簡介噴砂

目前鋼構件的防鏽處理,主要的方式有兩種,一是油漆,另外就是熱浸鍍鋅。熱浸鍍鋅,依靠酸洗的方式,來去除鐵鏽、油漬等物質,以方便鋅與鐵的結合;當使用油漆時,油漆需要與鋼鐵表面充分密貼,因此將表面的雜質、鐵鏽等完全去除;同時能提供充份的附著力的表面處理方法,就是噴砂。

實際上,噴砂常採用的材料,有矽砂、鋼珠(shot)或鋼礫(grit)等三種;若按照噴出的方式,又分噴射或甩出兩種方法。由於在戶外不容易回收,一般大都採用噴矽砂方式處理(照片1),噴矽砂基本上採用抽吸或壓送方式,如示意圖1;在室內密閉式的自動噴砂設備,其介質則採用可重複使用的鋼珠或鋼礫(照片2),鋼珠或鋼礫若採用圖1噴出的方式,對管壁摩擦造成的管路損耗很大,所以使用的較少。使用鋼珠或鋼礫,大多是由中心將磨料送入高速迴轉中的圓盤,經旋轉給予一定速度後,利用端部的缺口,將鋼珠或鋼礫甩出去的方式,來撞擊鋼構件表面,而達到清潔的效果,如示意圖2。

一般而言,噴砂的入射角大於30度時,對表面主要起錘擊的作用;當入射角小於30度時,則主要起切削和沖刷的作用;但當入射角為90度時,由於顆粒反彈互相碰撞的結果,錘擊的作用被抵銷,反而降低了除鏽的效果。因此對於堅硬的表面,要採用70度或大於70度的入射角;對於一般的鏽層表面,採用小於70度的角度,效果較好。

至於若需油漆處理的話,需於噴砂後盡快上第一道漆,因為噴砂雖處理掉絕大部份的生銹面及黑皮,但去除了黑皮後,鋼鐵表面直接與空氣接觸,因此也造成一全面性的銹蝕。同時噴砂若使用鋼珠的話,顆粒也不宜太粗,以避免表面粗糙度過大,以使漆膜能均勻的附著。根據如表1所示,依所需要的粗糙度,選擇磨料的尺寸。一般鋼珠使用的大小,在S330以下(#20號篩目),矽砂則使用20〜40號篩大小。所謂『S330』,根據美國汽車工程師學會(SAE)規範,96%以上停留在0.033英寸篩網上(#20篩)的鋼珠稱之,如表2。不同的介質在相同的噴嘴壓力下,所造成的表面粗糙度特性,並不一致,以鋼礫所造成表面的高低起伏,程度為最大接著是鋼珠,最後才是矽砂;對於油漆而言,高低起伏越多,代表單位表面積所能附著的面積也越大。但粗糙度過大,也就是波峰值過高,容易造成最高點位置油漆膜厚不足,成為鏽蝕的起點。另外,油漆有表面張力,如果單位長度內波浪起伏的數量過多,波谷的位置有可能因過於狹窄,油漆無法浸潤到達谷部[3,4]。「建築鋼結構施工規範」規定,油漆時的表面粗糙度在25~75μm之間。

噴砂時,每飛行一米的距離,因表面空氣阻力的關係,動能就約損失10%,但是顆粒越大時,質量相對更大,動能損失反而較小。當速度低於50m/s時,對於工件的氧化皮,就無法有效清理。此外,由於一般鋼珠均為回收利用,為了增加甩出時的動能、減少噴砂所需時間,同時增加重複可使用的次數,因此大多數的噴砂廠,都使用到如S550等級的鋼珠,致使粗糙度量測時都常大於200μm,這對防蝕來說,是值得大家注意的問題。

參考文獻

1.「Abrasive Blasting with Post-Process and In-Situ Characterization」 Robert Jeffrey Mills;Master of Science In Materials Science and Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University. 2014

2.「ABRASIVE BLASTING OPERATIONS」Engineering Control and Work Practices Manual;Enviro-Management & Research, Inc. 1976

3.劉澤山(2017)。「簡介粗糙度與油漆的關係」。技師報,1080期。

4.劉澤山(2018)。「鋼結構施工」。

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圖1 噴砂示意圖(左)抽吸(右)壓送[1]

 

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圖2 鋼珠或鋼礫之噴砂示意圖[2]

 

表1 噴砂使用媒介物尺寸與粗糙度之關係

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表2 鋼珠的大小規格(參照SAE,台灣百利達型錄)

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照片1  戶外人工噴砂處理

 

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照片2 全自動噴砂設備(燁輝企業)

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 


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