橋梁波形鋼腹板重防腐涂裝生產(chǎn)線(xiàn)簡(jiǎn)介

楊學(xué)淳¹，張曉飛²，胡章枝¹，安軍嶺²

（1. 中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601；2. 鄭州恒天大建橋梁鋼構(gòu)有限公司，鄭州450000）

 

摘  要：分析了橋梁波形鋼腹板特點(diǎn)及涂層體系要求，簡(jiǎn)要介紹了橋梁波形鋼腹板重防腐涂裝工藝和主要設(shè)備設(shè)計(jì)選型。生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)先進(jìn)，工藝合理，物流便捷順暢，能夠滿(mǎn)足橋梁鋼波形鋼腹板長(zhǎng)效防腐涂裝要求。

關(guān)鍵詞：橋梁波形鋼腹板；重防腐涂裝；涂裝生產(chǎn)線(xiàn)

 

 

 

0 引言

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋又稱(chēng)波形鋼腹板PC橋，是指用波形鋼板取代預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁，其顯著特點(diǎn)是用8～30 mm厚的鋼板取代厚30～80 cm厚的混凝土腹板。波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁是一種鋼混組合結(jié)構(gòu)，它充分利用了混凝土抗壓，波形鋼腹板質(zhì)輕、抗剪屈服強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)混凝土梁相比，具有自重輕、便于裝配施工、縮短施工周期、造價(jià)低、耐久性好、全壽命周期經(jīng)濟(jì)效益高、低碳節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，某橋梁工程采用預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板連續(xù)變截面箱梁結(jié)構(gòu)，波形鋼腹板質(zhì)量是同等效果的鋼筋混凝土腹板的1/10。

國(guó)內(nèi)波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁的應(yīng)用起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速，并開(kāi)始向大跨度、復(fù)雜橋梁發(fā)展。我國(guó)地域跨度較大，橋梁類(lèi)別也千差萬(wàn)別，由于橋梁維護(hù)較為困難，波形鋼腹板一般需要根據(jù)橋梁特點(diǎn)及地區(qū)環(huán)境特征采用普通型或長(zhǎng)效防腐蝕涂裝工藝，本文就此進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

 

1  橋梁波形鋼腹板特點(diǎn)

橋梁波形鋼腹板材質(zhì)由橋梁設(shè)計(jì)單位確定，需要滿(mǎn)足《橋梁結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 714）、《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700）、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 1591）、《高耐修結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 4171）等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

工件特點(diǎn)：工件主體為板狀且呈規(guī)律性的波形，高度不統(tǒng)一，端部焊有翼板,部分工件焊有密集的錨栓；工件最大尺寸為7 000 mm Í1 500 mm Í5 000 mm，最大質(zhì)量6 t；典型工件尺寸（長(zhǎng)Í寬Í高）為5 500 mmÍ500 mm Í5 000 mm），量最大（占比60%~70%）。

涂裝部位：與混凝土接觸部位和現(xiàn)場(chǎng)焊接部位不需要涂裝，需在拋丸后進(jìn)行屏蔽保護(hù)，具體情況視不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

 

2 橋梁波形鋼腹板涂層體系

橋梁波形鋼腹板主要環(huán)境為低污染的鄉(xiāng)村大氣環(huán)境、有工業(yè)氣體、SO₂中等污染程度的城市大氣和工業(yè)大氣環(huán)境，其腐蝕環(huán)境級(jí)別分別為低（C2）、中等（C3）。參照《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T 722—2008），涂層保護(hù)年限普通型為10～15 a；長(zhǎng)效型為15～25 a，保護(hù)年限、涂層體系具體由設(shè)計(jì)單位根據(jù)建設(shè)方要求確定，涂料選用一般也由建設(shè)方指定。常用的涂層體系見(jiàn)表1。

表1  常用涂層體系

體系	涂層	涂料品種	膜厚/μm	備注
體系一	底漆	環(huán)氧磷酸鋅底漆/環(huán)氧富鋅底漆	60~80	適用于普通型防腐
	中涂	環(huán)氧厚漿中間漆	120~150
	面漆	脂肪族聚氨酯面漆	40~60
	總干膜厚度		≥220
體系二	底漆	環(huán)氧富鋅底漆	60~80	適用于普通型或長(zhǎng)效防腐
	中涂	環(huán)氧云鐵中間漆	150~180
	面漆	脂肪族聚氨酯面漆/氟碳面漆	40~60
	總干膜厚度		≥250
體系三	底涂層	熱噴鋁	120~150	適用于長(zhǎng)效型防腐
	封閉底漆	環(huán)氧封閉漆	60~80
	中涂	環(huán)氧云鐵中間漆	150~180
	面漆	氟碳面漆	60~80
	總干膜厚度		≥270

 

3 橋梁波形鋼腹板涂裝工藝

3.1 涂裝前處理工藝

橋梁波形鋼腹板涂裝參照橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝技術(shù)要求，前處理有酸洗和噴丸、拋丸等方式。酸洗由于環(huán)境污染較大，且工件表面粗糙度難以保證，一般作為熱浸鍍預(yù)處理使用。電弧熱噴涂前處理一般采用噴、拋丸處理工藝，不僅可以去除工件表面銹蝕、氧化皮等污物，還可以強(qiáng)化工件表面，部分消除工件焊接應(yīng)力。噴丸或噴砂作業(yè)多用于室外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，生產(chǎn)效率相對(duì)較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適用于大批量涂裝生產(chǎn)線(xiàn)作業(yè)場(chǎng)合；拋丸作業(yè)具有清理效率高、費(fèi)用低、操作人員少等優(yōu)點(diǎn)，適用于大批量生產(chǎn)。電弧熱噴涂前處理要求工件表面除銹等級(jí)Sa3級(jí)、粗糙度40~80μm、清潔度1級(jí)。丸料選擇須保證粗糙度要求，可以采用不同粒徑的丸料組合使用，在粗糙度不夠時(shí)，可以在丸料中添加鋼絲切丸。

 

3.2  涂裝底涂層工藝

鋅、鋁或鋅鋁合金是長(zhǎng)效防腐的主要涂層材料，對(duì)鋼鐵基體起著陽(yáng)極保護(hù)作用。鋅涂層鋼結(jié)構(gòu)件是耐大氣、土壤環(huán)境腐蝕的陽(yáng)極保護(hù)涂層，在SO₂氣體、海水中耐蝕性較差。鋁涂層既起到陽(yáng)極保護(hù)作用，又因在表面形成堅(jiān)固致密的三氧化二鋁薄膜起到惰性保護(hù)作用，鋁涂層鋼結(jié)構(gòu)件耐含SO₂氣體、淡水、海水及pH為4.5～8.5溶液和其他氧化環(huán)境。底涂層有電弧熱噴鋁、電弧熱噴鋅、熱浸鍍鋅等不同方式，這3種方式施工及性能對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 底涂層施工及性能對(duì)比

項(xiàng)目	電弧熱噴鋁	電弧熱噴鋅	熱浸鍍鋅
涂層形成原理	兩根彼此絕緣的絲材通過(guò)噴涂設(shè)備電弧熔融，強(qiáng)烈的壓縮空氣霧化氣流使熔融金屬?lài)娚潇F化，以200～300 m/s沖擊到工件表面，形成層狀結(jié)構(gòu)涂層。		將除銹后的鋼件浸入500 ℃左右融化的鋅液中，使鋼構(gòu)件表面附著鋅涂層。
涂層厚度	根據(jù)需要，可噴涂在50～300 μm,		厚度一般在35～100 μm,對(duì)大型工件厚度不均勻
對(duì)工件要求或影響	適應(yīng)各類(lèi)工件，工件死角噴涂不到		受槽體尺寸限制，長(zhǎng)件或薄壁件可能會(huì)變形
生產(chǎn)效率	2.7 kg/h(100 A，單槍作業(yè))	10 kg/h(100 A，單槍作業(yè))	5～10 min/件
附著力/級(jí)	1	1	2
結(jié)合強(qiáng)度/ MPa	20～50	20～50	8～20
使用壽命	加上封閉技術(shù)所組成的涂層體系，基本可以為鋼結(jié)構(gòu)提供20 a以上的長(zhǎng)效防護(hù)。		單獨(dú)使用壽命10 a左右；后續(xù)如噴粉通常減薄厚度，表面光滑需要前處理

 

3.3 工藝流程

橋梁波形鋼腹板涂裝生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)拍計(jì)算為12 min/掛。中涂層由于膜厚要求150-180 μm，按2道噴涂設(shè)計(jì)，以避免流掛，并適當(dāng)延長(zhǎng)烘干時(shí)間。工藝布置時(shí)由于車(chē)間場(chǎng)地限制，在部分工件涂層遍數(shù)減少的情況下，仍需要經(jīng)過(guò)整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，設(shè)計(jì)中未考慮從中間分流后的快速下件通道。生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程見(jiàn)表3所列。

表3 涂裝生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程

工序名稱(chēng)	處理方式	工藝參數(shù)		備注
		時(shí)間/min	溫度/℃
上件
拋丸	自動(dòng)	12	室溫
清理吹灰及屏蔽保護(hù)	人工	12	室溫
熱噴鋁	機(jī)器人+人工	24	室溫	雙工位
自然冷卻				工件表面溫度<50 ℃
噴底漆	機(jī)器人+人工	12	室溫	自動(dòng)+補(bǔ)漆工位；冬季送熱風(fēng)
流平		12	室溫
底漆烘干	熱風(fēng)循環(huán)	36	80～100
噴中涂（2道）	人工	24	室溫	冬季送熱風(fēng)
流平		12	室溫
烘干	熱風(fēng)循環(huán)	48	80～100
噴面漆	人工	12	室溫	冬季送熱風(fēng)
流平		12	室溫
面漆烘干	熱風(fēng)循環(huán)	36	80～100
冷卻		12	室溫
覆膜	人工	12	室溫
下件

 

4 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)選型

根據(jù)本項(xiàng)目產(chǎn)品特點(diǎn)及涂裝要求，關(guān)鍵設(shè)備為工件輸送系統(tǒng)，上、下件裝置，熱噴涂室，機(jī)器人噴鋁和噴漆系統(tǒng)等設(shè)計(jì)和選型。生產(chǎn)線(xiàn)中的拋丸室、噴漆室、流平室、烘干室、廢氣處理裝置等在大型產(chǎn)品涂裝線(xiàn)中較為常見(jiàn)，本文不再贅述。

 

4.1 工件輸送系統(tǒng)

對(duì)于本項(xiàng)目工件來(lái)說(shuō)，工件為大型不規(guī)則板形工件，采用垂直輸送方式可以較好地滿(mǎn)足各工序作業(yè)要求，可選的輸送方式有積放鏈、自行葫蘆。由于工件垂直吊掛高度較高，作業(yè)過(guò)程中少許高度升降對(duì)操作人員作用不大，同時(shí)工藝過(guò)程中也無(wú)積放、儲(chǔ)存、分流等要求，經(jīng)方案比較，確定采用自行小車(chē)輸送方式，與自行葫蘆輸送系統(tǒng)相比，載物車(chē)下方?jīng)]有葫蘆，各工序不具備升降功能，投資較為節(jié)省。

自行小車(chē)輸送系統(tǒng)由軌道、滑觸線(xiàn)、自行小車(chē)、控制系統(tǒng)等組成。工件采用上定位方式，采用I36 a工字鋼作為專(zhuān)用軌道，滑觸線(xiàn)母線(xiàn)采用銅材模壓成型，截面為C型，其通過(guò)絕緣套和固定支架等附件固定在軌道腹板上，再將滑線(xiàn)平行嵌入在支架內(nèi)。采用雙驅(qū)動(dòng)載物車(chē)，在拋丸段變頻調(diào)速慢行，以滿(mǎn)足拋丸工藝時(shí)間要求。

 

4.2 上、下件裝置

對(duì)于大型板狀工件，垂直吊掛上、下件是個(gè)難點(diǎn)?？疾靽?guó)內(nèi)類(lèi)似產(chǎn)品的輸送轉(zhuǎn)運(yùn)方式，較為簡(jiǎn)單的方式是通過(guò)車(chē)間起重機(jī)，將工件垂直放置在專(zhuān)用小車(chē)上，再平移動(dòng)到輸送軌道下方，需要支撐可靠，操作相對(duì)繁瑣；另外一種方式是采用翻轉(zhuǎn)機(jī)與移動(dòng)升降機(jī)結(jié)合，翻轉(zhuǎn)過(guò)程中防止傾倒，也需要在工裝上固定，且造價(jià)相對(duì)較高。本項(xiàng)目創(chuàng)新采用移動(dòng)小車(chē)與卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)合方式上、下工件，移動(dòng)小車(chē)上設(shè)有輥道，移到軌道下方后通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊，上、下件位置半空中設(shè)有緩沖架、防撞架，人工操作平臺(tái)采用空中移動(dòng)式，以確保人員和工件安全。

 

4.3 噴鋁室設(shè)計(jì)

噴鋁室由室體、送風(fēng)系統(tǒng) 排風(fēng)除塵系統(tǒng)、噴鋁系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。設(shè)備室體采用型鋼骨架，壁板采用鍍鋅板折制而成，設(shè)備進(jìn)出口設(shè)有電動(dòng)大門(mén)，側(cè)面設(shè)有安全小門(mén)。室體兩側(cè)設(shè)有照明燈，室體底部設(shè)置格柵，含塵氣流經(jīng)除塵管道，通過(guò)旋風(fēng)除塵器（一級(jí)分離）和濾筒除塵器（二級(jí)分離）處理達(dá)標(biāo)后，高空排入大氣。

由于噴鋁粉塵為爆炸性粉塵，設(shè)備設(shè)計(jì)中需注意防爆措施，主要措施有：室體、風(fēng)管和除塵器均要求良好接地；濾筒采用抗靜電的阻燃材料制作；及時(shí)清理室體、風(fēng)管和除塵器內(nèi)的積灰等。

 

4.4 機(jī)器人噴鋁和噴漆

機(jī)器人噴鋁和噴漆系統(tǒng)由噴涂機(jī)器人、機(jī)器人變位機(jī)系統(tǒng)、工件定位系統(tǒng)、噴涂系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。熱噴涂機(jī)放置在噴鋁室外部，氣管及電纜線(xiàn)穿管進(jìn)入室體，通過(guò)拖鏈與機(jī)器人連接，送絲機(jī)放置在變位機(jī)上與機(jī)器人一起移動(dòng)。噴漆采用高壓無(wú)氣噴涂，供漆系統(tǒng)設(shè)在噴漆室外側(cè)，亦通過(guò)拖鏈與機(jī)器人連接。

噴鋁、噴漆機(jī)器人根據(jù)手腕負(fù)載能力及滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)空間范圍要求，經(jīng)過(guò)離線(xiàn)模擬仿真，沿室體長(zhǎng)度方向各設(shè)置2臺(tái)機(jī)器人。為增大機(jī)器人工作范圍，室內(nèi)沿縱向相對(duì)設(shè)置有2臺(tái)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人直線(xiàn)變位機(jī)系統(tǒng)，直線(xiàn)變位機(jī)系統(tǒng)架設(shè)于鋼制承重柱上。軌道上加裝PVC風(fēng)琴防塵護(hù)罩，防止灰塵進(jìn)入；導(dǎo)軌采用線(xiàn)性導(dǎo)軌，并加裝了自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，維護(hù)方便。

工件定位與機(jī)器人變位機(jī)系統(tǒng)集成在一起。其核心元件為光電傳感器，它利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體的有無(wú)。為保證機(jī)器人安全，在噴鋁室及底漆噴漆室口加裝激光測(cè)距系統(tǒng)，激光測(cè)距儀安裝在上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)上，測(cè)量上下兩點(diǎn)到工件的距離，得出的差值在設(shè)定范圍可以噴涂；當(dāng)工件吊裝偏斜超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，由人工調(diào)整吊掛偏差后，將確認(rèn)信號(hào)發(fā)送至總控制系統(tǒng)，然后再進(jìn)行噴涂。

 

4.5 智能監(jiān)控系統(tǒng)

涂裝生產(chǎn)線(xiàn)電控系統(tǒng)總體上采用“分散控制、集中監(jiān)視”的控制模式，電控系統(tǒng)分為3個(gè)層次：監(jiān)控層、控制層、設(shè)備層，通過(guò)以太網(wǎng)將連接在一起。監(jiān)控層位于網(wǎng)絡(luò)上層，由1臺(tái)工控機(jī)、顯示屏等組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制層的PLC連接在一起，工控機(jī)安裝西門(mén)子Wincc7.0及以上版本組態(tài)監(jiān)控軟件，采用52 in液晶顯示器，懸掛在車(chē)間醒目位置。能夠模擬顯示生產(chǎn)線(xiàn)、各噴漆室、烘干室的工作狀態(tài)。對(duì)各工位的故障進(jìn)行報(bào)警提示，并進(jìn)行記錄各生產(chǎn)班次的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)。分別能夠顯示：工藝流程圖，拋丸清理室工作狀態(tài)，噴鋁室工作狀態(tài)，各噴漆室工作狀態(tài)，各烘干室工作狀態(tài)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等參數(shù)。

 

5 結(jié)語(yǔ)

波形鋼腹板由于較優(yōu)的力學(xué)性能及性?xún)r(jià)比，目前不僅用于橋梁，已延伸到工業(yè)建筑和公用建筑領(lǐng)域，具有較好的市場(chǎng)前景。本項(xiàng)目按流水生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)，采用機(jī)器人自動(dòng)噴鋁、噴底漆，人工補(bǔ)噴方式，采用智能監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)化程度較高。本項(xiàng)目技術(shù)先進(jìn)，工藝合理，物流便捷順暢，能夠滿(mǎn)足橋梁鋼波形鋼腹板長(zhǎng)效防腐涂裝要求。