鋅鋁鎂鋼護欄在2020年鶴大高速公路波形梁鋼護欄改造工程中的應用

宋星池

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

護欄是高速公路防護設施中常見的防護措施之一，在公路工程設計過程中，合理設置護欄，可以消除那些可能產生致命后果的因素。波形梁鋼護欄是應用較為頻繁的半剛性護欄，通過逐節鋼板有效搭接及立柱的支撐，鋼護欄具有整體防撞作用。波形梁鋼護欄利用立柱埋深、混凝土基礎及護欄橫梁的形變來吸收碰撞能量。當車輛與鋼護欄發生碰撞時，鋼護欄會通過整體形變迫使機動車逐步改變方向，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生，保護乘客的生命安全且防止二次事故的發生，盡可能地減小事故帶來的損失。同時，護欄在公路上的整體性還能對駕駛員起到良好的視線誘導作用。

波形梁鋼護欄的抗腐蝕性直接影響護欄的防護性、美觀性及生命周期長度。高速公路運營過程當中，護欄鋼板將長時間面臨高溫日照、雨雪、溫度變化及當地環境等諸多外界因素，故需要在鋼護欄表面采用適當的耐腐蝕技術，使其在復雜的外界因素影響下盡可能地延續生命周期。鋼護欄傳統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，實踐證明，利用傳統防腐手段的護欄在地理條件較為苛刻的環境中，鋼護欄腐蝕較為嚴重。

1 傳統鋼護欄防腐手段

國內高速公路上的半剛性護欄普遍采用的是波形梁鋼護欄形式，縱觀目前我國高速公路交通安全設施工程，熱浸鍍鋅防腐是鋼護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對鋼護欄進行防腐處理。

熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是將鋼構件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的防腐技術手段。鍍鋅護欄板就是將護欄、立柱浸鍍到鋅液中而獲得，通過控制鍍鋅工藝，使得護欄板、立柱鋅層厚度達到《GB/T 18226-2015》的標準規定。

在浸鍍過程中，酸洗、熱鍍過程會揮發大量化學物質，如酸霧、預鍍劑、氯化鋅等氣態物質。如控制不當，將嚴重危害到環境及現場工人的健康。

2 鋅鋁鎂鍍層技術防腐手段

為了降低鋅金屬的消耗、有效增強產品的抗腐蝕能力、增長產品的生命周期，鋅鋁鎂合金防腐技術成為新的研討方向。預鍍鋅鋁鎂鍍層是在板材涂層中添加了合適比例的鋅、鋁、鎂，使板材涂層呈現多相混合結構，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度，是一種具有高抗腐蝕能力的新型防腐技術。

預鍍鋅鋁鎂護欄是將鋼板浸鍍鋅鋁鎂鍍層，經過沖孔、成型、焊接獲得，符合《GB/T 31147-2015》標準。

2.1 鋅鋁鎂鍍層的特點

(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的抗酸腐蝕性)。

(4)加工性能好(優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，防止紅銹產生)。

(6)更加環保。

(7)壽命長。

(8)鍍層硬度高(因為鎂的加入，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理

(1)屏蔽作用

鍍鋅鋁鎂鋼板因為鍍層所含鎂和鋁成份的作用，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皮膜，有效防止腐蝕因子的通過，實現耐蝕性的穩定作用。而傳統熱鍍鋅鍍層，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鍍層屏蔽效應示意圖

圖2 不同鍍層鹽霧試驗對比

(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生電化學作用，由于鍍層犧牲陽極的特性，可進一步加速鍍層的溶解。隨著鍍層溶解物的產生，可將切口包覆，有效防止鋼板被進一步侵蝕。

切口形態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(半年至數年)鍍層物質的溶解產物，將切口面包覆，阻止鋼鐵材料的腐蝕進一步發生。與熱鍍鋅的腐蝕產物氧化鋅相比，ZAM鍍層的腐蝕產物更為致密，屏蔽效果更好。

(3)拉伸、彎曲后涂層耐腐蝕性依舊優良

預鍍鋅鋁鎂合金板經過突杯試驗、彎曲對折、切口后的樣品，經過2000h鹽霧試驗后，預鍍鋅鋁鎂合金板的涂層表面無紅繡產生，防腐性能優良。

3 預鍍鋅鋁鎂防腐涂層的優勢

(1)環保性

傳統鍍鋅護欄板生產過程中，采取敞開式吊鍍的方式進行生產，粗放式的生產模式導致大量的酸霧產生，收集處理難度大，不易處理。

預鍍鋅鋁鎂護欄帶鋼在密閉的設備中生存，無組織廢氣的排放，生產過程可控，環保。

(2)防腐性與性價比

傳統熱鍍鋅鍍層，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。

鋅鋁鎂鍍層結構更為致密，有效阻止晶間腐蝕的發生，更為有效地防止腐蝕因子穿透屏障[2]，從而達到更好的防腐蝕性。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，且鋅鋁鎂鍍層鋼板的斷面切口保護能力好[3]。

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

4 預鍍鋅鋁鎂護欄在本項目的應用及施工要點

4.1 預鍍鋅鋁鎂護欄在本項目的應用

本項目位于G11鶴大高速公路大連至莊河段，項目地距離海邊較近，存在明顯的地域海洋性氣候的特性。由于海水是強電解質溶液，氯離子和硫酸根離子濃度很高，鋼護欄在高溫、高濕、高鹽環境中腐蝕尤為嚴重[4]。傳統鍍鋅鋼護欄在應用過程中會因苛刻的環境而加速鋼護欄的腐蝕，根據現場調查，靠海一側的鋼護欄受腐蝕情況尤為嚴重。

本項目波形梁鋼護欄防腐鍍層采用的鋅鋁鎂鍍層，在靠海較近、夏天日照強、冬季寒冷的環境較為苛刻的地區，此種防腐技術在鋼護欄生命周期內具有更優秀的表現。在沿海地區，鋅鋁鎂鍍層具有更強的抗腐蝕功能，護欄安全性更好、更美觀、養護成本更低。相比于鍍鋅防腐生產工藝，鋅鋁鎂護欄生產效率更高、更環保，護欄生命周期綜合成本更低，符合可持續發展的原則。

4.2 預鍍鋅鋁鎂護欄在本項目的施工要點

(1)鍍層要求

預鍍鋅鋁鎂防腐工藝的波形梁鋼護欄要求鋼護欄立柱、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《預鍍鋅公路護欄》GB/T 31447-2015的相關規定。

(2)施工要求

預鍍鋅鋁鎂防腐工藝的波形梁鋼護欄在路基段施工過程中，護欄立柱優先采用打入式施工工藝。若護欄立柱需在排水溝的邊溝打入，應采用先鉆孔后打入施工工藝，并相應修復排水邊溝。

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

5 結束語

2020年鶴大高速公路大連至莊河段波形梁鋼護欄改造項目的改造地點較為特殊，與內陸地區相比，沿海地區對鋼護欄的腐蝕更為嚴重，故對鋼護欄防腐涂層提出了更高的要求。設計過程中，在采用成熟設計理念的前提下，結合沿海地區氯離子含量較高、腐蝕性更強的實際情況，采用了耐腐蝕性、耐磨性更強且具有切口自愈功能的鋅鋁鎂涂層鋼護欄。鋅鋁鎂合金護欄鍍層相比于傳統鍍層更薄，從鋼護欄全壽命周期來看，成本更低、性價比更高。當然，通車之后的實施效果還有待接受社會車輛的嚴格檢驗，使用的技術也將隨技術的演進及時迭代升級。