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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○六年八月十九日

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本期主筆:王春煌
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

簡介鋼構件油漆與表面粗糙度的關係

劉澤山 技師

油漆塗裝前,表面需作清潔處理,也就是在油漆前,必須將表面的黑皮、銲渣、鐵鏽等清除乾淨,以方便油漆的附著,避免油漆與鋼材中間,殘留其他物質,造成漆膜脫落、或留存間隙,因而水氣滲入,而導致塗裝保護層的破壞。表面處理的方式,有噴砂、研磨、用火焰或水刀、溶劑清潔等等,最常見的當屬噴砂處理了。

一般所說的噴砂處理,表面清潔的程度,大多以瑞典SIS規範(ISO 8501)的比較片來做比對。根據鋼材表面鏽蝕的程度,分成A~D等四級(照片1),而後每級依處理的程度,分成0122-1/23等五種,以樣品照片作比對基準。亦即噴砂的級數,是依照片比較來判定的(也就是會有ABCD四組照片)。0代表未處理的表面,依序為輕度處理表面(1),中度處理表面(2),接近完整處理表面(2-1/2),及完整之處理表面(3);亦相當於美國塗裝規範SSPCSP-7SP-6SP-10SP-5之表面處理(如表1)。但單純的清潔度達到要求,並不代表就一定能提供良好的表面讓油漆去附著,實務上還有一個非常重要的參數,就是表面的粗糙度。一般大家對粗糙度的了解,能看到的只有鋼結構施工規範〔1〕中,有關切割表面的粗糙度規定,也就是開槽面≦200μm、自由端≦100μm的這個規定。而這個粗糙度的量測方式,是用標準片(照片2)去做比對(照片3)

噴砂處理後鋼材表面的情形,若以顯微鏡放大如照片4。照片中可看到表面有如波浪般的高低起伏的立體表面,但如果以垂直切表面任一條線成為一2D的曲線,來量測高低起伏的情形,則稱之為表面粗糙度或稱之為剖面曲線。表面粗糙度是機械加工的一個重要參數,它的表示方式,各種規範上提到的大約有十種之多。以ISO來說主要有:中心線平均粗糙度(Ra)、最大波峰至最大波谷粗糙度(RyRmax)、及十點平均粗糙度(Rz)等,其物理意義如圖1~3

噴砂是使用粒狀物質以一定速度衝擊鋼鐵表面,將雜質去除的一種方式。雖說是噴砂,可是常用的粒狀物質,主要有矽砂(sand)、鋼珠(shot)與鋼礫(grit)等三種。而這三種方式所造成的表面粗糙度特性,卻有很大的不同,在相同的噴嘴壓力下,依序以鋼礫所造成表面的高低起伏程度為最大。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。但是油漆有表面張力,如果單位長度內波浪的數量過多,波谷的位置有可能因過於狹窄,油漆產生架橋作用而無法浸潤。另外也有研究指稱,漆膜厚度建議須為最大粗糙度(Rmax)的三倍以上,且厚度至少125μm,才能發揮保護鋼材的效果。

量測粗糙度的方式,有目視比較規塊(Visual Comparators)、測微計(Depth Micrometers)、轉貼膠帶法(Replica Tape)、及測針法(Portable Stylus Instruments)。比較規塊法,係將規塊放在待測表面,規塊中間空洞放5~10倍的放大鏡觀察比較(如照片5)。由於篇幅的關係,各檢測方式詳見照片6~8,轉貼膠帶法的檢測方式,如圖4說明。檢驗頻率根據ASTM D4417D7127等的規定,整理如表2所示。

根據文獻六〔6〕的建議:一、均勻的波形較不均勻的波形,能使漆膜支撐點受力平均,因此能提供更佳的防護效果。二、經測試結果,在其他條件相同情形下,SSPCSP 10(SISSa2-1/2)的波高常常大於SP 5(Sa 3)。也就是過度的噴砂反而降低了漆膜表面的附著力。三、在大部分種類的油漆情況下,表面粗糙度在Rmax 65μm、及每公分50~60個波高的表面,有最佳的附著狀況。鋼結構施工規範〔1〕則建議一般在25~75μm之間(但未說明是何種粗糙度)

表面處理的好壞,是影響油漆壽命的最大因素,比例上甚至還超過油漆膜厚與種類的影響,但實務上常未受到應有的重視,容易在鋼構防蝕上造成問題。

參考資料

1〕「鋼構造建築物鋼結構施工規範」內政部,96年。

2〕「鋼結構品質管制作業標準」中華民國鋼構協會。

3〕「塗料及有關製品塗裝前之鋼面處理-噴射清理鋼面之表面粗糙度特性(磨料噴射清理表面評估用ISO表面輪廓參比標準板之規範及意義)CNS 14306-188

4〕「Standard Test Methods for Field Measurement of Surface Profile of Blast Cleaned SteelASTM D4417,2003.

5〕「Standard Test Method for Measurement of Surface Roughness of Abrasive Blast Cleaned Metal Surfaces Using a Portable Stylus InstrumentASTM D7127.

6〕「The Effect of Peak Count of Surface Roughness on Coating Performanceby Hugh J. Roper, et al. 2005.

7〕「New Developments in Surface Profile Measurement for Blast Cleaned Surfacesby J F Fletcher & D Leonard, Elocometer Limited co. UK.

1  SISSSPC噴砂等級比較

 

表面粗糙度的檢驗頻率

 

 

中心線平均粗糙度(Ra)

  十點平均粗糙度
     
 
最大粗糙度   轉貼膠帶的原理[7]
     
 
照片1   ISO 8501所定義之鋼材表面四種腐蝕程度   照片瓦斯切割面粗糙度的比較標準片
     
 
照片使用標準片做現場檢查的情形   照片經過處理後鋼材表面放大照片
     
 

照片5  ISO的比較規塊及使用比較規塊檢查

的情形[7]

 

照片測微計的使用()及量測原理()[7]

     
 

照片轉貼帶法的量測方式(1)清潔(2)貼上膠帶

(3)在中間圓型部分按壓(4)撕起膠帶量測粗糙度[7]

 

照片測針法量測情形[7]

 

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