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        熱浸鍍鋅防腐在南寧市五象大橋中的應(yīng)用

        2020-03-01 09:36:16羅榮臻
        西部交通科技 2020年7期
        關(guān)鍵詞:斜拉橋防腐鋼結(jié)構(gòu)

        羅榮臻

        摘要:文章結(jié)合五象大橋工程實例,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及施工檢查要點。

        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1320m,主橋全長590m,引橋長297m,引道長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,單索最大型號為85束,最小型號為43束。五象大橋主橋采用五跨雙獨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),索力通過錨箱傳遞給腹板。索塔為獨柱形式,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,索塔承臺為圓端形截面,每個承臺下接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)境主要來自兩項:(1)地形上的潮濕多雨環(huán)境;(2)工程場址位于河道之上,溫差及濕度均較大,在設(shè)計上,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法侵入。

        在梁面采用平坦設(shè)計,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,但也因為不易被檢修出是否有銹蝕,可能要到接近危險狀態(tài),才能察覺到腐蝕現(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,施工場地溫差又大,對連續(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)氧樹脂覆蓋表層,其中由于環(huán)氧樹脂法應(yīng)用于鋼筋費用極高,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),對內(nèi)部鋼材將形成強力保護(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

        本工程各項鋼料的鍍鋅量分別設(shè)計如下:

        (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)需參照國家相關(guān)規(guī)范處理,主要分為三個階段:

        (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:

        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。由于鋅的熔點為420℃,而溫度過高將影響鋼料材質(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度成長,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。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

        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鋼材,尤其是對鍍鋅過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,以提高施工時的鋼骨強度,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,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,為使鍍鋅時熔鋅在鋼箱內(nèi)部能流動順暢,鋼箱焊件的施工手孔、灌漿孔等需要采用對角方式預(yù)留。除上下緣鋼箱斷面外,其他較無勁度要求的斷面均采用單一槽鋼、H型鋼或角鋼等開放性斷面[3]。

        3.3 螺栓要求

        由于鍍鋅的高溫會松弛已經(jīng)栓緊的螺栓夾緊力,如果再以鍍鋅表面焊接,會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,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。而本工程在實際施工時采用軸力計的栓緊設(shè)備以安裝高拉力螺栓。按照本工地試驗,本工程鍍鋅鋼材的摩擦系數(shù)較一般無鍍鋅低40%以上。

        鍍鋅鋼材的螺栓開孔孔徑應(yīng)較一般略大為宜,本設(shè)計對孔徑尺寸雖無特別規(guī)定,僅要求施工前應(yīng)先制作樣品測試開孔尺寸,但為了能加大孔徑而不減少有效面積,規(guī)定螺栓開孔均應(yīng)以鉆孔方式開孔,不得使用沖孔,以避免開孔損壞周圍的鋼材,以彌補因鍍鋅所需要加大的孔徑。在進(jìn)行強度計算時,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太大關(guān)聯(lián),但良好的外觀可增加商品價值,一般也常以外觀作為檢驗品質(zhì)的主要項目。尤其是當(dāng)鋼橋采用熱浸鍍鋅替代油漆涂裝時,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,因此對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:(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,在要求對其進(jìn)行鉻酸鹽處理后均無此現(xiàn)象。

        4.2 變形檢查

        一般鋼材在經(jīng)過熱浸鍍鋅后,大都有收縮趨勢,本工程鋼結(jié)構(gòu)在長度方向經(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,鍍鋅時在內(nèi)部架設(shè)加筋鋼板,結(jié)果根據(jù)量測資料顯示在橫斷面并無變形量發(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,大多采用先鍍鋅再彎曲的方法[5]。但此步驟卻容易使鍍鋅膜因彎曲造成龜裂剝離。針對此剝離情況,本工程設(shè)計規(guī)定采用高濃度鋅粉涂料進(jìn)行修補。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)象的鋼筋可能是因為純鋅層太薄,因此對要進(jìn)行彎曲加工的鋼筋,應(yīng)研究在鍍鋅過程中,通過控制溫度、浸鋅時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

        防腐蝕問題是鋼結(jié)構(gòu)的重要課題之一。國內(nèi)過去對鋼橋進(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)費用較高。本項目由于鋼料被覆蓋在混凝土內(nèi),無法以油漆方式進(jìn)行防腐蝕處理,但因項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間過長,經(jīng)過考慮決定采用熱浸鍍鋅作為防腐蝕處理方法。通過熱浸鍍鋅處理后對項目進(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):

        [1]應(yīng)甘洲.索結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用及基本防腐處理措施[J].鐵道工程學(xué)報,2009,26(6):81-85.

        [2]尹 紅,周芳龍.鋅加防護(hù)在橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐和維修中的應(yīng)用[C].全國涂料涂裝技術(shù)信息交流會暨交通用涂料涂裝技術(shù)研討會,2010.

        [3]郭 濤.橋梁索結(jié)構(gòu)熱浸鍍鋅防腐處理措施[C].建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會,2013.

        [4]徐耀賜,姚志銘,彭振[XC聲.TIF;%110%110,JZ].熱浸鍍鋼橋壽命周期成本分析研究[C].第七屆亞太鍍鋅大會,2007.

        [5]葉覺明.大跨度橋梁纜索結(jié)構(gòu)對鋼絲及其制品的技術(shù)要求[J].金屬制品,2009,35(4):58-62.

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