熱浸鍍鋅防腐在南寧市五象大橋中的應(yīng)用

羅榮臻

摘要：文章結(jié)合五象大橋工程實(shí)例，分析了橋梁腐蝕因素，介紹了熱浸鍍鋅的原理及施工方法，闡述了熱浸鍍鋅防腐處理的注意事項(xiàng)及施工檢查要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：熱浸鍍鋅;防腐;鋼結(jié)構(gòu);斜拉橋

0 引言

五象大橋是廣西壯族自治區(qū)南寧市境內(nèi)連接良慶區(qū)與青秀區(qū)的一條過(guò)江橋梁，位于邕江水道之上，是南寧市南部城市主干道的構(gòu)成部分之一。五象大橋線路總長(zhǎng)1320m，主橋全長(zhǎng)590m，引橋長(zhǎng)297m，引道長(zhǎng)433m。其中，主橋采用（45+100+300+100+45）m跨徑布置，總寬41m，紅線寬度39m。斜拉索順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距為12m，塔上間距為7m。塔柱順橋向?qū)挾葹?.5～11.5m，橫橋向?qū)挾葹?～10m，塔高138m，塔壁厚100～140cm。索塔承臺(tái)尺寸為19m（順橋向）×25m（橫橋向），厚5m。斜拉索梁上標(biāo)準(zhǔn)索距為12m，橋塔上索的豎向間距為7m，共44對(duì)，單索最大型號(hào)為85束，最小型號(hào)為43束。五象大橋主橋采用五跨雙獨(dú)柱塔單索面分離式鋼箱梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，半漂浮體系，邊跨設(shè)置一個(gè)輔助墩。主梁采用分離式扁平鋼箱梁，中間采用箱形鋼橫梁連接，鋼箱梁采用正交異性板，頂板縱肋采用U形加勁肋，頂、底、腹板縱向均采用I形加勁板加勁，斜拉索錨箱設(shè)在箱梁內(nèi)腹板外側(cè)，索力通過(guò)錨箱傳遞給腹板。索塔為獨(dú)柱形式，塔柱截面為空心薄壁的變截面形式的圓端形截面，索塔在主梁底設(shè)懸臂橫梁，索塔承臺(tái)為圓端形截面，每個(gè)承臺(tái)下接16根鉆孔灌注樁。斜拉索采用單索面形式，豎琴式布置，錨固在分離鋼箱梁內(nèi)腹板的外側(cè)。斜拉索采用單端張拉，張拉端設(shè)在塔柱內(nèi)。斜拉索采用高強(qiáng)度低松弛環(huán)氧噴涂鋼絞線，拉索護(hù)套采用雙螺旋線抗風(fēng)振圓管HDPE護(hù)套。

1 橋梁腐蝕因素

本工程由于處于高腐蝕環(huán)境區(qū)，因此橋梁形式及構(gòu)造材料均須注意防腐。與工程有關(guān)的腐蝕環(huán)境主要來(lái)自兩項(xiàng)：（1）地形上的潮濕多雨環(huán)境;（2）工程場(chǎng)址位于河道之上，溫差及濕度均較大，在設(shè)計(jì)上，要考慮20℃左右的溫差應(yīng)力。

1.1 水氣的防腐方式

潮濕多雨環(huán)境所產(chǎn)生的水氣腐蝕主要是鋼料的腐蝕源。為防止水氣腐蝕，本工程采用以壓力為主避免拉力的結(jié)構(gòu)，這樣就避免了裂縫產(chǎn)生，使水氣及腐蝕性空氣無(wú)法侵入。

在梁面采用平坦設(shè)計(jì)，使其通風(fēng)較好，不易聚集濕氣。在鋼料表面采用熱浸鍍鋅處理，作為防銹外殼。在橋的外表配合防磺腐蝕與景觀色彩要求，再涂刷抗腐蝕性的涂料[1]。

1.2 采用浸鍍鋅的考慮因素

本工程各鋼料將被覆蓋在混凝土內(nèi)，雖然不易被銹蝕，但也因?yàn)椴灰妆粰z修出是否有銹蝕，可能要到接近危險(xiǎn)狀態(tài)，才能察覺(jué)到腐蝕現(xiàn)象。尤其本橋跨徑較大，若因鋼料銹蝕影響到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其后果將極為嚴(yán)重。而且本橋位于極潮濕多雨環(huán)境，施工場(chǎng)地溫差又大，對(duì)連續(xù)大跨徑的橋型而言，由于鋼料與混凝土的膨脹與收縮系數(shù)不同，易因溫差伸縮變化導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

對(duì)于能不降低鋼料與混凝土間附著能力的防銹處理方式，本工程在規(guī)劃階段考慮采用熱浸鍍鋅或環(huán)氧樹(shù)脂覆蓋表層，其中由于環(huán)氧樹(shù)脂法應(yīng)用于鋼筋費(fèi)用極高，故所有鋼料均采用熱浸鍍鋅處理。

2 熱浸鍍鋅的原理及施工方法

2.1 熱浸鍍鋅的原理

鋅在水氣中的銹蝕速度非常緩慢，其耐腐蝕能力約為鐵的10～25倍，且在進(jìn)行熱浸鍍鋅處理后，在鋼材表面所形成的鍍鋅膜如發(fā)生銹蝕，其銹蝕生成物為極致密的物質(zhì)，對(duì)內(nèi)部鋼材將形成強(qiáng)力保護(hù)膜作用，使后續(xù)的銹蝕難以繼續(xù)，是一種極佳的防銹蝕工藝。

2.2 熱浸鍍鋅施工方法

2.2.1 鍍鋅量

本工程各項(xiàng)鋼料的鍍鋅量分別設(shè)計(jì)如下：

（1）鋼骨結(jié)構(gòu)：550g/cm3;

（2）拉結(jié)鋼筋：600g/cm3;

（3）螺栓：550g/cm3。

2.2.2 鍍鋅步驟

鍍鋅作業(yè)需參照國(guó)家相關(guān)規(guī)范處理，主要分為三個(gè)階段：

（1）前處理：主要是去除鋼料表面的氧化層并增進(jìn)鋅的附著力，處理效果的好壞對(duì)鍍鋅的效果好壞關(guān)系極大。本工程前處理的主要流程可分為下列幾項(xiàng)：

①脫脂：用以除去附著在鋼料表面的油脂與油漆等異物，必要時(shí)用噴砂的方式除去油漆。

②酸洗：浸泡于稀鹽酸中約40min，用以除去鋼料表面的氧化層。

③水洗：使用清水洗滌以除去酸洗所殘留的鹽基與酸液。

④助溶劑處理：在水洗后，干燥前在氯化銨等助溶劑中浸泡，使鋼材可暫時(shí)具有防腐蝕能力并增進(jìn)鍍鋅附著力。

（2）熱浸：將鋼料浸泡在鋅浴槽內(nèi)，使其與熔鋅反應(yīng)生成合金化鍍鋅膜。由于鋅的熔點(diǎn)為420℃，而溫度過(guò)高將影響鋼料材質(zhì)及造成不良影響，鋅浴槽溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在450℃左右。

（3）后處理：鍍鋅后的鋼材應(yīng)避免合金層在空氣中過(guò)度成長(zhǎng)，形成灰暗色外觀。為增加附著力，需先將鋼材經(jīng)水冷卻，鍍鋅面若有缺陷再以適當(dāng)方式進(jìn)行修補(bǔ)。另外，由于本工程施工環(huán)境的雨量及濕度均較高，為避免鋼料沾到雨露造成白銹現(xiàn)象，對(duì)鋼筋進(jìn)行鍍鋅后應(yīng)做鉻酸鹽處理[2]。

3 熱浸鍍鋅的注意事項(xiàng)

為配合熱浸鍍鋅處理，本工程鋼骨結(jié)構(gòu)采用如下的特殊考慮：

3.1 鋼材的選擇

由于鍍鋅作業(yè)為高溫處理，為避免高溫影響鋼材性質(zhì)，本工程所采用的鋼材均不選擇熱處理合金鋼類(lèi)鋼材，尤其是對(duì)鍍鋅過(guò)程影響最大的矽元素，其含量應(yīng)≤0.5%。

3.2 鋼骨結(jié)構(gòu)斷面處理

為了增加鋼筋勁度，以提高施工時(shí)的鋼骨強(qiáng)度，雖然箱型斷面的制作、鍍鋅均較為不易，本工程鋼骨結(jié)構(gòu)的上下緣仍采用箱形斷面。同時(shí)為了增加各鋼板之間的焊道數(shù)，以避免鍍鋅造成不良變形，且達(dá)到提高鋼箱內(nèi)部混凝土受壓能力的目的，亦增加箱型斷面的周長(zhǎng)，以提高與混凝土間的粘著力，該上下緣的箱型斷面采用兩槽鋼與兩塊鋼板組合，并為了避免因熱膨脹不均造成變形，各鋼材厚度盡可能相近。另外，為使鍍鋅時(shí)熔鋅在鋼箱內(nèi)部能流動(dòng)順暢，鋼箱焊件的施工手孔、灌漿孔等需要采用對(duì)角方式預(yù)留。除上下緣鋼箱斷面外，其他較無(wú)勁度要求的斷面均采用單一槽鋼、H型鋼或角鋼等開(kāi)放性斷面[3]。

3.3 螺栓要求

由于鍍鋅的高溫會(huì)松弛已經(jīng)栓緊的螺栓夾緊力，如果再以鍍鋅表面焊接，會(huì)因所附著的鋅的影響降低焊接品質(zhì)，因此本次鍍鋅設(shè)計(jì)完全避免在鍍鋅前采用螺栓接合及鍍鋅后采用焊接接合。對(duì)鍍鋅前需結(jié)合的位置均以焊接方式接合，且為避免變形盡可能采用雙面焊接，而在鍍鋅后再組合均采用螺栓接合。

雖然本工程鋼骨構(gòu)造在完成后是埋置在混凝土內(nèi)的，其應(yīng)力傳遞主要依靠混凝土與鋼骨的粘著力，但在灌注混凝土施工時(shí)，鋼骨仍需以接頭結(jié)合方式傳遞應(yīng)力。由于熱鍍鋅使得螺栓結(jié)合的摩擦系數(shù)降低，為確保螺栓的栓緊軸力，本設(shè)計(jì)規(guī)定在接合處須先以洗鋅劑等方式將鍍鋅層移除后，才可安裝高拉力螺栓。而本工程在實(shí)際施工時(shí)采用軸力計(jì)的栓緊設(shè)備以安裝高拉力螺栓。按照本工地試驗(yàn)，本工程鍍鋅鋼材的摩擦系數(shù)較一般無(wú)鍍鋅低40%以上。

鍍鋅鋼材的螺栓開(kāi)孔孔徑應(yīng)較一般略大為宜，本設(shè)計(jì)對(duì)孔徑尺寸雖無(wú)特別規(guī)定，僅要求施工前應(yīng)先制作樣品測(cè)試開(kāi)孔尺寸，但為了能加大孔徑而不減少有效面積，規(guī)定螺栓開(kāi)孔均應(yīng)以鉆孔方式開(kāi)孔，不得使用沖孔，以避免開(kāi)孔損壞周?chē)匿摬?，以彌補(bǔ)因鍍鋅所需要加大的孔徑。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，采用安全系數(shù)較大且規(guī)范容許孔徑較大的摩阻型結(jié)合方式，各階段鋼箱型斷面的續(xù)接也多以單剪方式傳遞剪力[4]。

4 熱浸鍍鋅的施工檢查

4.1 外觀檢查

熱浸鍍鋅的主要目的在于防腐蝕。雖然鋼料外觀的優(yōu)劣與否與防腐蝕功能并無(wú)太大關(guān)聯(lián)，但良好的外觀可增加商品價(jià)值，一般也常以外觀作為檢驗(yàn)品質(zhì)的主要項(xiàng)目。尤其是當(dāng)鋼橋采用熱浸鍍鋅替代油漆涂裝時(shí)，可以用鍍鋅直接作為外裝飾，不必再定期重漆，這種方式也成為主要考量因素之一。本工程因鋼料都包裹在混凝土內(nèi)，外觀并非重點(diǎn)，因此對(duì)于不影響防腐蝕能力的鍍鋅表面缺陷并不要求修飾。初步由工地觀察，本工程鍍鋅表面出現(xiàn)不平滑、不均勻的現(xiàn)象大體為以下幾項(xiàng)：（1）鍍鋅表面有氧化物渣層及粗積滯現(xiàn)象;（2）鍍鋅表面雖平滑但有花紋模樣的光澤變化;（3）鍍鋅表面有傷痕情形，二次鍍鋅在重疊處表面有過(guò)厚、渣層情況;（4）工地架設(shè)后部分鍍鋅表面有白銹情況出現(xiàn)，可能是由于工地環(huán)境潮濕多變的原因造成，在要求對(duì)其進(jìn)行鉻酸鹽處理后均無(wú)此現(xiàn)象。

4.2 變形檢查

一般鋼材在經(jīng)過(guò)熱浸鍍鋅后，大都有收縮趨勢(shì)，本工程鋼結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)度方向經(jīng)鍍鋅后也存在變形情況。而在桿件橫斷面部分，為避免最易變形的鋼箱梁斷面產(chǎn)生變形，鍍鋅時(shí)在內(nèi)部架設(shè)加筋鋼板，結(jié)果根據(jù)量測(cè)資料顯示在橫斷面并無(wú)變形量發(fā)生。

4.3 附著性檢查

在鋼骨結(jié)構(gòu)部分，有鍍鋅面觀察附著性大體良好，并無(wú)明顯剝離情況。而在鋼筋方面，部分直徑較小的鋼筋，在彎曲加工后，于彎鉤處的鍍鋅膜有部分剝離現(xiàn)象。由于鍍鋅的高溫容易使彎曲加工處的鋼筋產(chǎn)生脆化，大多采用先鍍鋅再?gòu)澢姆椒╗5]。但此步驟卻容易使鍍鋅膜因彎曲造成龜裂剝離。針對(duì)此剝離情況，本工程設(shè)計(jì)規(guī)定采用高濃度鋅粉涂料進(jìn)行修補(bǔ)。一般鍍鋅膜是由合金層與純鋅層組成，位于膜面最外側(cè)的純鋅層延展性最佳，可由本層防止如彎曲加工造成的龜裂剝離。本工程發(fā)生剝離現(xiàn)象的鋼筋可能是因?yàn)榧冧\層太薄，因此對(duì)要進(jìn)行彎曲加工的鋼筋，應(yīng)研究在鍍鋅過(guò)程中，通過(guò)控制溫度、浸鋅時(shí)間和冷卻速度等技巧增加純鋅層厚度，最終提高附著性，避免造成剝離。

5 結(jié)語(yǔ)

防腐蝕問(wèn)題是鋼結(jié)構(gòu)的重要課題之一。國(guó)內(nèi)過(guò)去對(duì)鋼橋進(jìn)行防腐蝕處理的方式大都是采用油漆涂裝，這種方式由于需要定期保養(yǎng)與重漆，使得鋼橋的維護(hù)費(fèi)用較高。本項(xiàng)目由于鋼料被覆蓋在混凝土內(nèi)，無(wú)法以油漆方式進(jìn)行防腐蝕處理，但因項(xiàng)目工程位于高銹蝕環(huán)境，且施工期間鋼料又需暴露在大氣中的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)考慮決定采用熱浸鍍鋅作為防腐蝕處理方法。通過(guò)熱浸鍍鋅處理后對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，橋梁鋼結(jié)構(gòu)的變形及鍍鋅附著性均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，滿足橋梁的使用和維護(hù)要求，證明熱浸鍍鋅方法能有效保證鋼結(jié)構(gòu)的防腐效果和可操作性，具備推廣使用的潛力。

參考文獻(xiàn)：

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