山岭重丘区桥梁方墩酸洗板施工技术研究

陆俊锟

摘要：文章以广西山岭重丘区的贺州至巴马高速公路（都安至巴马段）坡规1号高架大桥桥梁方墩为例，对酸洗板施工技术进行研究，选取化学成分与桥梁方墩母材相一致的酸洗板，冲压变形保证表面铁皮附着良好，作为桥梁方墩的支撑材料进行安装焊接，掌握焊缝厚度的变化情况，为提高附着力和耐腐蚀性，对焊接后的酸洗板进行表面磷化涂装的处理。通过对比实验可知，酸洗板技术相比传统施工技术，吸收的冲压能量提高了12 J。

关键词：桥梁方墩;酸洗板;冲压变形;焊接

0 引言

酸洗板能够去除钢材表面的氧化铁皮，在降低施工成本的同时提高了钢材的表面质量，平整可使板形发生一定变化确保其产品尺寸精度，从而减少不平度的偏差。酸洗板的有效应用还便于施工建设的焊接、涂油和上漆，表面质量和力学性能特征優越。酸洗板的表面氧化铁皮与钢铁基体间具有较强的结合力，在施工过程中能够承受一定变形而不发生脱落。除此之外，酸洗板在常温下具有较高的抗拉强度，因此施工时不需要经过酸洗，从而降低废酸排放，在一定程度上起到了保护环境的作用，所以，当前在汽车、家电和五金等行业应用广泛。而在桥梁方墩施工建设中，酸洗板的应用尚未得到推广[1]。山岭重丘区桥梁方墩施工属于高危险性作业，而传统施工技术不能够保证其施工质量。为降低桥梁方墩施工成本并提高施工质量，对山岭重丘区桥梁方墩酸洗板施工技术进行研究，使其能够满足山岭重丘区桥梁方墩的施工要求，并发挥出酸洗板的力学强度性能。

1 设计山岭重丘区桥梁方墩酸洗板施工技术

1.1 施工准备

为满足山岭重丘区桥梁方墩的施工要求，选取热轧厂生产的500 MPa热轧酸洗板，型号为SAPH440，厚度≥6 mm，其化学成分如表1所示。

SAPH440酸洗板的化学成分要与桥梁方墩母材化学成分相一致，从而保证钢材的强度，并且酸洗板的锰元素能够提高方墩钢材的强度和增强韧性[2]。而酸洗板的力学性能要保证产品在加工过程中容易变形，确保酸洗板在冲压变形后无冲裂，且厚度也满足施工技术要求。具体力学性能如表2所示。

对SAPH440酸洗板进行冲压成形，确保酸洗板在桥梁方墩施工过程中，表面氧化铁皮不会发生明显脱落。酸洗板表面氧化铁皮与桥梁方墩基体延伸不一致，施工过程中表面氧化铁皮会产生不同程度的脱落，因此，酸洗板的表面氧化铁皮直接决定了施工质量。而氧化铁皮的附着性主要受氧化铁皮结构、厚度以及氧化铁皮的受力状态等因素影响，所以要确保冲压成形后的氧化铁皮结构主要为Fe3O4或Fe3O4+Fe的共析结构，此时氧化铁皮各项性能如表3所示。

当酸洗板的表面氧化铁皮结构为Fe3O4或Fe3O4+Fe时，酸洗板能够承受一定的载荷而不易脱落。施工人员也可以进行冷弯试验对酸洗板表面铁皮进行附着力评价，使酸洗板弯曲直径与板厚相一致。弯曲90°观察表面氧化铁皮脱落情况，若氧化铁皮附着力良好则弯曲处没有明显的氧化铁皮脱落情况，弯曲处没有裂纹、裂口和分层，则酸洗板表面铁皮附着良好，能够满足成形后续的桥梁方墩酸洗板施工要求[3]。至此完成桥梁方墩酸洗板施工的前期准备工作。

1.2 安装焊接

将冲压成形的酸洗板作为桥梁方墩的支撑材料进行安装焊接。对桥梁方墩的顶面标高、轨道轴线以及对角线等进行测量，根据山岭重丘区的地势，利用起重机和液压吊车固定酸洗板位置，其轨道的实际中心线对安装基准线的水平偏差≤5 mm，轨道跨度的偏差≤10 mm，轨距≤7 mm，伸缩缝间隙≤1 mm，并用钢板尺对其安装偏差进行检测。除此之外，酸洗板纵向倾斜角度全程<10°，顶面基准点标高相对石墩标高≤10 mm，同一截面的相对标高≤10 mm，并用水准仪和塔尺进行检测[4]。施工人员需要在桥梁施工现场进行现场组对，钢结构连接件的接合面除去防锈油，酸洗板在安装过程中要满足力学性能的标准要求，使材料设计强度水平尽量偏下限，然后对酸洗板进行焊接。

焊接前通入CO2保护气体，其酸洗板与桥梁石墩焊缝上的各点温度随时间变化而变化。施工人员要对焊缝区域以及热影响区域进行相关检测，注意酸洗板表面氧化铁皮的附着情况。酸洗板与桥梁石墩焊缝处的热影响区以及母材区温度变化较小，在焊接过程中，焊缝处组织为细小针状铁素体，而母材区以及热影响区组织为粗大针状铁素体，因此施工人员要注意焊接时的温度变化[5]。除此之外，在焊接过程中酸洗板表面的氧化铁皮会发生分解共析反应，致使冲压成形后的酸洗板氧化铁皮结构发生逆反应，主要表现为在快速升温阶段，酸洗板的Fe3O4+Fe共析结构向FeO转换，改变了酸洗板的氧化铁皮结构，并且焊缝处从高温瞬间降到常温时，氧化铁皮中的FeO 结构会来不及进行共析反应而保留下来[6]。要把握焊接过程中的温度变化，当达到常温时，酸洗板焊缝处的表面氧化铁皮结构全部为FeO，其厚度变化不能大于20 μm，而热影响区与焊缝相反，温度降低较缓慢，导致氧化铁皮结构中少部分FeO发生共析反应转化为Fe3O4+Fe，厚度变化约为9 μm左右[7]。因此施工人员在焊接过程中，在满足施工技术要求的基础上，要重点把握酸洗板焊缝厚度在降温过程中的变化情况，至此完成酸洗板的安装焊接。

1.3 磷化涂装

对焊接后的酸洗板进行表面磷化处理，对桥梁石墩酸洗板进行磷化电泳，使其经过化学反应及电化学反应在金属表面形成磷酸盐覆盖膜。其磷化处理效果如图1所示。

酸洗板表面磷化结晶呈圆形，结晶大小为10 μm，经磷化处理涂装后，其结晶均匀平整地覆盖在酸洗板表面，并通过耐盐雾腐蚀测试，检验酸洗板涂装后能达到耐腐蚀性能标准，从而完成酸洗板的后期处理，大幅度提高酸洗板的附着力和耐腐蚀性[8]。至此完成了山岭重丘区桥梁方墩酸洗板施工技术的研究。

2 实验论证分析

为验证本文桥梁方墩酸洗板施工技术的有效性，与免酸洗钢板施工技术在贺州至巴马高速公路（都安至巴马段）坡规1号高架大桥桥梁方墩施工现场，进行对比实验。酸洗板和免酸洗板作为桥梁方墩的支撑材料，钢板经过三次冲压成形，热轧技术人员在现场对前期冲压试样和冲压过程进行了实物确认及现场跟踪，经过裁剪、初次冲压、二次冲压共三道工序制成成品。其跟踪加工情况如表4所示。

免酸洗板在冲压工序中存在开裂问题，为此实验过程中为冲压模头配置水冷装置，以确保安装焊接过程中冲压成形的位置功能，分别用两种技术完成山岭重丘区桥梁方墩的施工流程，并对酸洗板和免酸洗板的焊缝进行力学性能检测，施加200 J的冲击能量，并记录两种钢板吸收冲击能量的实验数据，如图2所示。

通过图2实验数据，可以计算出两种施工技术下，钢板吸收冲击能量的平均数值。本文技术吸收的冲压能量为105 J，传统技术吸收的冲压能量为93 J，增加了12 J，验证了本文施工技术的有效性。

3 结语

本文针对传统免酸洗板施工技术中，山岭重丘区桥梁方墩抗击性能较差的问题，设计了一种酸洗板施工技术，并通过对比实验验证了施工技术的有效性，加大了桥梁石墩对冲击能量的吸收，力学性能充分满足了施工技术需求，并且打破了酸洗板的传统应用领域，为桥梁建设的材料选择提供了新思路。

参考文献：

[1] 周 鹏，苗高蕾，惠 恺，等.双相钢冷轧酸洗板表面黑色条带缺陷成因分析[J].铸造技术，2018，39（12）：2 869-2 872.

[2] 魏 兵，刘 洋，杨 奕，等.热轧免酸洗汽车大梁钢施工适应性研究[J].上海金属，2018，40（1）：19-22.

[3] 任长春，裴新华.边部组织状态对低碳热轧酸洗板冲压成形的影响[J].锻压技术，2012，37（5）：133-136.

[4] 刘宝生.山岭地区公路桥预制梁提升架设施工技术[J].施工技术，2018，47（18）：46-49.

[5] 杨世凡.山岭重丘区空心薄壁高墩施工质量及安全控制监理[J].公路交通科技（應用技术版），2016（7）：152-154.

[6] 何文胜.山岭重丘地区刚构箱梁现浇段无落地支架施工技术[J].公路，2012（9）：114-119.

[7] 刘宗炜.薄壁高墩翻模施工技术在桥梁工程中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（6）：249-250.

[8] 周小年.墩身结构对高墩大跨桥梁施工稳定性影响研究[J].中外公路，2018，38（4）：181-184.