熱浸鍍鋅防腐在南寧市五象大橋中的應用

羅榮臻

摘要：文章結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。

關鍵詞：熱浸鍍鋅;防腐;鋼結構;斜拉橋

0 引言

五象大橋是廣西壯族自治區南寧市境內連接良慶區與青秀區的一條過江橋梁，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。斜拉索順橋向標準間距為12m，塔上間距為7m。塔柱順橋向寬度為7.5～11.5m，橫橋向寬度為6～10m，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。斜拉索梁上標準索距為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構，半漂浮體系，邊跨設置一個輔助墩。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，斜拉索錨箱設在箱梁內腹板外側，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腹板的外側。斜拉索采用單端張拉，張拉端設在塔柱內。斜拉索采用高強度低松弛環氧噴涂鋼絞線，拉索護套采用雙螺旋線抗風振圓管HDPE護套。

1 橋梁腐蝕因素

本工程由于處于高腐蝕環境區，因此橋梁形式及構造材料均須注意防腐。與工程有關的腐蝕環境主要來自兩項：（1）地形上的潮濕多雨環境;（2）工程場址位于河道之上，溫差及濕度均較大，在設計上，要考慮20℃左右的溫差應力。

1.1 水氣的防腐方式

潮濕多雨環境所產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構，這樣就避免了裂縫產生，使水氣及腐蝕性空氣無法侵入。

在梁面采用平坦設計，使其通風較好，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，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，才能察覺到腐蝕現象。尤其本橋跨徑較大，若因鋼料銹蝕影響到結構強度，其后果將極為嚴重。而且本橋位于極潮濕多雨環境，施工場地溫差又大，對連續大跨徑的橋型而言，由于鋼料與混凝土的膨脹與收縮系數不同，易因溫差伸縮變化導致混凝土產生裂縫。

對于能不降低鋼料與混凝土間附著能力的防銹處理方式，本工程在規劃階段考慮采用熱浸鍍鋅或環氧樹脂覆蓋表層，其中由于環氧樹脂法應用于鋼筋費用極高，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，且在進行熱浸鍍鋅處理后，在鋼材表面所形成的鍍鋅膜如發生銹蝕，其銹蝕生成物為極致密的物質，對內部鋼材將形成強力保護膜作用，使后續的銹蝕難以繼續，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計如下：

（1）鋼骨結構：550g/cm3;

（2）拉結鋼筋：600g/cm3;

（3）螺栓：550g/cm3。

2.2.2 鍍鋅步驟

鍍鋅作業需參照國家相關規范處理，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鋅的附著力，處理效果的好壞對鍍鋅的效果好壞關系極大。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鍍鋅附著力。

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

（3）后處理：鍍鋅后的鋼材應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，需先將鋼材經水冷卻，鍍鋅面若有缺陷再以適當方式進行修補。另外，由于本工程施工環境的雨量及濕度均較高，為避免鋼料沾到雨露造成白銹現象，對鋼筋進行鍍鋅后應做鉻酸鹽處理[2]。

3 熱浸鍍鋅的注意事項

為配合熱浸鍍鋅處理，本工程鋼骨結構采用如下的特殊考慮：

3.1 鋼材的選擇

由于鍍鋅作業為高溫處理，為避免高溫影響鋼材性質，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≤0.5%。

3.2 鋼骨結構斷面處理

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，本工程鋼骨結構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，以避免鍍鋅造成不良變形，且達到提高鋼箱內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，因此本次鍍鋅設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。

雖然本工程鋼骨構造在完成后是埋置在混凝土內的，其應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，鋼骨仍需以接頭結合方式傳遞應力。由于熱鍍鋅使得螺栓結合的摩擦系數降低，為確保螺栓的栓緊軸力，本設計規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較一般無鍍鋅低40%以上。

鍍鋅鋼材的螺栓開孔孔徑應較一般略大為宜，本設計對孔徑尺寸雖無特別規定，僅要求施工前應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，規定螺栓開孔均應以鉆孔方式開孔，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。在進行強度計算時，采用安全系數較大且規范容許孔徑較大的摩阻型結合方式，各階段鋼箱型斷面的續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。雖然鋼料外觀的優劣與否與防腐蝕功能并無太大關聯，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的主要項目。尤其是當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，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不平滑、不均勻的現象大體為以下幾項：（1）鍍鋅表面有氧化物渣層及粗積滯現象;（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）工地架設后部分鍍鋅表面有白銹情況出現，可能是由于工地環境潮濕多變的原因造成，在要求對其進行鉻酸鹽處理后均無此現象。

4.2 變形檢查

一般鋼材在經過熱浸鍍鋅后，大都有收縮趨勢，本工程鋼結構在長度方向經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生變形，鍍鋅時在內部架設加筋鋼板，結果根據量測資料顯示在橫斷面并無變形量發生。

4.3 附著性檢查

在鋼骨結構部分，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象。由于鍍鋅的高溫容易使彎曲加工處的鋼筋產生脆化，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，本工程設計規定采用高濃度鋅粉涂料進行修補。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。本工程發生剝離現象的鋼筋可能是因為純鋅層太薄，因此對要進行彎曲加工的鋼筋，應研究在鍍鋅過程中，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 結語

防腐蝕問題是鋼結構的重要課題之一。國內過去對鋼橋進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與重漆，使得鋼橋的維護費用較高。本項目由于鋼料被覆蓋在混凝土內，無法以油漆方式進行防腐蝕處理，但因項目工程位于高銹蝕環境，且施工期間鋼料又需暴露在大氣中的時間過長，經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行檢查發現，橋梁鋼結構的變形及鍍鋅附著性均在規范要求范圍內，滿足橋梁的使用和維護要求，證明熱浸鍍鋅方法能有效保證鋼結構的防腐效果和可操作性，具備推廣使用的潛力。

參考文獻：

[1]應甘洲.索結構在橋梁工程中的應用及基本防腐處理措施[J].鐵道工程學報，2009，26（6）：81-85.

[2]尹 紅，周芳龍.鋅加防護在橋梁鋼結構防腐和維修中的應用[C].全國涂料涂裝技術信息交流會暨交通用涂料涂裝技術研討會，2010.

[3]郭 濤.橋梁索結構熱浸鍍鋅防腐處理措施[C].建筑科技與管理學術交流會，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.大跨度橋梁纜索結構對鋼絲及其制品的技術要求[J].金屬制品，2009，35（4）：58-62.