一、大型鋼結構熱噴涂長(cháng)效防腐
由于鋼結構具有力學(xué)性能好,承載性能強,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),在國民經(jīng)濟建設中得到了大量的應用,例如大跨度結構(橋梁、體育館屋架等)、輕型鋼結構(大中型車(chē)間)、高層建筑(紐約世貿大廈和上海金貿大廈等)、板殼結構(壓力容器與長(cháng)輸管線(xiàn))。但是,鋼結構在服役期間,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)和鋼結構的破壞失效,人們常常稱(chēng)之為鋼結構的腐蝕。
人們已經(jīng)認識到,人類(lèi)使用的鋼結構很少是由于單純機械因素(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,絕大多數金屬結構的破壞都與其周?chē)h(huán)境的腐蝕因素有關(guān)。因此,鋼結構的腐蝕與防腐已成為當今材料科學(xué)、化工業(yè)與工程等領(lǐng)域不可忽略的重大課題,受到了政府與鋼結構應用相關(guān)的各行業(yè)的重視。
二、鋼結構長(cháng)效防腐工程應用的必要性
到目前為止,鋼結構的腐蝕問(wèn)題正在給世界各國的國民經(jīng)濟帶來(lái)巨大的損失。據一些工業(yè)發(fā)達國家統計,每年由于鋼結構腐蝕而造成的經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的2%一4%。美國1975年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為700億美元,約占當年國民生產(chǎn)總值的4.2%,1982年高達1260億美元;英國1969年腐蝕損失為13.65億英鎊,占國民生產(chǎn)總值的3.5%;日本1976年腐蝕損失為92億美元,占國民生產(chǎn)總值的1.8%;據我國1995年統計,腐蝕損失高達1500億元人民幣以上,約占國民生產(chǎn)總值的4%。目前,全世界每年因鋼結構腐蝕造成的經(jīng)濟損失已高達數千億美元以上。
而且,鋼結構由于腐蝕造成的事故危及到結構的安全運行。腐蝕引起的災難性事故屢見(jiàn)不鮮,后果極為嚴重,特別是焊接鋼結構和承受較大應力狀況下的鋼結構,由于在應力作用下,腐蝕將大大的加速,即發(fā)生所謂的應力腐蝕問(wèn)題,在鋼結構破壞中極為常見(jiàn)。例如,橋梁結構或高空屋架結構由于嚴重的腐蝕問(wèn)題,必須進(jìn)行重建,否則,將會(huì )造成嚴重的后果,當然,經(jīng)濟的投入是相當大的,現在,國內建設一座大型鋼結構橋梁,將耗資至少數億人民幣。日本1970年大扳地下鐵道的管線(xiàn)因腐蝕折斷,造成瓦斯爆炸,乘客當場(chǎng)死亡75人。1979年我國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)濟損失達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)濟損失,可能超過(guò)直接經(jīng)濟損失的若干倍。
正因為如此,采用鋼結構防腐技術(shù),特別是長(cháng)效防腐新技術(shù)的運用就顯得優(yōu)為重要。如果鋼結構能夠在15~50年免維護的話(huà),使用方將節省大量的維護經(jīng)費,并大大提高鋼結構的安全性與使用壽命。
到目前為止,從鋼結構工程使用方,設計方和施工方等多方面仍然對鋼結構的長(cháng)效防腐的重要性缺乏足夠的重視,在意識上依然停留在傳統的防腐技術(shù)上,后期的維護可能也跟不上。并且,即使是傳統的涂裝防腐,由于在施工過(guò)程中防腐施工技術(shù)不過(guò)關(guān),經(jīng)常造成鋼結構過(guò)早的腐蝕或破壞。例如,1965年3月,美國一輸氣管線(xiàn)因應力腐蝕破裂著(zhù)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(cháng)效防腐,造成鋼結構局部區域過(guò)早腐蝕,如圖1所示,加上早年屋面系統設計關(guān)于防腐技術(shù)的時(shí)代局限性,使得使用方必須耗資數百萬(wàn)對其進(jìn)行拆換或維護。
另外,一些工程使用方也存在著(zhù)一個(gè)較大的問(wèn)題,即工程實(shí)施之前沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的防腐工程方面的專(zhuān)家對鋼結構的整體防腐技術(shù)進(jìn)行評估;工程移交時(shí),沒(méi)有委派專(zhuān)業(yè)的防腐施工的工程師或專(zhuān)家對整個(gè)鋼結構防腐的質(zhì)量進(jìn)行嚴格的檢測;防腐施工后就高枕無(wú)憂(yōu),對其后期的定期檢測與維護基本沒(méi)有進(jìn)行;要么就是不顧實(shí)際情況降低對防腐工程的費用,與施工單位相互結合,從而產(chǎn)生不合格的“豆腐渣工程”。
各個(gè)方面的問(wèn)題,集中在一起的時(shí)候,整個(gè)鋼結構的壽命肯定是令人懷疑的,到目前為止,已經(jīng)發(fā)生了多起鋼結構破壞事故,其直接后果都是災難性的,直接證明了上述的分析。
之所以將鋼結構長(cháng)效防腐工程稱(chēng)之為一個(gè)系統工程,正是因為它要涉及到鋼結構工程使用方、工程設計方、工程施工方與施工監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,鋼結構的安全與使用壽命才可以得到可靠的保障。
三、鋼結構長(cháng)效防腐綜合技術(shù)比較
大型鋼結構,如橋梁、水工結構、塔器、化工大罐、壓力容器等防腐,尤其是長(cháng)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構的防護年限為20年,熱噴Zn或Al涂層壽命以20年計;有機涂料涂層以3年計,20年需施工近7次,且暫不計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涂層綜合計價(jià)為:4~6元/年·m2,平均5元/年·m2;而有機涂料涂層為1.7-27元/年·m2,平均14.35元/年·m2,為熱噴涂長(cháng)效防腐技術(shù)的3倍左右。
由于涂層失效而在防護期(20年)內重新施工所造成的損失是很大的。例如長(cháng)江葛洲壩工程的過(guò)船閘閘門(mén)及提升閘門(mén)用的大型龍門(mén)吊車(chē)的鋼結構、升船機的鋼結構等。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(cháng)江航運造成極大損失。因此三峽工程中的重要水工閘門(mén)、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。
從綜合的工程使用方的綜合計價(jià)來(lái)講,與油漆涂層技術(shù)和熱浸技術(shù)相比,熱噴涂長(cháng)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)在許多國家的鋼結構制造與維護領(lǐng)域得到一定的應用,但由于當時(shí)電弧噴涂設備技術(shù)水平的限制,電弧噴涂被認為是一種高效率、低質(zhì)量的熱噴涂方法。直到六、七十年代美國、德國等一些工業(yè)發(fā)達國家對電弧噴涂設備進(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)在鋼結構制造的普遍應用,我國在20世紀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2300噸的挪威海上石油平臺(見(jiàn)圖2所示),整個(gè)電弧噴涂防腐工程采用14臺G35-LD/U3噴涂設備,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(cháng)效防腐工程的典范之一。石化管線(xiàn)的長(cháng)效防腐中也使用了熱噴涂防腐技術(shù)
當然,應用熱噴涂技術(shù)施工時(shí),存在著(zhù)一定的噪音和粉塵。對于鋼結構工廠(chǎng)制作時(shí)的環(huán)保要求相當嚴格,而目前對于野外的安裝或舊鋼結構后期維護施工時(shí)基本沒(méi)有高的要求,只是必須加強對施工人員的防護。
四、鋼結構長(cháng)效防腐工程的質(zhì)量檢測
現在,對于鋼結構工程的設計與施工,均采用質(zhì)量終身制。近年,政府對于鋼結構(例如橋梁)的設計與制造提出了明確的壽命要求。因此,不管鋼結構采取何種防腐技術(shù)進(jìn)行防護處理,在其制作或者維護過(guò)程中,必須進(jìn)行專(zhuān)業(yè)性的嚴格質(zhì)量檢測與監督。本著(zhù)對鋼結構工程負責的精神,工程使用方、施工方和專(zhuān)業(yè)監理方都應該高度重視這個(gè)重要的環(huán)節。
對于每一道防腐施工工序,必須提出明確的質(zhì)量技術(shù)規范。例如鋼結構預處理時(shí)的噴砂等級或手工預處理等級,防腐施工的環(huán)境要求,油漆的施工工藝規程,正確選擇的油漆涂層或熱噴涂涂層的結合性能與厚度現場(chǎng)抽樣檢測,抽樣進(jìn)行模擬環(huán)境下的腐蝕實(shí)驗,涂層外觀(guān)檢查等等,均需要專(zhuān)人負責。
無(wú)論施工方,還是工程使用方,對防腐涂層進(jìn)行嚴格的質(zhì)量檢測時(shí),必須采用較為精密的檢測手段和設備,而在目前,很多的鋼結構制作廠(chǎng)家或工程使用方對工程施工時(shí)如何檢測防腐涂層的性能,基本沒(méi)有很好的重視,有的干脆根本就沒(méi)有檢測設備或條件。這也是很多鋼結構服役期壽命大大縮短,并可能造成破壞的災難事故發(fā)生的主要原因之一。
五、鋼結構長(cháng)效防腐結論
通過(guò)以上的分析,可以得出以下結論:
1.當今社會(huì )已經(jīng)開(kāi)始認真的對待鋼結構長(cháng)效防腐這個(gè)系統工程,它與鋼結構的安全運行與壽命的保障密切相關(guān)。
2.加強鋼結構制作與維護過(guò)程中的防腐施工管理與監督,對工程使用方、施工方和專(zhuān)業(yè)監理方是致關(guān)重要的。
3.在鋼結構的設計與制作過(guò)程中,必須有專(zhuān)業(yè)防腐工程技術(shù)人員和專(zhuān)家的參與或指導。
4.在國內,電弧噴涂長(cháng)效防腐技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù),受到了越來(lái)越廣泛的注意,與涂裝技術(shù)的有機結合,將更加具有市場(chǎng)的優(yōu)勢。