劉澤山 技師 2019-09-24
鋼鐵材料的鏽蝕，影響其使用年限甚鉅，而預防鏽蝕的材料，主要仍是以油漆或熱浸鍍鋅為主，其厚度往往又影響其耐鏽蝕的年限，因此設計圖說均有標示其塗裝完成的厚度。但是厚度的檢驗方法與頻率，是否具有代表性，就直接影響塗裝的品質管理工作。
油漆厚度的檢驗方法與頻率，目前常見到的有兩個：一是內政部鋼構造建築物鋼結構施工規範[2]7.6.1節規定:「油漆膜厚之檢測應使用適當之膜厚測定儀，且需於油漆完全乾燥時實施，測定時應在每一施工點或每10m2 的面積範圍內，任意測定五點，其五點平均值不得小於規定值，且任意一測定點之值，不得小於規定值之80%。若施工圖說規定膜厚之上限值，上述五點平均值亦不得大於上限值，且任意一測定點之值，不得大於上限值之120%。」；另外就是公共工程委員會的施工綱要規範第09972章鋼橋油漆[3]則規定:「油漆乾膜厚度應使用[SSPC-PA-2之相關規定]適當膜厚測定器測定，其測定方法係在指定之範圍內或[100㎡]的面積範圍內任意測定[5個]分佈點」。此兩者規定的檢驗面積，一個規定每10平方公尺量測五點，另一個規定則為每100平方公尺量測五點，相差達10倍之多，而且兩者均只以面積來量測，但並未告訴大家例如H型鋼，到底這五點要怎麼量測方為合理?因此有必要了解SSPC-PA-2[1]之量測方式規定。
首先在油漆膜厚的量測來說，SSPC-PA 2規範須與ASTM D7091[5]合併使用。SSPC-PA 2規範量測的頻率與合格的判定；而ASTM D7091規定儀器的種類、使用與校正。對於鐵類金屬，ASTM D7091的量測儀器有兩種，第一種以磁吸力大小來檢測膜厚；第二種則以電磁感應信號來檢測。由於第一種的膜厚大小與磁吸力並非呈線性，使用與校正上較為不便。目前市面上看到的，均以第二種為多。
SSPC-PA
2對於量測值的讀取，如圖1所示，一個測點由直徑4公分內的3個讀數組成。一個單位面積內的膜厚，由任意的5個測點組成。任一測點的膜厚值，根據其精準度的要求，分成Level 1~5等5個等級，如表1所示。Level 1的等級最高，其上下限均須在設計要求值的範圍內。如無規定時，均以Level 3作為標準，也就是任意一測定點之值，不得小於規定值之80%、且不得大於上限值之120%。五點平均值則不得低於設計值。
以圖2範例說明[4]，在2m×5m內共有五個測點，假如膜厚的設計值為65μm，等級為Level 3，則在80%~120%的範圍，厚度的最小與最大值，為52μm與78μm。以圖2而言第三點最低為53μm，第二與第四點最高均為75μm，尚在合格範圍內。而五點平均(64+75+53+75+66)/5=66.6大於設計值，因此該範圍之膜厚檢查為合格。雖然第二點有單一測值90μm，第一、三及第五分別有測值50、45及47μm，但由於對單一量測值並未作規定，所以仍以平均值作為判定標準。
對於檢測的方法，分為幾種方式。首先是較大面積的量測，當面積不超過30平方公尺時，每10平方公尺作為一個單位，每單位取5個測點量測；而當面積大於30平方公尺但小於或等於100平方公尺時，每10平方公尺作為一單位，任取3單位量測；當面積大於100平方公尺時，第一個100平方公尺取3單位量測，每增加100平方公尺增加量測一單位，至最後不足100平方公尺部分量測一單位結束。
當發現有膜厚不符規定的情形時，必須向外擴大量測範圍，以確認不符規定區域之界線。做法如圖3所示，以該位置為中心，八個方向以每1.5m間距向外量測。須連續兩個測點合格，或雖一個測點合格但已經到達構件邊緣才能停止。至於其修補方法，則需依照合約之規定。
SSPC-PA
2另外有九個附錄，為非強制性的規定，但作為解釋規範或使用上的參考。以下就其重要之規定，擇要介紹如下：
首先是型鋼的量測方式，將鋼樑分成五段，如果鋼樑深度不超過91公分，則如圖4所示一段量測12個測點，這與防火披覆的量測方式類似；如果鋼樑深度超過91公分，則腹鈑分成上下兩個測點，因此一段需量測14個測點。
取樣方式，分為全區段量測及部分區段量測兩種方式。全區段量測就是5段全部量測，也就是如果梁深未超過91公分者，共需量測60個測點；超過的話要量測70點。另一種是部分區段量測，梁長度小於6m者，5區段任取2區段量測；梁長度大於等於6m小於或等於18m者，5區段任取3區段量測；當梁長度大於18m者，不宜以部分區段量測方式檢驗。但是部分區段量測，不論腹鈑深度是否超過91公分，每區段均僅量測12點，也就是腹鈑不分上下，只檢測一個測點。
除此外，如果翼鈑厚度小於25mm，圖4的2、6、8、12等四點可以不用量測。這是因為翼鈑過薄，儀器距邊緣過近，容易有很大的誤差。如果要量測邊緣區域，一般必須要有特別的膜厚計，因此量測前必須確認該儀器的使用範圍是否符合規定。加勁鈑或連接鈑等附屬鈑件的量測，則需另外加測其點數。
至於要採全區段量測或部分區段量測，規範並未交代，需視現場品管的需要，檢驗的數量等，做綜合的判斷或規定。例如可以第一支全區段，然後每隔3~5支再作全區段量測，其他則作部分區段量測。量測之所有值，均應符合檢測等級之誤差範圍內。
對於管子外面油漆膜厚的量測，則分成成品的量測與單一管子的量測。對於成品的量測，基本上仍然按照面積來計算，所以必須先計算該批管子面積後，每10平方公尺作為一單位，任取5點量測。但由於管子有大小分別，因此還可指定量測頻率的參數(factor)，一般以2~6倍不等。例如管徑稍小，檢測頻率參數指定2時，每10平方公尺取2×3=6點量測。單一管子的量測，則例如在生產線上的取樣量測，則必須以支來作檢測。其檢查方式如表2，根據管子的直徑均勻的量測4~8點，間距為每3公尺。當然，單一管子量測的這種檢驗方式檢查的相當徹底，但考慮檢驗的點數相當的多。因此，在實務上可以5支或10支管子取一支作這種方式的檢驗。
每次測量膜厚前後，都須作量測儀器的校正。當量測的數據極多時，最好中間再加做一次校正的動作，以避免悲劇的發生。當然，若中間發現數據有異常的情形時，也最好立即再作一次校正的動作。校正方式有單一檢驗片校正及雙檢驗片校正(儀器不一定可以作雙檢驗片校正)兩種方式。單點校正時，校正片置於將噴塗前的鋼鐵表面，讀取十次的讀數，以了解該表面平均偏差的情形。該校正片應與預計量測的膜厚厚度相同、或略大於預計量測的膜厚。雙點校正時，校正片膜厚則應取較量測值高以及低的兩片，在噴砂完成的表面上作校正的工作。
此外，由於鋼材表面粗糙度的差異，量測的結果也會不同。因此，如果無法以實際的油漆前表面來作校準的話，例如已全部油漆完成，無未油漆表面可供校正時，只能以膜厚計本身校正所附的光滑面作校準，但厚度須加以修正。根據ISO 19840[7]的做法，將125μm的校正膜片(最大不超過150μm)置於欲噴塗的表面上，讀取10次的讀數值平均，與標準片的差值，就是表面的修正值。又根據ISO 8503-1的表面狀況，修正值可參考表3所示。如無法得知表面的狀況下，我們可取25μm的修正。但請注意不分是量測第幾層的塗裝，均應加以扣除(圖5)。
目前國內鋼構對於膜厚的檢測，並不太重視。許多時候看到的只是廠驗時，就在腹鈑找一兩個點，用膜厚計量測一兩個測值就結束了。而國內的規範似乎也未清楚的交代，因此SSPC-PA 2的這個規範，值得大家了解與參考。
參考文獻
1.「Procedure for
Determining Conformance to Dry Coating Thickness Requirements」SSPC Paint Application Standard No. 2，2015.
2.「鋼構造建築物鋼結構施工規範」，內政部，96年。
3.「第09972章 鋼橋油漆」，公共工程委員會施工綱要規範
，V4.0版，2007。
4.「鋼結構塗裝查驗員講義」，中華民國防蝕工程學會，2019。
5.「Standard Practice for
Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Nonmagnetic Coatings
Applied to Ferrous Metals and Nonmagnetic, Nonconductive Coatings Applied to
Non-Ferrous Metals」ASTM D7091,2013.
6.「Measuring Coating
Thickness According To SSPC-PA 2 – Update 2015」William
D. Corbett,2016.
7.「PAINTS AND VARNISHES -- CORROSION PROTECTION OF STEEL STRUCTURES BY PROTECTIVE PAINT SYSTEMS -- MEASUREMENT OF, AND ACCEPTANCE CRITERIA FOR, THE THICKNESS OF DRY FILMS ON ROUGH SURFACES」ISO 19840,2004.
圖1
一個測點的組成[2]
圖2
量測範例
圖3
不合格時加測的方式[1]
圖4
型鋼量測的位置[1]
圖5
ISO 19840的表面粗糙度修正示意圖[7](DFT=Dry Film Thickness；乾膜厚)
圖6
ASTM D7091兩種不同的量測儀器(左)Type I及(右)Type II[5]
表1
檢測等級
|
厚度 |
讀數 |
測點 |
膜厚 |
|
Level 1 |
|
|
|
|
最小值 |
無規定 |
依規定 |
依規定 |
|
最大值 |
無規定 |
依規定 |
依規定 |
|
Level 2 |
|
|
|
|
最小值 |
無規定 |
依規定 |
依規定 |
|
最大值 |
無規定 |
120%最大值 |
依規定 |
|
Level 3 |
|
|
|
|
最小值 |
無規定 |
80%最小值 |
依規定 |
|
最大值 |
無規定 |
120%最大值 |
依規定 |
|
Level 4 |
|
|
|
|
最小值 |
無規定 |
80%最小值 |
依規定 |
|
最大值 |
無規定 |
150%最大值 |
依規定 |
|
Level 5 |
|
|
|
|
最小值 |
無規定 |
80%最小值 |
依規定 |
|
最大值 |
無規定 |
無規定 |
無規定 |
表2
單一管子量測點數[1]
|
管徑D(cm) |
圓周量測點數 |
間隔距離(m) |
|
D≦30 |
4 |
3 |
|
30<D≦60 |
6 |
3 |
|
60<D |
8 |
3 |
表3
一般膜厚計的修正厚度[7]
|
ISO 850的表面狀況 |
修正值(mil) |
修正值(μm) |
|
細緻(Fine) |
0.4 |
10 |
|
中等(Medium) |
1.0 |
25 |
|
粗糙(Coarse) |
1.6 |
40 |
