鋅鋁鎂鋼護(hù)欄在2020年鶴大高速公路波形梁鋼護(hù)欄改造工程中的應(yīng)用

宋星池

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

護(hù)欄是高速公路防護(hù)設(shè)施中常見的防護(hù)措施之一，在公路工程設(shè)計(jì)過程中，合理設(shè)置護(hù)欄，可以消除那些可能產(chǎn)生致命后果的因素。波形梁鋼護(hù)欄是應(yīng)用較為頻繁的半剛性護(hù)欄，通過逐節(jié)鋼板有效搭接及立柱的支撐，鋼護(hù)欄具有整體防撞作用。波形梁鋼護(hù)欄利用立柱埋深、混凝土基礎(chǔ)及護(hù)欄橫梁的形變來吸收碰撞能量。當(dāng)車輛與鋼護(hù)欄發(fā)生碰撞時，鋼護(hù)欄會通過整體形變迫使機(jī)動車逐步改變方向，將車輛糾正到正常的行駛方向。波形梁鋼護(hù)欄能夠有效防止車輛行駛至道路以外、穿越中央分隔帶等情況的發(fā)生，保護(hù)乘客的生命安全且防止二次事故的發(fā)生，盡可能地減小事故帶來的損失。同時，護(hù)欄在公路上的整體性還能對駕駛員起到良好的視線誘導(dǎo)作用。

波形梁鋼護(hù)欄的抗腐蝕性直接影響護(hù)欄的防護(hù)性、美觀性及生命周期長度。高速公路運(yùn)營過程當(dāng)中，護(hù)欄鋼板將長時間面臨高溫日照、雨雪、溫度變化及當(dāng)?shù)丨h(huán)境等諸多外界因素，故需要在鋼護(hù)欄表面采用適當(dāng)?shù)哪透g技術(shù)，使其在復(fù)雜的外界因素影響下盡可能地延續(xù)生命周期。鋼護(hù)欄傳統(tǒng)的防腐手段包括噴漆、鍍鋅、鍍鋁、噴鋅和噴鋁、噴塑防腐等技術(shù)，實(shí)踐證明，利用傳統(tǒng)防腐手段的護(hù)欄在地理?xiàng)l件較為苛刻的環(huán)境中，鋼護(hù)欄腐蝕較為嚴(yán)重。

1 傳統(tǒng)鋼護(hù)欄防腐手段

國內(nèi)高速公路上的半剛性護(hù)欄普遍采用的是波形梁鋼護(hù)欄形式，縱觀目前我國高速公路交通安全設(shè)施工程，熱浸鍍鋅防腐是鋼護(hù)欄防腐的主要手段之一[1]。沈陽繞城高速、沈陽至本溪、沈陽至鐵嶺等高速均采用熱浸鍍鋅技術(shù)對鋼護(hù)欄進(jìn)行防腐處理。

熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是將鋼構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的防腐技術(shù)手段。鍍鋅護(hù)欄板就是將護(hù)欄、立柱浸鍍到鋅液中而獲得，通過控制鍍鋅工藝，使得護(hù)欄板、立柱鋅層厚度達(dá)到《GB/T 18226-2015》的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

在浸鍍過程中，酸洗、熱鍍過程會揮發(fā)大量化學(xué)物質(zhì)，如酸霧、預(yù)鍍劑、氯化鋅等氣態(tài)物質(zhì)。如控制不當(dāng)，將嚴(yán)重危害到環(huán)境及現(xiàn)場工人的健康。

2 鋅鋁鎂鍍層技術(shù)防腐手段

為了降低鋅金屬的消耗、有效增強(qiáng)產(chǎn)品的抗腐蝕能力、增長產(chǎn)品的生命周期，鋅鋁鎂合金防腐技術(shù)成為新的研討方向。預(yù)鍍鋅鋁鎂鍍層是在板材涂層中添加了合適比例的鋅、鋁、鎂，使板材涂層呈現(xiàn)多相混合結(jié)構(gòu)，以Zn晶粒、含MgZn2的二元或三元共晶為主，同時存在富Al相以及一層較薄的合金層，提升板材的抗腐蝕強(qiáng)度，是一種具有高抗腐蝕能力的新型防腐技術(shù)。

預(yù)鍍鋅鋁鎂護(hù)欄是將鋼板浸鍍鋅鋁鎂鍍層，經(jīng)過沖孔、成型、焊接獲得，符合《GB/T 31147-2015》標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 鋅鋁鎂鍍層的特點(diǎn)

(1)防銹性較鍍鋅板更好(高出鍍鋅板10～20倍)。

(2)成本更低。

(3)耐蝕性能好(鋁元素易于鈍化，在鍍層表面形成鈍化膜，與鍍鋅相比具有較強(qiáng)的抗酸腐蝕性)。

(4)加工性能好(優(yōu)異的耐磨和耐刮痕性能)。

(5)切口耐蝕性能好(切口能自動修復(fù)，防止紅銹產(chǎn)生)。

(6)更加環(huán)保。

(7)壽命長。

(8)鍍層硬度高(因?yàn)殒V的加入，提高了鍍層硬度，涂層的抗碰傷能力高)。

2.2 鋅鋁鎂鍍層的防腐機(jī)理

(1)屏蔽作用

鍍鋅鋁鎂鋼板因?yàn)殄儗铀V和鋁成份的作用，隨著時間的推移，在鍍層表面上生成附著性極高的致密保護(hù)皮膜，有效防止腐蝕因子的通過，實(shí)現(xiàn)耐蝕性的穩(wěn)定作用。而傳統(tǒng)熱鍍鋅鍍層，通常可見到“鋅花”，存在大量晶界，氧、水等腐蝕因子易穿透鍍層，侵蝕鋼材。

圖1 ZAM鍍層屏蔽效應(yīng)示意圖

圖2 不同鍍層鹽霧試驗(yàn)對比

(2)犧牲陽極的特性

在板材切口處，因電位差的作用，暴露至空氣中的鋼板與鍍層產(chǎn)生電化學(xué)作用，由于鍍層犧牲陽極的特性，可進(jìn)一步加速鍍層的溶解。隨著鍍層溶解物的產(chǎn)生，可將切口包覆，有效防止鋼板被進(jìn)一步侵蝕。

切口形態(tài)變化的主要特征如下：初期(5天至6個月)，會有輕微紅銹；中期(半年至數(shù)年)鍍層物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，將切口面包覆，阻止鋼鐵材料的腐蝕進(jìn)一步發(fā)生。與熱鍍鋅的腐蝕產(chǎn)物氧化鋅相比，ZAM鍍層的腐蝕產(chǎn)物更為致密，屏蔽效果更好。

(3)拉伸、彎曲后涂層耐腐蝕性依舊優(yōu)良

預(yù)鍍鋅鋁鎂合金板經(jīng)過突杯試驗(yàn)、彎曲對折、切口后的樣品，經(jīng)過2000h鹽霧試驗(yàn)后，預(yù)鍍鋅鋁鎂合金板的涂層表面無紅繡產(chǎn)生，防腐性能優(yōu)良。

3 預(yù)鍍鋅鋁鎂防腐涂層的優(yōu)勢

(1)環(huán)保性

傳統(tǒng)鍍鋅護(hù)欄板生產(chǎn)過程中，采取敞開式吊鍍的方式進(jìn)行生產(chǎn)，粗放式的生產(chǎn)模式導(dǎo)致大量的酸霧產(chǎn)生，收集處理難度大，不易處理。

預(yù)鍍鋅鋁鎂護(hù)欄帶鋼在密閉的設(shè)備中生存，無組織廢氣的排放，生產(chǎn)過程可控，環(huán)保。

(2)防腐性與性價(jià)比

傳統(tǒng)熱鍍鋅鍍層，通?？梢姷健颁\花”，存在大量晶界，氧、水等腐蝕因子易穿透鍍層，侵蝕鋼材。

鋅鋁鎂鍍層結(jié)構(gòu)更為致密，有效阻止晶間腐蝕的發(fā)生，更為有效地防止腐蝕因子穿透屏障[2]，從而達(dá)到更好的防腐蝕性。鋅鋁鎂的耐腐蝕性好，鍍層厚度275g/m2的耐蝕性能與熱鍍鋅層600g/m2的性能相當(dāng)，且鋅鋁鎂鍍層鋼板的斷面切口保護(hù)能力好[3]。

相比鍍鋅防腐技術(shù)，鋅鋁鎂鍍層防腐技術(shù)不但成本更低，而且解決了傳統(tǒng)防腐手段導(dǎo)致的切口防腐能力差的問題。

4 預(yù)鍍鋅鋁鎂護(hù)欄在本項(xiàng)目的應(yīng)用及施工要點(diǎn)

4.1 預(yù)鍍鋅鋁鎂護(hù)欄在本項(xiàng)目的應(yīng)用

本項(xiàng)目位于G11鶴大高速公路大連至莊河段，項(xiàng)目地距離海邊較近，存在明顯的地域海洋性氣候的特性。由于海水是強(qiáng)電解質(zhì)溶液，氯離子和硫酸根離子濃度很高，鋼護(hù)欄在高溫、高濕、高鹽環(huán)境中腐蝕尤為嚴(yán)重[4]。傳統(tǒng)鍍鋅鋼護(hù)欄在應(yīng)用過程中會因苛刻的環(huán)境而加速鋼護(hù)欄的腐蝕，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，靠海一側(cè)的鋼護(hù)欄受腐蝕情況尤為嚴(yán)重。

本項(xiàng)目波形梁鋼護(hù)欄防腐鍍層采用的鋅鋁鎂鍍層，在靠海較近、夏天日照強(qiáng)、冬季寒冷的環(huán)境較為苛刻的地區(qū)，此種防腐技術(shù)在鋼護(hù)欄生命周期內(nèi)具有更優(yōu)秀的表現(xiàn)。在沿海地區(qū)，鋅鋁鎂鍍層具有更強(qiáng)的抗腐蝕功能，護(hù)欄安全性更好、更美觀、養(yǎng)護(hù)成本更低。相比于鍍鋅防腐生產(chǎn)工藝，鋅鋁鎂護(hù)欄生產(chǎn)效率更高、更環(huán)保，護(hù)欄生命周期綜合成本更低，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。

4.2 預(yù)鍍鋅鋁鎂護(hù)欄在本項(xiàng)目的施工要點(diǎn)

(1)鍍層要求

預(yù)鍍鋅鋁鎂防腐工藝的波形梁鋼護(hù)欄要求鋼護(hù)欄立柱、波形梁、防阻塊的鋅鋁鎂鍍層不低于117g/m2，鋅鋁鎂鍍層厚度不低于21μm，防腐工藝符合《預(yù)鍍鋅公路護(hù)欄》GB/T 31447-2015的相關(guān)規(guī)定。

(2)施工要求

預(yù)鍍鋅鋁鎂防腐工藝的波形梁鋼護(hù)欄在路基段施工過程中，護(hù)欄立柱優(yōu)先采用打入式施工工藝。若護(hù)欄立柱需在排水溝的邊溝打入，應(yīng)采用先鉆孔后打入施工工藝，并相應(yīng)修復(fù)排水邊溝。

預(yù)鍍鋅鋁鎂防腐工藝的波形梁鋼護(hù)欄在橋梁段施工過程中，應(yīng)先在橋梁段預(yù)埋法蘭及螺栓等預(yù)埋件，隨后利用柱腳法蘭安裝鋼護(hù)欄立柱。

5 結(jié)束語

2020年鶴大高速公路大連至莊河段波形梁鋼護(hù)欄改造項(xiàng)目的改造地點(diǎn)較為特殊，與內(nèi)陸地區(qū)相比，沿海地區(qū)對鋼護(hù)欄的腐蝕更為嚴(yán)重，故對鋼護(hù)欄防腐涂層提出了更高的要求。設(shè)計(jì)過程中，在采用成熟設(shè)計(jì)理念的前提下，結(jié)合沿海地區(qū)氯離子含量較高、腐蝕性更強(qiáng)的實(shí)際情況，采用了耐腐蝕性、耐磨性更強(qiáng)且具有切口自愈功能的鋅鋁鎂涂層鋼護(hù)欄。鋅鋁鎂合金護(hù)欄鍍層相比于傳統(tǒng)鍍層更薄，從鋼護(hù)欄全壽命周期來看，成本更低、性價(jià)比更高。當(dāng)然，通車之后的實(shí)施效果還有待接受社會車輛的嚴(yán)格檢驗(yàn)，使用的技術(shù)也將隨技術(shù)的演進(jìn)及時迭代升級。