停缓建超高层钢结构工程续建时现场大体量喷砂除锈施工工艺

Steel 
Construction.2012(4),Vol.27,No.158停缓建超高层钢结构工程续建时现场
大体量喷砂除锈施工工艺
吕汉忠1 林世友1 严伟鸿1 付继飞2 冯贺杰2
(1.凯德置地(中国)投资有限公司,北京 100020;2.中国京冶工程技术有限公司,北京 100088
)摘 要:本工程为停缓建全钢结构超高层项目,原结构已建成到25层并暴露在空气中达10年之久,结构钢构件及节点锈蚀严重。经过一系列的专业检测及鉴定,原结构具备复建条件,但必须进行彻底的除锈及有效的防腐处理。结合钢结构锈蚀特点及现场施工条件,续建前采取现场喷砂除锈工艺进行钢结构锈蚀处理,获得了良好的除锈效果,在此基础上重新进行防腐涂装,使原结构全面恢复至全新状态,为下一步续建施工打下了良好的基础。关键词:停缓建;续建;超高层钢结构;锈蚀;喷砂除锈;施工工艺
SITE CONSTRUCTION TECHNOLOGY OF A MASS OF SH
OT BLASTINGCLEANING FOR CEASED AND DEFERRED SUPER HIGH-RISE STEELSTRUCTURE PROJECT DURING CONTINUE 萨纳克
RECONSTRUCTIONLüHanzhong1 Lin Shiyou1 Yan Weihong1 Fu Jifei 2 Feng 
Hejie2
(1.Capitaland(China)Investment Co.Ltd,Beijing 100020,China;2.China Jingye Engineering Co.Ltd,Beijing 
100088,China)ABSTRACT:It is presented a ceased and deferred super high-rise steel structure proj
ect,its existed steel structurehas been built up to 25th floor and has been standing idl
e for about ten years,its steel members and nodes corrodedseriously.By 
a series of professional testings and examinations and identifications,this existed steel structure canmeet the requirements of continue reconstruction,but its corrosion must be thoroughly removed by sandblastingcleaning and treated by effective preservative treatment.According 
to this steel structure corrosion characteristicsand site construction condition,this paper has study a site construction technology and application by using a massof shot blasting cleaning method before its continue reconstruction.Through derusting by sandblasting andrepainting of anticorrosive coatings this 
existed steel structure has had a full-scale beneficial derusting effect and hasbeen broug
ht back to its bran-new condition.KEY WORDS:ceased and deferred project;continue reconstruction;super high-rise steel structure;corrosion;shotblast cleaning
;construction technology第一作者:吕汉忠,男,1976年出生,
工程师。Email:kevinlv@capitaland.com.cn收稿日期:2011-12-05
1 工程概况
天津国际贸易中心项目,位于天津市河西区小白楼商务区,地处南京路和马场道交道口,项目原设计主楼63层,高约250m,副楼双塔30层,高约130m,裙房10层高约53m,为一个集办公、酒店、商业、公寓于一体的大型综合开发项目。
该工程于11年前停工,原设计为超高层全钢结构建筑,无钢筋混凝土核心筒,主楼地上63层,高约250m,停建时主塔楼钢结构已经安装至第25层,钢结构防火涂料喷涂至12层,压型钢板组合楼面混凝土至16层。
由于该工程为全钢结构工程,暴露在空气中长达10年之久,钢结构表面的防火涂料已经开始脱落,钢结构已经大面积发生锈蚀,局部锈蚀更为严
重。经过相关检测及鉴定综合评定,该工程具备续建条件,但已建钢结构存在量大面广、程度不同的锈蚀情况,需在续建施工前制定专项实施方案进行彻底有效的除锈防腐处理。塔楼除锈前外观见图1,典型锈蚀情况见图2。2 现场钢结构锈蚀等级评定
2.1 钢结构锈蚀等级分类
GB 
8923-1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》[1]
标准规定了涂装前钢材表面锈蚀程度的目视评定等级。本标准将未涂装过的钢材表面原
6吕汉忠,等:停缓建超高层钢结构工程续建时现场大体量喷砂除锈施工工艺
超滤器
钢结构 2012年第4期第27卷总第158期 
图1 塔楼除锈前全貌
a-原结构有防火涂料保护且无雨水浸蚀的部位,
钢结构锈蚀轻微;b-原红丹底漆经雨水浸蚀后锈蚀较严重,但喷砂后显示母材仍然良好;c-原结构核心筒周围有流水浸蚀部位防火涂料脱
落,钢结构锈蚀严重图2 典型锈蚀情况
始锈蚀程度分为4个“锈蚀等级”,钢材表面的锈蚀等级以文字叙述和典型样板的照片共同确定。钢材表面的4个锈蚀等级分为A、B、C和D级,结合锈蚀等级典型样板照片,其文字叙述如下。A级:全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面。
B级:
已发生锈蚀,并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面。
C级:
氧化皮已因锈蚀而剥落,或者可以刮除,并且有少量点蚀的钢材表面。
D级:
氧化皮已因锈蚀而全面剥离,并且已普遍发生点蚀的钢材表面。
2.2 现场钢结构锈蚀等级的评定
GB 
8923-1998标准以钢材表面的目视外观来评定锈蚀等级。评定这些等级时,应在适度照明条件下,不借助于放大镜等器具,以正常视力直接进行
观察。
经过全面的现场检测及专业鉴定,本工程钢结构锈蚀等级确定为B级,局部为C级,见图3。
a-B级;b-C级图3 现场比对锈蚀等级评定
3 现场钢结构除锈方式比选3.1 除锈等级标准及分类
GB 8923-1988标准规定了涂装前钢材表面除锈等级的目视评定等级。本标准将未涂装过的钢材表面及全面清除过原有涂层的钢材表面除锈后的质
7防火与防腐
量分为若干个“除锈等级”。钢材表面的除锈等级以文字叙述和典型样板的照片共同确定。依据除锈方式不同,分为喷射或抛射除锈(又称喷砂除锈)、手工和动力工具除锈以及火焰除锈方式,分别以字母“Sa”,“St”或“FI”表示。
3.1.1 喷射或抛射除锈
喷射或抛射除锈以字母“Sa”表示。对于喷射或抛射除锈过的钢材表面,标准中订有4个除锈等级,其文字叙述如下:
1)轻度的喷射或抛射除锈(Sa1)。钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
2)彻底的喷射或抛射除锈(Sa2)。钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物已基本清除,其残留物应是牢固附着的。
3)非常彻底的喷射或抛射除锈(Sa2.5)。钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微斑。
4)钢材表观洁净的喷射或抛射除锈(Sa3)。钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,该表面应显示均匀的金属泽。3.1.2 手工和动力工具除锈
用手工和动力工具,如用铲刀、手工或动力钢丝刷、动力砂纸盘或砂轮等工具除锈,以字母“St”表示。对于手工和动力工具除锈过的钢材表面,标准中订有两个除锈等级,其文字叙述如下:
1)彻底的手工和动力工具除锈(St2)。钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
2)非常彻底的手工和动力工具除锈(St3)。钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。除锈应比St2更为彻底,底材显露部分的表面应具有金属光泽。
3.1.3 火焰除锈
火焰除锈以字母“FI”表示。钢材表面应无氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹应仅为表面变(不同颜的暗影)。
3.2 现场除锈方式比选
3种除锈方式的优缺点比较如下。
喷射或抛射除锈:机械喷射作业,施工效率高,不受空间位置限制,除锈彻底,不留死角,除锈等级可达Sa2.5级以上;缺点是需投入大型喷射设备,环保要求高,造价较高。
手工和动力工具除锈:手工和动力工具作业,施工效率低,受空间位置限制(如柱-梁节点区域,梁加劲板、肋板区域,梁翼缘板仰视区域,板-板相交区域),除锈不彻底,留有死角,除锈质量只能达到St2级。
火焰除锈:手工和火焰机具作业,施工效率低,受局部空间位置限制(如柱-梁节点区域,梁加劲板、肋板区域),除锈不彻底,留有死角,除锈质量只能达到BFI、CFI级。不能满足钢结构防腐涂装对底层除锈质量的要求,同时火焰除锈现场危险性较大,温度及喷焰时间不易掌控,对工人技术水平要求高,且容易引起母材的损伤。本工程不宜采用。
经比较,本工程钢结构锈蚀除锈采用喷砂除锈工艺。
4 设计要求
4.1 钢结构除锈要求
按照国家标准GB 8923-1988和GB 50212-2002《建筑防腐工程施工及验收规范》[2],本项目除锈等级要求如下:
1)喷射或抛射除锈等级为Sa2.5级,钢材表面应无可见的油污、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹仅是点状或条状的轻微斑。
2)手工除锈等级为St3级,钢材表面应无可见的油污、污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
4.2 钢结构防腐涂装要求
需满足GB 50212-2002,具体做法:环氧富锌底漆2道,漆膜厚度75μm,环氧云铁中间漆2道,漆膜厚度50μm,总漆膜厚度125μm。
5 现场喷砂除锈工艺
5.1 方案设计
5.1.1 功效设计
水泥装袋机喷砂除锈体量:钢结构表面面积为60 000m2;喷砂除锈工期为60d。则日平均除锈作业量为1 000m2/d。
每台套喷砂除锈设备理论效率为30m2/h,按8h工作制,则为240m2/d。
考虑现场降效因素,经现场样板试验得出的每套喷砂除锈设备实际效率为8m2/h,按8h工作制,则为64m2/d。
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Steel Construction.2012(4),Vol.27,No.158
钢结构 2012年第4期第27卷总第158期 
5.1.2 喷砂施工流水段划分
喷砂施工流水段划分:1~12层为第1流水段,喷砂顺序为自下向上施工至第12层完;13~25层为第2流水段,喷砂施工顺序为自上向下施工至第13层完。
5.1.3 投入设备台套数及人员配置每个施工流水段作业面为2层,每层配置喷砂设备2台套,每个施工流水段配置4台套,每台套喷砂设备人员配置:3名喷砂手,5名辅助作业工人,共8人。
两个流水段共配置喷砂设备8台套,64名工人。
按此配置的喷砂设备实际效率为:8m2
/(h·
台套)×8台套=64m2
/h。
5.1.4 实际作业时间和台班
要求日平均喷砂作业量1 
000m2÷64m2
/h=15.63h,
则安排双班制,白班作业时间8h,夜班作业时间8h。
5.2 现场喷砂除锈准备工作
5.2.1 施工准备丙烯酸酯胶
喷砂前,依据GB 
8923-1988规定,对金属结构基体表面锈蚀等级进行评定。仔细检查,清除焊渣、飞溅等附着物,并清洗表面油脂及可溶污物,对无用的焊接体或连接物也应做妥善处理。5.2.2 磨料选择
喷砂除锈用的砂,要求颗粒坚硬、有棱角、干燥(含水量小于2%)、无泥土及其他杂质。本工程处于市中心区域,环保要求高,为了减少喷砂过程的灰尘,采用铜矿熔炼砂。与一般石英砂相比,铜矿熔炼砂粒度均匀,有棱角,不易粉化产生灰尘、污染小,同时,砂料可以多次回收;铜矿熔炼砂粒径以0.5~1.0mm为宜,筛选前须晒干,筛孔大小:粗筛40~
48孔/cm2(粒径1.2mm)、细筛372~476孔/cm2(粒径0.3mm)
。5.2.3 设 备空压机:现场喷砂空压机采用双螺杆压缩机,电
机功率75kW,公称容积流量6m3
/min,
额定排气压力0.8MPa,气压变幅为0.5~1.0MPa。储气罐:设计压力0.84MPa,容积1 000L。装砂桶:气压为0.45~0.55MPa,直径600mm,高度1 
450mm,容积0.3m3,耗气量3m3
/min。喷:口径为10mm,喷砂出口速度200m/s,理论工作效率30m2
/h
。压力容器的生产厂家需持有相关部门颁发的生产许可证,喷砂工佩戴的防护工具、安全带(绳)和供氧装置符合安全要求。喷砂施工时要随时检查喷嘴磨损情况,当喷孔口直径增大25%时宜更换喷嘴。
现场喷砂除锈成套设备见图4。
1-高压空气携带矿砂通过头快速喷射到钢结构表面;2-压缩机向储气罐输送空气;3-高压气体打进砂桶;4-气体携带矿
砂进入喷砂管道;5-工人向砂桶续砂图4 现场喷砂除锈成套设备示意
5.2.4 喷砂围护
喷砂楼层四周采用软围护帆布系统,本围护系统的目的是解决原结构防火涂料的清除、除锈及喷漆工作的环境污染及人员作业安全而设立,利用软围护帆布系统质量轻,便于拆卸、移动的特点,以二层作为一个围护面,由下至上展开作业。楼层平面的孔洞一律用钢支架构造,上覆帆布封闭,便于安全及喷砂工序的物料回收利用工作,见图5。
图5 现场喷砂除锈外围护帆布系统
5.3 现场喷砂除锈施工5.3.1 环境监控
为了避免返锈,喷砂除锈对环境有相应的要求。现场每日检测施工现场环境温度、湿度和金属表面的温度,计算当日露点,做好施工记录。当空气相对湿度大于85%、金属表面温度低于露点3℃时不得施工。
7防火与防腐
5.3.2 喷砂操作要求
喷砂用的压缩空气必须经冷却装置及油水分离器处理,以保证干燥、无油;油水分离器必须定期清理。
屏蔽玻璃喷嘴到基体钢材表面距离以100~300mm为宜,喷砂前对非喷砂部位应遮蔽保护。喷射方向与基体钢材表面法线夹角以15°~30°为宜。在喷砂除锈后、下一道工序前,如遇下雨或其他造成基体钢材表面潮湿的情况时,要待环境达到施工条件后,用干燥的压缩空气吹干表面水分后施工。如须重新喷砂,不可降低磨料要求,以免降低粗糙度。喷砂时喷嘴不要长时间停留在某处,喷砂作业应避免零星作业,但一次喷射面积也不能过大,要考虑涂装或热喷涂工序与表面预处理工序间的时间间隔要求。对喷无法喷射的部位要采取手工或动力工具除锈。
5.3.3 质量控制
喷砂完成后首先应对喷砂除锈部位进行全面检查,其次要对基体钢材表面进行清洁度和粗糙度检查。重点应检查不易喷射的部位,手工或动力工具除锈部位可适当降低要求。对基体钢材表面进行清洁度和粗糙度检查时,一是严禁用手触摸;二是应在良好的散射日光下或照度相当的人工照明条件下进行,以免漏检。
喷砂除锈后,金属结构表面清洁度应达到Sa2.5级,应对照GB 8923-1988中提供的照片进行比较,至少每2m2有一个比较点。喷砂除锈后,金属结构表面粗糙度R
应达到60~100μm,应按照技术要求,取相应粗糙度样板,用至少7倍放大镜放大后比较,比较时至少每2m2有一个比较点。用表面粗糙度仪直接测定时,每2m2表面至少要有一个评定点,取评定长度为40mm,在此长度范围内测5点,取其算术平均值为此评定点的表面粗糙度值。
5.4 技术措施
1)喷砂除锈设备尽量接近工件,以减小管路长度和压力损失,避免过多的管道磨损,也便于施工人员相互联系。喷砂除锈软管力求顺直,运行中若有必须弯折处,要经常调换磨损方向,使管路磨损比较均匀,延长软管使用寿命。
2)喷砂除锈时为了防止漏喷和空放、减少位移次数,提高磨料利用率和工作效率,应该在施工前对整个结构进行全面考虑,合理安排喷射位置,拟定喷射路线。喷射顺序:应按先上后下,先边缘后中间的原则,喷移动的速度要恰到好处,严禁喷在一个点停留。
3)喷射移动速度视空气压力、出砂量及结构表面污染情况灵活掌握,喷嘴移动速度过快,表面处理不彻底,在补喷时会使附近已喷好的表面遭到磨损,且降低工效;喷嘴移动速度过慢,会使工件遭到削弱。
4)料、气比的调节:在喷射过程中控制适当的料、气比例是提高工效、保证质量、降低磨料损耗和节省材料的关键。磨料过少,不能充分利用压缩空气能量,工效低,不经济;磨料过多,管路被大量砂粒占据,每个砂粒分配的能量就有限,喷射无力,砂损耗大,工效低。因此必须根据空气压力、喷嘴直径、结构表面锈蚀程度、处理的质量、效率等情况而加以合理地调整。既要避免砂阀过小,空气流量大引起磨料供应太少而影响工效,又要防止阀门过大,空气流量过小引起喷射无力,灰尘弥漫,影响视线而出现盲目乱喷,漏喷和重复喷涂情况。
5)喷射完毕,应用压缩空气吹净表面的灰尘。下一道工序进行前如发现基体金属表面被污染或返锈,应重新处理以达到要求的表面清洁度等级,以保证工程质量。
5.5 喷砂质量验收
评定除锈等级应在良好的散射日光下或在照度相当的人工照明条件下进行,检查人员应具有正常的视力。
待检查的钢材表面应与相应的照片进行目视比较,照片应靠近钢材表面,以与钢材表面外观最接近的照片所标示的除锈等级作为评定结果。
5.6 喷砂验收
现场目视比对照片与喷砂等级验收图片的对比及评定见图6。
喷砂质量验收意见及评价:现场钢材喷砂除锈后,全部钢材表面无可见的油污、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,仅局部残留点状或条状的轻微斑,按照国家标准GB 8923-1988和GB50212-2002,本项目喷砂除锈满足Sa2.5级要求。大部分构件表面显示均匀的金属泽,达到Sa3级要求。
总体喷砂除锈取得了良好的效果,达到了设计要求。
5.7 防腐涂装效果
防腐涂装后的效果见图7。
跟刀架
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