耐候鋼的最大用途就是造橋

文/鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院首席專家 侯華興

鋼結(jié)構(gòu)橋梁在我國的發(fā)展前景廣闊。鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢明顯，可以循環(huán)利用，拆了舊橋建新橋，這是混凝土橋無法比擬的；鋼橋環(huán)境友好程度高，目前，我國每年修建公路橋61.2萬座，修建高鐵2000公里，據(jù)此統(tǒng)計，未來行業(yè)將承受每米廢橋?qū)a(chǎn)生10噸垃圾的環(huán)保壓力。

鋼結(jié)構(gòu)橋的劣勢很突出，就是容易腐蝕，這就是為什么研發(fā)生產(chǎn)耐候鋼的原因。

美國不涂裝耐候鋼橋分布圖

國外：納入國家標(biāo)準(zhǔn)

美國耐候鋼最大的用途就是用于建橋。1995年，由美國聯(lián)邦公路局（FHWA）、美國海軍、美國鋼鐵學(xué)會（AISI）共同開發(fā)出一種高性能耐候橋梁鋼（High Performance Steel，HPS）HPS70W （相當(dāng)于我國HPS485W屈服強(qiáng)度的高性能鋼），至少節(jié)約成本18%，減輕重量 28%。HPS 50W（HPS 345W）、HPS 100W（HPS 690W）納入ASTM A709標(biāo)準(zhǔn)中（美國材料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）。2005年，美國第200座HPS鋼橋投入使用。

美國研發(fā)的高性能耐候鋼特點突出，低碳含量（≤0.08%），采用TMCP（熱軋過程中控制溫度和冷卻的技術(shù)）、調(diào)質(zhì)、析出強(qiáng)化或采用加速冷卻或直接淬火工藝等先進(jìn)冶金生產(chǎn)工藝。高性能耐候鋼除了具備優(yōu)良的耐候性能外，鋼材的強(qiáng)度、焊接性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變性能、疲勞性能以及持久強(qiáng)度等方面都較普通鋼材得到較大改善。

日本于1967年開始使用耐候鋼建造橋梁，根據(jù)島國自身環(huán)境，日本將耐候鋼分為了兩個類別——一般大氣環(huán)境用耐候橋梁鋼、沿海大氣環(huán)境用鎳系高耐候鋼。后者主要用于適應(yīng)空氣中鹽分沉積量高也就是氯離子濃度高的沿海氣候。日本分段測量了沿海氯離子的含量，施劃了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖，規(guī)定了哪些地段可以使用高鎳耐候鋼，哪些地段不能使用，比如日本海沿岸20公里以內(nèi)不能使用普通耐候鋼，太平洋和瀨戶內(nèi)海沿岸2公里以內(nèi)不能使用普通耐候鋼。這一規(guī)定尚未納入國家標(biāo)準(zhǔn)，但是已經(jīng)納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。近年來，日本先后于2010年、2011年、2015年在東北新干線、九州新干線、北陸新干線上使用了鎳系耐候鋼建造橋梁。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)中（標(biāo)準(zhǔn)號：EN10025-5）的耐候鋼種類有三個——S235（J0、J2）W、S355（J0、J2、K2）W 、S355（J0、J2）WP。俄羅斯注重耐候鋼在極低溫條件下的表現(xiàn)，比如高硅耐候鋼材。

國內(nèi)：納入“十三五”重大專項

從2004年開始，國內(nèi)鞍鋼、武鋼等鋼鐵企業(yè)專注于開發(fā)高性能鋼。2015年制定國家標(biāo)準(zhǔn)時，將耐候鋼材料納入《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T714—2015）標(biāo)準(zhǔn)，Q345qNH、Q370qNH、Q420qNH、Q460qNH、Q500qNH、Q550qNH牌號的高性能耐候鋼均被納入，鞍鋼、武鋼、寶鋼、首鋼、南鋼、新余等企業(yè)都具備供貨能力，并且逐漸出現(xiàn)了工程應(yīng)用，工程實踐中有涂裝應(yīng)用、免涂裝應(yīng)用和半涂裝應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計，達(dá)到20余座。

鞍鋼集團(tuán)于2011年向美國阿拉斯加塔納納西河鐵路橋項目提供供貨鋼料

2016年通車的遼寧省鐵嶺毛家店耐候鋼橋

目前，由武鋼牽頭的高性能耐候鋼研發(fā)項目，納入了“十三五”重大專項中，目前，項目已經(jīng)正式啟動。

我國目前也在開發(fā)具有橋梁建造潛力的新材料。比如鞍鋼和寶鋼等鋼廠都在研發(fā)的普通鋼和不銹鋼的復(fù)合鋼板，復(fù)合方法通過爆炸復(fù)合、真空焊接加軋制復(fù)合等，國內(nèi)目前有些橋面已經(jīng)實現(xiàn)了批量應(yīng)用；另外，普通鋼和鈦合金的復(fù)合鋼板也得到了關(guān)注，這種復(fù)合鋼可以滿足在海水中耐腐蝕，這樣一來，跨海大橋橋墩耐蝕或者飛濺區(qū)等問題都將得到很好的解決。長材方面，耐蝕鋼筋、耐候的H型鋼等也實現(xiàn)了生產(chǎn)和供貨。

表1 鞍鋼高性能耐候橋梁鋼產(chǎn)品牌號

橋梁耐候鋼標(biāo)準(zhǔn)大綱已評審?fù)ㄟ^

在高性能耐候鋼橋?qū)崿F(xiàn)免涂裝應(yīng)用的路上，還有很多問題需要關(guān)注。作為鋼鐵行業(yè)，其主要職責(zé)是生產(chǎn)出能用、好用的材料；作為交通行業(yè)，則要關(guān)注如何用好這些材料。

耐蝕鋼是在大氣中應(yīng)用的，根據(jù)大氣中不同的腐蝕因子，如二氧化硫、氯離子、一般大氣，用鋼的化學(xué)成分應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別。在水中、土中是不能應(yīng)用耐候鋼的。鋼種耐候性會因企業(yè)生產(chǎn)工藝的不同，導(dǎo)致鋼材耐候性的表現(xiàn)也不一樣。

一些輔助材料使用的匹配性也應(yīng)當(dāng)注意，比如焊材及螺栓、鉚釘?shù)龋鑿某煞稚虾妥愿g電位上考慮是否匹配。鋼橋在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)特別注意排水、橋距離水面的高度等。

對于跨海大橋是否能夠?qū)崿F(xiàn)耐候鋼不涂裝應(yīng)用，筆者認(rèn)為是具備條件實現(xiàn)的，其取決于橋面距離水面的高度，鞍鋼在對海洋氯離子做的相關(guān)測算工作顯示，距離內(nèi)陸越遠(yuǎn)，氯離子含量呈幾何級數(shù)下降，距離海面越遠(yuǎn)，氯離子含量呈更大的幾何級數(shù)下降。可見，根據(jù)可靠數(shù)據(jù)、解決銹層穩(wěn)定等問題后，跨海大橋可以采用免涂裝耐候鋼建造。

我國耐候鋼在橋梁上的應(yīng)用處于起步階段，還存在一系列客觀問題，比如，數(shù)據(jù)不充分，雖然我國大氣環(huán)境監(jiān)測站可以提供相應(yīng)數(shù)據(jù)，但是監(jiān)測站數(shù)量有限、站點分布不均勻，其數(shù)據(jù)無法作為耐蝕鋼應(yīng)用的依據(jù)，應(yīng)該充實數(shù)據(jù)，制作相應(yīng)的等高圖等。目前，設(shè)計規(guī)范的空缺，阻礙了耐候鋼在橋梁建造的應(yīng)用，而規(guī)范的制定陷入了“沒有規(guī)范不敢用，沒有用過不敢編制規(guī)范”的局面，筆者建議率先制定指南性規(guī)范，提供參考和借鑒。今年，鋼橋聯(lián)盟聯(lián)合鞍鋼和數(shù)家研究院，向中國公路學(xué)會申報了《橋梁耐候鋼》的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)立項并評審?fù)ㄟ^了大綱。