防腐能力是重中之重，而對(duì)鋼橋面板除銹處理的優(yōu)劣直接影響防腐層處理的效果。

國內(nèi)鋼橋面鋪裝的施工通常是依據(jù)重慶交通科研設(shè)計(jì)院主編的《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》（以下簡稱《指南》），并結(jié)合施工圖設(shè)計(jì)來組織實(shí)施的?！吨改稀分泻w設(shè)計(jì)、材料、施工、質(zhì)檢與驗(yàn)收及部分參數(shù)的試驗(yàn)方法等內(nèi)容，但對(duì)相應(yīng)試驗(yàn)方法的錄入并不詳盡?！吨改稀分袑?duì)鋼橋面板的除銹、防銹處理中所涉及的相關(guān)試驗(yàn)方法并未詳細(xì)列舉，需要查閱其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。筆者借清云高速公路西江特大橋鋼橋面鋪裝施工過程中檢測驗(yàn)收的契機(jī)，進(jìn)一步查閱相關(guān)資料，匯集多種檢測方法，理清其檢測原理，對(duì)相關(guān)鋼橋面板的除銹、防銹處理檢測方法進(jìn)行系統(tǒng)歸納，以便于了解檢測目的，熟悉檢測原理，掌握檢測方法，提高檢測效率。

1 設(shè)計(jì)要求

對(duì)試驗(yàn)檢測來說，了解設(shè)計(jì)意圖、熟悉施工工藝、判明檢測目的與意義，并據(jù)此制定工作目標(biāo)是尤其重要的。

清云高速公路西江特大橋地處夏季炎熱、冬季潮濕的地區(qū)，暴雨、陣雨現(xiàn)象比較常見，在這種氣候條件下，水分極易導(dǎo)致鋼板銹蝕，進(jìn)面會(huì)影響鋼箱梁的使用壽命，因此，加強(qiáng)橋面鋪裝對(duì)鋼板的保護(hù)作用和防腐作用是工程成敗的關(guān)鍵所在。本項(xiàng)目按功能要求對(duì)橋面鋪裝層進(jìn)行了分層設(shè)計(jì)，其鋪裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，對(duì)鋼板的處理提出了明確的指標(biāo)要求，其中鋼板處理后的上一個(gè)功能層是防腐層，為了充分發(fā)揮防腐層的作用，就需要做好鋼橋面板的除銹處理。

2 鋼橋面板除銹處理試驗(yàn)檢測

2.1 清潔度

在鋼材防腐中，清除鋼材表面的附著物或生成物是重中之重，是提高鋼材基底表面與防腐層附著力的關(guān)鍵，若清潔不徹底，不僅會(huì)嚴(yán)重影響防腐層的附著力，而且會(huì)形成防腐層下的腐蝕現(xiàn)象，造成防腐層過早剝離，從而使其失效，因此需要嚴(yán)格控制清潔度等級(jí)。

《指南》中要求鋼板清潔度應(yīng)達(dá)到《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)》（GB/T 8923.1—2011）中Sa2.5級(jí)①，采用比對(duì)樣板照片的方法進(jìn)行評(píng)定;檢查鋼板表面時(shí)需要在良好的散射日光下或在照度相當(dāng)?shù)娜斯ふ彰鳁l件下進(jìn)行，并且應(yīng)憑借正常視力，將鋼板表面與每一張樣片進(jìn)行比較，樣片應(yīng)盡量靠近待測面，并與待測面置于同一平面上。評(píng)定銹蝕等級(jí)時(shí)，應(yīng)記錄最差的等級(jí)作為評(píng)定結(jié)果;同時(shí)，由于存在較多的影響因素，因此需要按相似相近原則處理[1]。評(píng)定處理等級(jí)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)影響因素：①照明不均勻、表面不平整、銹蝕程度不同會(huì)造成表面粗糙度有差異;②因噴射丸砂沖擊鋼板表面的角度不同面導(dǎo)致光線在除銹表面反射不同，造成表面色調(diào)有差異;③對(duì)于鋼板表面有涂覆過的鋼材，在評(píng)定表面處理等級(jí)時(shí)，僅可根據(jù)鋼材表面點(diǎn)蝕程度選用帶有銹蝕等級(jí)C或D的樣片;④為更準(zhǔn)確、更容易地評(píng)定清潔度，有必要在噴射處理前先進(jìn)行鋼板銹蝕程度的等級(jí)評(píng)定，然后再根據(jù)其銹蝕等級(jí)來選用對(duì)應(yīng)A、B、C、D清潔度等級(jí)樣片②。

2.2 粗糙度（[Rz]）

2.2.1 粗糙度分析。粗糙度（[Rz]）是指取樣長度[L]內(nèi)粗糙面峰谷最大高度[2]，即粗糙輪廓峰頂與谷底之間的距離（見圖2）。本研究利用“仿形法”來測量鋼板噴砂、拋丸后的表面粗糙度（[Rz]）。對(duì)于防腐層而言，表面粗糙度同樣會(huì)嚴(yán)重影響防腐層與鋼材表面的黏結(jié)力，一個(gè)合適的粗糙度可以增加鋼材比表面積，使防腐層黏結(jié)面增大，表面粗糙輪廓波谷內(nèi)嵌入的防腐層會(huì)增加其徑向和切向的摩擦力，從而增加防腐層與鋼材表面的黏結(jié)力。但是，過大的粗糙度不僅會(huì)浪費(fèi)涂料，而且可能在表面粗糙輪廓波谷處截留空氣，在波峰處還可能會(huì)出現(xiàn)刺破防腐層的現(xiàn)象，進(jìn)而破壞防腐層的完整性，導(dǎo)致鋼材銹蝕[3]。

2.2.2 測試步驟（拓片仿形法）[4]。①用毛刷掃除鋼板表面的灰塵和殘余噴砂磨料;②目測評(píng)估鋼板表面粗糙度，選擇適當(dāng)?shù)膹?fù)制膠帶（每種膠帶在其測量范圍的中間部位，測量數(shù)據(jù)最精確，超出測量范圍的測量值是不可靠的）;③從Testex復(fù)制膠帶盒里抽出一條復(fù)制膠帶，揭掉背面的貼紙;④將復(fù)制膠帶粘貼在噴過砂、沒有灰塵殘余的金屬表面;⑤用成套工具里面配置的研磨棒研磨復(fù)制膠帶的白色圓圈的海綿泡沫，直至圓圈里的海綿泡沫完全變成均勻的灰色;⑥調(diào)整粗糙度儀（千分尺）讀數(shù)至-50 μm（根據(jù)不同規(guī)格粗糙度儀調(diào)整，如圖3和圖4所示的儀器可調(diào)整讀數(shù)為150時(shí)即為-50 μm，既復(fù)制膠帶本身不可壓縮的厚度，也可以實(shí)測其不可壓縮的實(shí)際厚度）;⑦從鋼板表面輕輕取下復(fù)制膠帶，將變色的圓形海綿泡沫部位放在千分尺的砧板上測量膠帶的厚度并記錄表面粗糙度讀數(shù);⑧在復(fù)制膠帶上記錄實(shí)際鋼板表面粗糙度，并把復(fù)制膠帶粘貼在質(zhì)量檢驗(yàn)記錄上。

2.2.3 注意事項(xiàng)。在試驗(yàn)過程中，應(yīng)注重以下相關(guān)事項(xiàng)。

第一，由于Testex復(fù)制膠帶的海綿泡沫在60 ℃以上時(shí)可能會(huì)軟化，導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，因此，在檢驗(yàn)前建議進(jìn)行不同溫度下標(biāo)準(zhǔn)塊粗糙度的測試，經(jīng)多次測試后確定其有效使用溫度，建議使用時(shí)鋼板及環(huán)境溫度不超過65 ℃。

第二，通常采用一次測得值作為測試結(jié)果，但如果使用Coarse或X-Coarse復(fù)制膠帶所得的測量值為38～64 μm，則需要再做第二次測試;用另外型號(hào)復(fù)制膠帶對(duì)同一部位進(jìn)行二次測量，如果兩次測量值都在上述范圍內(nèi)，取兩次測量值之平均值作為粗糙度，如果使用任一型號(hào)復(fù)制膠帶所得測量值不在此范圍之內(nèi)，則應(yīng)使用第二次測得的值，即不用計(jì)算平均值。

第三，一般情況下，要求鋼橋面鋪裝鋼板噴砂處理的粗糙度在80 μm以上，X-Coarse規(guī)格可以檢測的范圍為64～147 μm，因此一般只需要配備X-Coarse規(guī)格即可。

2.3 鋼板表面水溶性鹽分含量檢測

2.3.1 檢測方法概述。根據(jù)鋼材銹蝕作用機(jī)理，鋼材的銹蝕可分為化學(xué)銹蝕、電化學(xué)銹蝕和生物腐蝕三種。其中，電化學(xué)銹蝕是鋼材銹蝕的最主要形式，一些鹵素離子，特別是氯離子能破壞鋼材表面原有的氧化保護(hù)膜，當(dāng)形成銅、鋅原電池的鋼材表面可溶性的氯化物接觸到水和氧氣時(shí)，就會(huì)生銹腐蝕并促進(jìn)銹蝕反應(yīng)，使銹蝕迅速發(fā)展。因此，為防止銹蝕的產(chǎn)生，嚴(yán)格控制鋼板表面的氯化物含量就顯得尤其重要。

按照《指南》中要求，在噴砂除銹時(shí)需用ISO 8502-9的標(biāo)準(zhǔn)測定氯化物含量，但根據(jù)筆者查閱相關(guān)規(guī)范，該標(biāo)準(zhǔn)中的方法對(duì)應(yīng)著《覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的評(píng)定試驗(yàn) 第9部分：水溶性鹽的現(xiàn)場電導(dǎo)率測定》（GB/T 18570.9—2005）檢測方法，此方法是用“Bresle鹽分貼片”提取鋼板表面水溶性鹽，主要是氯化物和硫酸鹽的總表面濃度的現(xiàn)場評(píng)定方法，而非單獨(dú)的氯化物的表面濃度。

《指南》要求鋼板表面水溶性鹽含量現(xiàn)場檢測采用兩種方法，分別為“Bresle鹽分貼片法”和“ISO 8502-1鐵氰化鉀試紙法”（ISO 8502-1標(biāo)準(zhǔn)為“2，2′-聯(lián)吡啶試紙法”檢測水溶性鐵離子，《指南》中要求以“鐵氰化鉀試紙”替代“2，2′-聯(lián)吡啶試紙”來進(jìn)行測試;鐵氰化鉀與酚酞混合可得到鐵銹指示劑，遇到亞鐵離子會(huì)變藍(lán)（滕氏藍(lán)），可用于檢測金屬的銹蝕程度）。對(duì)于輕度腐蝕、表面較平整、易于粘貼的鋼板表面可采用“Bresle鹽分貼片法”;對(duì)于重度腐蝕或者起鱗的鋼板表面不適用于“Bresle鹽分貼片法”。這主要是因?yàn)辂}分貼不易粘貼，易滲漏;鹽分會(huì)藏在重度銹蝕和鱗片下面，不能有效地溶解和提取鹽分，測得結(jié)果會(huì)偏小。

2.3.2 Bresle鹽分貼片法試驗(yàn)設(shè)備及材料。電導(dǎo)率儀（見圖5）及Bresle鹽分貼片（見圖6）、注射器（可選5 mL規(guī)格，要求最大容積8 mL，最大針頭直徑1 mm，最大針頭長度50 mm）、秒表、50 mL燒杯、蒸餾水、橡膠手套等。

2.3.3 Bresle鹽分貼片法操作步驟。Bresle鹽分貼片法操作步驟主要有以下兩步[5]。

第一步，空白試驗(yàn)（以消除燒杯、注射器和電極上的外來雜質(zhì)對(duì)檢測結(jié)果的影響）。①根據(jù)電導(dǎo)率儀規(guī)格型號(hào)取10～20 mL蒸餾水（[V]）倒入燒杯（為便于計(jì)算，通常取10 mL或20 mL）;②用注射器從燒杯中抽滿水，再排注回?zé)?③將電導(dǎo)率儀探頭完全浸入燒杯中，緩緩攪動(dòng)，記錄下電導(dǎo)率（[γ0]）。

第二步，鋼板表面鹽分提取及結(jié)果計(jì)算。

①取一Bresle鹽分貼片[規(guī)格A-1250，截面大小為（1 250±13） mm2]，去掉外面的保護(hù)紙和中間的泡沫填料。

②壓下帶膠的邊框粘貼到測試表面，里面的空氣量要盡可能地少。

③確認(rèn)鹽分貼片已經(jīng)牢固地粘貼在表面，在燒杯中抽取3～5 mL的水（約為燒杯內(nèi)水量的1/4）。

④在鹽分貼片邊緣，以30°角把注射器針筒插入測試部位，如難以進(jìn)入測試部位，可以把針頭彎曲一下再注水刺入測試部位充分浸潤表面。

⑤不斷按壓Bresle片表面10～15 s，使蒸餾水和測試表面得到充分接觸，等待1 min后抽取溶液回到針筒里，以使表面可溶性鹽類得到充分溶解。

⑥不要把針從鹽分貼片中抽出，在空格內(nèi)反復(fù)地抽取和注射溶液，一共進(jìn)行10個(gè)循環(huán)[《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的評(píng)定試驗(yàn) 第6部分：可溶性雜質(zhì)的取樣 Bresle法》（GB/T 18570.6-2011）中要求為4個(gè)循環(huán)，這時(shí)可以提取到超過95%的鹽分，為盡可能地將鋼板表面可溶性鹽類充分溶解，建議做10個(gè)循環(huán)，這樣可以有效地提取接近于100%的表面可溶性鹽分]。

⑦在最后一個(gè)循環(huán)后，抽取回收盡可能多的溶液到玻璃燒杯中，這樣恢復(fù)其水量到接近原來的容量（[V]）。

⑧將電導(dǎo)率儀探頭完全浸入燒杯中，緩緩攪動(dòng)，記錄下電導(dǎo)率[γ1]。

⑨鋼板表面氯化物含量結(jié)果整理：

2.3.4 注意事項(xiàng)。第一，注意電導(dǎo)率單位的轉(zhuǎn)換，有的電導(dǎo)率儀測量結(jié)果單位可能是μS/m或μS/cm，而1 mS/m=100 μS/m=10 μS/cm。《覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的評(píng)定試驗(yàn) 第9部分：水溶性鹽的現(xiàn)場電導(dǎo)率測定》（GB/T 18570.9—2005）中給出的計(jì)算公式測得值單位為kg/m2，與《指南》中給出規(guī)定值的單位不一致，計(jì)算時(shí)也比較煩瑣，這里將計(jì)算結(jié)果的單位與《指南》統(tǒng)一，以便于比較。第二，在提取鹽分的注射和抽取過程中，不能有溶液的損失，如果有損失或溢出，必須在另選一點(diǎn)重新檢測。第三，如果總鹽含量檢測結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)值要求，在排除檢測方法及除銹處理不徹底的問題后，需要對(duì)噴砂磨料進(jìn)行鹽分檢測，優(yōu)選更換或清潔噴砂磨料，以免噴砂磨料中過多的雜質(zhì)影響鋼板表面鹽分含量。

2.4 露點(diǎn)溫度檢測

在常溫下，鋼材表面形成一薄層氧化保護(hù)膜，可以起到一定的防止鋼材銹蝕的作用，故在干燥環(huán)境中，鋼材銹蝕進(jìn)展緩慢。但在溫度或濕度較高的環(huán)境中，電化學(xué)銹蝕進(jìn)展會(huì)加快。金屬的電化學(xué)腐蝕是其陽極化反應(yīng)的結(jié)果，而這種陽極化反應(yīng)是需要水的，因此保證鋼板表面的干燥狀態(tài)是防止電化學(xué)腐蝕的關(guān)鍵，若要保持鋼材的干燥狀態(tài)，就要使其表面不附著水分，因此需要通過監(jiān)控大氣濕度、露點(diǎn)溫度來實(shí)現(xiàn)。露點(diǎn)溫度的檢測方法一般有兩種，一種為露點(diǎn)儀直接測讀，一種為通過獲取溫度與濕度然后進(jìn)行換算。

在沒有露點(diǎn)儀時(shí)，我們可以用干濕球計(jì)測量大氣溫度和濕度來換算露點(diǎn)溫度，采用近似法來計(jì)算（Magnus-Tetens Approximation），但在計(jì)算時(shí)需要注意計(jì)算公式的適用條件，計(jì)算公式如下：

公式的適用條為：溫度[T]符合0 ℃<[T]<60 ℃、相對(duì)濕度RH符合0%

3 結(jié)語

為了提高檢測效率并保證檢測質(zhì)量，了解設(shè)計(jì)意圖及除銹處理的施工意義、熟悉檢測原理、掌握檢測方法、重視檢測注意事項(xiàng)等都是必不可少的，也是做好試驗(yàn)檢測的前提條件。在做好以上工作之后，在檢測過程中才能優(yōu)質(zhì)、高效、精確地獲得檢測結(jié)果，為工程質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

注釋：

①Sa2.5是指非常徹底的噴射清理，具體來說，是指在不放大的情況下觀察時(shí)，表面應(yīng)無可見的油、脂和污物，并且沒有氧化皮、鐵銹、涂層和外來雜質(zhì)。任何污染物的殘留痕跡應(yīng)僅呈現(xiàn)為點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。

②鋼材表面的銹蝕程度分別以A、B、C和D四個(gè)銹蝕等級(jí)表示。其中，A為大面積覆蓋著氧化皮面幾乎沒有鐵銹的鋼材表面;B為已發(fā)生銹蝕，并且氧化皮已開始剝落的鋼材表面;C為氧化皮已因銹蝕而剝落，或者可以刮除，并且在正常視力觀察下可見輕微點(diǎn)蝕的鋼材表面;D為氧化皮已因銹蝕而碧落，并且在正常視力觀察下可見普通發(fā)生點(diǎn)蝕的鋼材表面。

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