鋼模長期存放防銹蝕技術研究

南 昌

（上海隧道工程智造海鹽有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引 語

近年來，我國大力發展城市地下交通，盾構混凝土預制管片作為盾構隧道主要的預制構件，大量應用于各盾構推進的隧道項目。鋼模是混凝土預制管片的主要生產設備，隨著混凝土預制管片的大量生產，代表混凝土預制所配備的鋼模有著較大需求。

目前項目工期普遍較為緊張，鋼模配置的數量較多，從單個項目結束到下一個相同規格管片生產項目，由于各地對管片規格尺寸標準不一，且時間間隔很長，造成了鋼模閑置情況發生。在無特殊措施情況下長期存放鋼模時，會占用大量場地，導致企業成本上升，而且銹蝕對鋼模尺寸以及精度有著很大破壞，造成其無法滿足管片藍圖的設計要求，需要在再次啟用前更新改制，代價很高，而新制鋼模的成本更高。因此，鋼模在長期存放時的防腐防銹已成為各預制管片廠家的難題。

針對上述問題，本文就鋼模長期存放，以及存放時的鋼模防腐蝕問題進行了專項技術研究。

1 鋼結構銹蝕原因及傳統解決方案

鋼模在日常堆放時發生的腐蝕主要有化學腐蝕和電化學腐蝕[1]?；瘜W腐蝕是當金屬與外部環境周圍介質，如水蒸氣、酸堿性物質等直接接觸引起的腐蝕。鋼材中的Fe 與O2和H2O 發生化學反應，生成氧化鐵,吸收大量水分駐留導致鋼材銹蝕加重[2]。電化學腐蝕是當金屬放置于潮濕空氣或水溶液中時，金屬表面相當于附著了一層電解質溶液，這種電解質溶液與鋼材中的鐵元素和碳元素形成原電池，鐵失去電子被氧化，使鋼材表面凹凸不平[3]。

我國大部分預制構件工廠分布在沿海地區，堆場大多空氣潮濕，尤其是在雨天后，鋼結構會發生上述化學及電化學反應，造成鋼模腐蝕（見圖1）。

圖1 鋼結構銹蝕情況

傳統的解決方案是通過在鋼結構表面覆蓋一層防銹塑料膜，將鋼模用防銹膜包裝密封后，再整體罩上油布以隔絕鋼材與空氣中的氧氣和水分。防銹塑料膜體內含有的VCI（氣相緩蝕）開始升華揮發出防銹氣體因子，擴散滲透至被防銹物品表面并吸附其上，形成單分子厚的致密保護膜層，隔絕誘發銹蝕的各種因素與被防銹物品表面的接觸，從而有效防止銹蝕[4]。但由于鋼模存放環境通常為戶外露天，除油布外無其他防護措施，陽光、潮濕等儲存條件不利于防銹塑料膜的長期保存。

2 鋼模長期存放防銹蝕技術研究

2.1 鋼材料保養防銹涂料試驗

試驗內容包括：涂料的防腐能力和除銹防銹能力、涂料效果維持時間等。

本文選取RX-30、新型HM 水性鋼模環保易剝離涂料（以下簡稱為新型涂料）和HM 防銹劑進行比較，其性能對比見表1。

表1 防銹材料對比

經過對比和研究，最終選取了新型HM 水性鋼模環保易剝離涂料，其性能見表2。該種涂料抗鹽霧性能良好，耐磨耐熱性能良好；節能環保，對人體及環境無危害；無可燃性，施工安全方便。所涂膜層透明、薄而堅固、光亮美觀，且附著力極強。

表2 新型HM 水性鋼模環保易剝離涂料（新型涂料）的防腐性能

2.2 保養防銹涂料的試用效果驗證

2.2.1 樣品短期防護效果對比試驗

為進行對比，準備3 塊與鋼模同材質鋼板，打磨拋光后，在a 鋼板上涂裝新型涂料、b 鋼板采用傳統防銹方式、c 鋼板不予涂裝。將3 塊鋼板放置于鋼模存放場地，進行同條件試驗，如圖2 所示。

圖2 同條件下腐蝕試驗對比

經1 個月試驗后，得出對比結果見表3。

表3 同條件下的腐蝕試驗結果對比

經對比，在短期內新型涂料的防腐效果較傳統防護形式效果好，且不易脫落，能夠有效保護鋼材不被腐蝕。

2.2.2 鋼模長期試驗

參考《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定第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和處理等級》（GB/T 8923.1—2011），使用手工和動力工具進行現存閑置鋼模的手工除銹，使鋼材表面無可見油脂和污垢，無附著鐵銹、氧化皮或油漆涂層，且底材顯露部分的表面具有金屬光澤。

將處理完畢的待測鋼模放置于避免直接風雨陽光等環境因素影響的位置。在選定位置后，將鋼模底座弧面板劃分為4 個區域（見圖3），進行防銹涂料涂裝；4 種涂料分別為新型涂料、舊型防銹油、金工用防銹油及潤滑油與機油混合物，鋼模兩端及兩側各自采用不同涂料進行涂裝。每天記錄鋼模所處環境的溫濕度，并對鋼模內腔情況進行目視檢查和記錄。

圖3 涂裝示意圖

在試驗結束后啟用鋼模，檢驗各涂料的去除難易程度以及鋼模在各涂料位置的腐蝕程度并進行精度測量。

經過3 個月的試驗后，得出對比結果見表4。

表4 同條件下不同涂料的腐蝕試驗結果對比

試驗鋼模精度檢測：選取10 個寬度測量點及20個高度測量點對鋼模進行精度檢測（見圖4），測量得到的全部鋼模尺寸數據見表5。經檢測，涂裝新型涂料部分的精度高于其他涂料部分。

表5 鋼模尺寸測量結果

圖4 鋼模尺寸測量點

2.2.3 技術試應用及效果分析

根據試驗結果，將新型涂料試應用于整套A 項目管片鋼模上。

A 項目鋼模試用效果見圖5。

圖5 A 項目鋼模試用效果

經6 個月的存放，目視鋼模內表面基本無銹蝕現象；經過精度復合測量，也符合精度要求。但在實際使用中出現問題：一是實際使用條件不同，涂層厚度均勻性對涂料防腐性能影響很大；二是在鋼模銹蝕程度較大的情況下，涂料轉化不徹底且易出現后期泛白現象。

通過以上試驗，發現新型涂料在鋼模防腐方面有著較為良好的效果，能較好地維持鋼模精度，但因為該涂料在涂抹均勻性方面對防腐性能有著不小的影響，所以如何保證涂料涂抹的均勻性，以及保證該涂料的轉化程度是本文后期研究的重要方向。

3 鋼模長期立體化堆放

鋼模的堆放一直是困擾著各管片生產廠家的問題。由于目前市面上管片型號多、標準不一，導致鋼模從使用結束到再次啟用之間有較長閑置時間，目前大多數生產基地對鋼模堆放并無合理對策，一般按圖6 所示堆放。

圖6 傳統鋼模堆放形式

不能合理存放鋼模將帶來較大的成本和資源浪費。為此，本文研究了一種可拆卸式鋼模長期存放架，如圖7 所示。存放架各連接點通過便攜式卡扣和錐形定位銷實現快速拼接，整體結構穩定安全，在加強鋼結構的情況下可以放置2 層，最高可堆放3 層鋼模。結構承載力計算方法如下：

圖7 鋼模長期堆放鋼結構架

存放架與地面接觸面積S 為：

S=950×0.25×2+2 150×0.25×2=2.55 m2。

地面承載壓強取600 kN/m2, 則存放架最底層最大可承載力F 為：

F（壓力）=p（載荷）×S（面積）= 600 ×2.55=1 530 kN。

考慮高度空間和起重機起吊凈高有限，堆放高度以3～2 層為宜。單塊鋼模最大質量以10 t 計算，堆放架質量以1 t 計算，按3 層存放，則堆放區域實際承載力F1為:

F1=（3×10+3×1）×9.8 = 323.4 kN。

安全系數K 為：

K=1 530/323.4 = 4.7。

因此，能保證地面的承載力有一定的安全儲備。

該結構可以適應多種型號的管片鋼模，適應各自場地長期存放鋼模的需求，合理化地利用了土地，節約了至少50%以上的占地面積，大幅降低了鋼模管理成本。

4 研究成果總結

4.1 技術成果

通過材料性能試驗、鋼材試樣試驗、鋼模成品實際試驗，全面完善了鋼模長期存放防銹蝕技術中的材料配比、配套技術實施等。經過試驗，最終實現通過處理后的鋼材可長期存放24 個月，確保材料質量精度，驗證了防銹蝕材料的可行性。結合具體應用情況，制定了相應的技術操作手冊，為企業的鋼結構設備管理打下了堅實的技術儲備。

4.2 成本效益

本文討論的鋼模長期存放防銹蝕技術經濟效益主要體現在土地資源的合理利用和降低再啟用鋼模費用上。

（1）較傳統形式，本文研究的技術可節約66%的土地。上海市每畝每年土地租金基準價為10 萬元人民幣，按上海市上一輪次軌交建設鋼模規格，10 套占地約1 畝；以預制工廠平均30 套存量計，存放架成本為每套1.5 萬元人民幣，建設周期按5 a 計，即可節約土地租金100 萬元人民幣，減去材料成本45 萬元人民幣，仍可節約11 萬元人民幣/a。

（2）實際應用效果顯著，存量鋼模處理后滿足再次投入使用的生產技術要求，有效節約了再次啟用時的保養改制費用。在一般項目中，以直徑6.2 m 的隧道管片鋼模為例，1 套新制的該型號鋼模價格在70 萬元人民幣左右，而該同型號鋼模有大量處于閑置狀態，因存放條件限制需考慮腐蝕情況，若銹蝕嚴重，則該批鋼模的精度滿足不了項目需求，再次啟用的保養改制價格為30 萬元人民幣左右。而防腐涂料用量平均為0.2 kg/m2，成本約3 元/m2；1 套鋼模涂刷面積約70 m2，則成本約210 元。由此可見，新型防腐涂料不僅涂抹方便，防銹周期長，且成本低廉，這些優點保證了在鋼模保養時有較低的成本，重啟時僅需少量費用便可保證項目的正常進行，大大減少了企業成本。

5 結 語

隨著我國基礎建設的穩健發展，越來越多的工程項目開始使用混凝土預制構件，這代表著鋼結構模具具有更大的市場，而鋼模腐蝕不僅會影響工程進度，還會導致鋼材浪費。鋼模的尺寸精度是鋼模保養的重中之重，在下次遇到同尺寸預制構件項目時，一套保養良好的鋼模不僅可以為企業節省大量費用，而且還能加快項目進度，節約較多資源，所以積極研究新型鋼模防腐技術將在未來的工程項目中發揮較大的作用。