鍍鋅鋼管在建筑工程的運用

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摘要:介紹鍍鋅鋼管在建筑工程中的應(yīng)用情況，在鋼管混凝土應(yīng)用廣泛而普通碳素鋼管抗腐蝕能力弱的工程背景下，提出鍍鋅鋼管混凝土的概念，希望能為工程應(yīng)用引入新的方向。

關(guān)鍵詞:熱鍍鋅，抗腐蝕，鍍鋅鋼管，建筑工程

1鍍鋅鋼管的分類及特性

鍍鋅鋼管有冷鍍鋅鋼管和熱鍍鋅鋼管。所謂冷鍍鋅就是電鍍鋅，鍍鋅量每平方米只有10g～50g，鍍鋅量少成本低，但耐腐蝕性較差。熱鍍鋅則是經(jīng)過:表面清理→浸鹽酸及助溶劑→脫水→浸鍍→爆光冷卻等嚴格的一套工藝流程完成的。在熱鍍鋅過程中，鋼管基體與高溫的鍍液會發(fā)生復雜的物理反應(yīng)和化學反應(yīng)，生成耐腐蝕的結(jié)構(gòu)Zn-Fe合金層。合金層、純鋅層與鋼管基體融為一體。鍍層均勻、附著力強、耐腐蝕性強是熱鍍鋅顯著的優(yōu)點。熱鍍鋅的耐腐蝕性比冷鍍鋅的要高幾倍甚至幾十倍［1］。為了保證鍍鋅鋼管的耐腐蝕性，目前工程中一般都采用熱鍍鋅方法。本文討論的鍍鋅鋼管均指熱鍍鋅鋼管。

2鋼材熱鍍鋅技術(shù)的發(fā)展

鋼鐵材料的1/10消耗于腐蝕。為了減少或者避免鋼材由于腐蝕造成的損失，人們嘗試了各種方法和手段。Zn既可以防止鋼鐵的大氣腐蝕，又能受自身腐蝕產(chǎn)物的保護，使自身腐蝕速度減緩，因此被廣泛地用作鋼鐵的防腐蝕材料。早在1742年，法國化學家Malouin就應(yīng)用鋅來做熱鍍，1837年英國的克勞福德Crawford運用氯化銨為溶劑，開始了熱鍍鋅在英國工業(yè)中的應(yīng)用，隨后很多發(fā)達國家發(fā)展了熱鍍鋅工業(yè)［2］。1958年第五次關(guān)于熱鍍鋅方面的國際會議(FifthInternationalConferenceonHotDipGalv-anizing．1958)以后，無論是理論上、生成工藝和設(shè)備以及產(chǎn)能方面，國外熱鍍鋅鋼管行業(yè)得到了快速的發(fā)展［3］。我國熱鍍鋅技術(shù)起步比較晚。鋼材的熱鍍鋅技術(shù)是隨著我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。20世紀80年代的改革初期，我國鋼產(chǎn)量較低，對鋼結(jié)構(gòu)采取限制使用政策，鋼結(jié)構(gòu)或鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)只能用于大跨度、超高層建筑和部分工業(yè)廠房中。90年代中后期，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展以及國家對鋼結(jié)構(gòu)的鼓勵和推廣，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量逐漸增加。1996年我國的鋼產(chǎn)量超過1億t，2003年達到創(chuàng)記錄的2．2億t，2005年上升到3．5億t。與此同時，鋼材的熱鍍鋅工業(yè)也取得了快速發(fā)展。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國批量熱鍍鋅企業(yè)數(shù)量超過1200家，其中容鋅量超過300t的鋅鍋數(shù)量超過260家，生產(chǎn)能力總計超過1000萬t，我國已經(jīng)成為批量熱鍍鋅產(chǎn)量最大的國家［4］。

3鍍鋅鋼管在建筑工程中的應(yīng)用

鍍鋅鋼管因為其力學性能好，抗腐蝕能力強，外形美觀以及造價成本相對較低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于交通、水暖電力、通信、建筑施工等諸多領(lǐng)域。鍍鋅鋼管在建筑施工領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有以下幾種場合:1)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)鋼架大棚建造。中國的設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展很快，已建成了相當規(guī)模的鍍鋅鋼管鋼架大棚和日光溫室農(nóng)業(yè)設(shè)施［5，6］。隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，蔬菜大棚規(guī)模越來越大，對蔬菜大棚的抗災(zāi)能力、使用空間、使用壽命等方面提出了更高的要求。以鍍鋅鋼管為主要受力桿件的鋼架大棚具有使用空間大，耐腐性和抗火能力好，施工簡單等優(yōu)點，在全國范圍內(nèi)尤其是涇河流域已被廣泛應(yīng)用。圖1為在建過程中鍍鋅鋼管鋼架大棚骨架，大棚的立柱、斜撐和拱桿均使用鍍鋅鋼管。2)用于路基邊坡的加固工程。用鍍鋅鋼管作為鉆桿和注漿管進行鉆孔注漿，注漿完成后將鋼管保留在土體內(nèi)，使鍍鋅鋼管與周圍膠凝體形成微型樁，這種加固路基邊坡的方法稱為鍍鋅鋼管注漿加固法［7］。該工藝使用鍍鋅鋼管作為鉆桿、注漿管同時也作為微型樁骨架。施工時需先將鍍鋅鋼管切割成長度1m左右的短鋼管，在管壁上間隔10cm～20cm鉆直徑5mm的注漿孔，同時在鋼管的兩端加工好螺紋接頭，加工圖如圖2所示。鍍鋅鋼管及鋼管內(nèi)的注漿材料強度均很高，而且從鍍鋅鋼管側(cè)壁孔洞中滲出的水泥漿對周圍土體又進行了加固作用，因此相比于其他方法而言，鍍鋅鋼管注漿加固路基邊坡施工工藝加固效果好，施工方便，經(jīng)濟效益高，具有很好的應(yīng)用前景。3)用于建造大型輸電鋼鐵塔。隨著特高壓輸電線路和大截面導線輸電線路的建設(shè)，輸電桿塔逐漸采用強度大、剛度大、結(jié)構(gòu)簡潔、穩(wěn)定性好的鋼管塔。而此類鋼管塔的基本受力構(gòu)件大多都采用抗腐蝕性好、外形美觀的鍍鋅鋼管［8］。錫盟—山東1000kV特高壓輸電工程就是很好的例子，該工程單座鋼管塔重量高達150t～200t，所用鋼管均為鍍鋅鋼管。4)潮濕環(huán)境下施工的支撐體系。地下室頂板后澆帶的施工經(jīng)常使用鍍鋅鋼管支撐體系，該支撐體系穩(wěn)定性好、安全性高、搭拆方便、可重復使用、綜合經(jīng)濟效益高。在橋梁工程的施工中也常運用這種鍍鋅鋼管支撐體系。

4鍍鋅鋼管混凝土的新思考

鋼管混凝土(CFST)具有力學性能優(yōu)越和施工方便等特點，在土木工程領(lǐng)域被越來越廣泛應(yīng)用［9］。實際工程中，碳素鋼仍是CFST鋼管的主要材料。碳素鋼在潮濕環(huán)境中與空氣接觸容易銹蝕，造成截面減小和材性劣化。全球范圍內(nèi)每年由于鋼材銹蝕造成的經(jīng)濟損失數(shù)量巨大，各國科研人員和工程技術(shù)人員對此高度重視。基于以上工程背景，研究人員提出了不銹鋼—碳素鋼復合鋼管［10］。該類復合鋼管中，外層不銹鋼管較薄，主要起保護內(nèi)層碳素鋼管的作用，達到類似全不銹鋼管的效果，而其經(jīng)濟性大大提升。有研究者在不銹鋼—碳素鋼復合鋼管的基礎(chǔ)上提出了不銹鋼—碳素鋼復合鋼管混凝土(CF-BT)［11］。CFBT結(jié)合CFST的力學性能優(yōu)勢和不銹鋼的耐腐蝕特性，能夠充分利用不銹鋼的物理和力學性能，是現(xiàn)階段在實際工程中有效利用不銹鋼材料的結(jié)構(gòu)形式之一。CFBT比傳統(tǒng)CFST抗腐蝕性好，但是制作麻煩，工程造價較高。有很多研究人員對于鍍鋅鋼管的力學性能進行了研究。施剛［8］對長細比分別為20，40，60的9根Q420鍍鋅直焊縫圓鋼管進行了軸壓整體穩(wěn)定性試驗研究。研究表明，鍍鋅鋼管經(jīng)過鍍鋅處理后，承載力提高，整體穩(wěn)定性系數(shù)提高。蔡新未［12］選取鋼材牌號為Q460，長細比分別為30，40，50，60，70等18根鍍鋅圓鋼管進行軸壓試驗，試驗結(jié)果表明高強鋼管經(jīng)過熱鍍鋅后，其軸壓承載力有明顯提高，熱鍍鋅有同鋼材的熱處理過程類似的作用，能部分消除鋼材的初始缺陷，從而使鋼材的強度提高。基于以上諸多研究者的成果，筆者思考，可以用鍍鋅鋼管代替鋼管混凝土中的普通碳素鋼管，也即鍍鋅鋼管混凝土。鍍鋅鋼管混凝土中的鍍鋅鋼管制作比復合鋼管簡單方便，可操作性強;相比普通鋼管混凝土而言，鍍鋅鋼管混凝土抗腐蝕性和力學性能更優(yōu)良，綜上所述鍍鋅鋼管混凝土綜合經(jīng)濟效益較好。

5結(jié)語

回顧鋼材熱鍍鋅技術(shù)的發(fā)展歷史，總結(jié)鍍鋅鋼管在建筑工程中的應(yīng)用情況，在鋼管混凝土應(yīng)用廣泛，但普通碳素鋼管抗腐蝕能力弱的工程背景下，提出鍍鋅鋼管混凝土的概念，希望能為工程應(yīng)用引入新的方向。

參考文獻:

［1］潘曉笛．熱鍍鋅［M］．蘭州:甘肅人民出版社，1985．

［2］［奧］H．巴布利克(Bablik，H．)．熱鍍鋅理論與工藝［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1959．

［3］王義生．國外鋼管熱鍍鋅生產(chǎn)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1982．

［4］江社明，張啟富．中國批量熱浸鍍鋅行業(yè)的現(xiàn)狀與技術(shù)進步［A］．第十屆中國熱浸鍍鋅學術(shù)技術(shù)交流會［C］．天津:中國腐蝕與防護學會，2014:47-54．

［5］梁勛．淺談鋼架大棚鍍鋅鋼管的質(zhì)量要素及鑒定檢測方法［J］．湖北農(nóng)機化，2013(6):58-59．

［6］蔣希芝，徐磊，夏禮如，等．溫室大棚常用鍍鋅圓鋼管應(yīng)用力學性能試驗研究［J］．江蘇農(nóng)業(yè)科學，2018，46(17):212-214．

［7］王學平．普通鍍鋅鋼管注漿加固路基邊坡施工工藝技術(shù)［J］．湖南交通科技，2018(2):136-137．

［8］施剛，姜雪，周文靜，等．Q420鍍鋅焊接圓管軸壓整體穩(wěn)定試驗研究［J］．哈爾濱工業(yè)大學學報，2013(10):75-80．

［9］韓林海．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)———理論與實踐［M］．第2版．北京:科學出版社，2007．

［10］AshbyMF，BréchetYJM．Designinghybridmaterials［J］．ActaMaterialia，2003，51(19):5801-5821．

［11］YeY，HanLH，SheehanT，etal．Concrete-filledbi-metallictubesunderaxialcompression:Experimentalinvestigation［J］．Thin-WalledStructures，2016(108):321-332．

［12］蔡新未，王庭華，黃崢，等．鍍鋅對Q460高強鋼管軸壓承載力影響的試驗研究［J］．鋼結(jié)構(gòu)，2017，32(9):13-16．

作者:楊春燕 單位:廈門工學院建筑與土木工程學院