談鍍鋅鋼管在建筑工程中的應(yīng)用★

楊 春 燕

(廈門(mén)工學(xué)院建筑與土木工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021)

1 鍍鋅鋼管的分類(lèi)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10 g～50 g，鍍鋅量少成本低，但耐腐蝕性較差。熱鍍鋅則是經(jīng)過(guò)：表面清理→浸鹽酸及助溶劑→脫水→浸鍍→爆光冷卻等嚴(yán)格的一套工藝流程完成的。在熱鍍鋅過(guò)程中，鋼管基體與高溫的鍍液會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理反應(yīng)和化學(xué)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(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)是熱鍍鋅顯著的優(yōu)點(diǎn)。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(hù),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(guó)化學(xué)家Malouin就應(yīng)用鋅來(lái)做熱鍍，1837年英國(guó)的克勞福德Crawford運(yùn)用氯化銨為溶劑，開(kāi)始了熱鍍鋅在英國(guó)工業(yè)中的應(yīng)用，隨后很多發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)際會(huì)議(Fifth International Conference on Hot Dip Galv-anizing.1958)以后，無(wú)論是理論上、生成工藝和設(shè)備以及產(chǎn)能方面，國(guó)外熱鍍鋅鋼管行業(yè)得到了快速的發(fā)展[3]。

我國(guó)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(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)80年代的改革初期，我國(guó)鋼產(chǎn)量較低，對(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的鼓勵(lì)和推廣，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量逐漸增加。1996年我國(guó)的鋼產(chǎn)量超過(guò)1億t，2003年達(dá)到創(chuàng)記錄的2.2億t，2005年上升到3.5億t。與此同時(shí)，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(jì)，我國(guó)批量熱鍍鋅企業(yè)數(shù)量超過(guò)1 200家，其中容鋅量超過(guò)300 t的鋅鍋數(shù)量超過(guò)260家，生產(chǎn)能力總計(jì)超過(guò)1 000萬(wàn)t，我國(guó)已經(jīng)成為批量熱鍍鋅產(chǎn)量最大的國(guó)家[4]。

3 鍍鋅鋼管在建筑工程中的應(yīng)用

鍍鋅鋼管因?yàn)槠淞W(xué)性能好，抗腐蝕能力強(qiáng)，外形美觀以及造價(jià)成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎng)合：

1)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)鋼架大棚建造。中國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展很快，已建成了相當(dāng)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(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，蔬菜大棚規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)尤其是涇河流域已被廣泛應(yīng)用。圖1為在建過(guò)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(jìn)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?chē)z凝體形成微型樁，這種加固路基邊坡的方法稱(chēng)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(shí)也作為微型樁骨架。施工時(shí)需先將鍍鋅鋼管切割成長(zhǎng)度1 m左右的短鋼管，在管壁上間隔10 cm～20 cm鉆直徑5 mm的注漿孔，同時(shí)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(qiáng)度均很高，而且從鍍鋅鋼管側(cè)壁孔洞中滲出的水泥漿對(duì)周?chē)馏w又進(jìn)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(jì)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(dǎo)線輸電線路的建設(shè)，輸電桿塔逐漸采用強(qiáng)度大、剛度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定性好的鋼管塔。而此類(lèi)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1 000 kV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(dá)150 t～200 t，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(fù)使用、綜合經(jīng)濟(jì)效益高。在橋梁工程的施工中也常運(yùn)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(xué)性能優(yōu)越和施工方便等特點(diǎn)，在土木工程領(lǐng)域被越來(lái)越廣泛應(yīng)用[9]。實(shí)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(jì)損失數(shù)量巨大，各國(guó)科研人員和工程技術(shù)人員對(duì)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(fù)合鋼管[10]。該類(lèi)復(fù)合鋼管中，外層不銹鋼管較薄，主要起保護(hù)內(nèi)層碳素鋼管的作用，達(dá)到類(lèi)似全不銹鋼管的效果，而其經(jīng)濟(jì)性大大提升。有研究者在不銹鋼—碳素鋼復(fù)合鋼管的基礎(chǔ)上提出了不銹鋼—碳素鋼復(fù)合鋼管混凝土(CFBT)[11]。 CFBT結(jié)合CFST的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)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(xué)性能，是現(xiàn)階段在實(shí)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(jià)較高。有很多研究人員對(duì)于鍍鋅鋼管的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。施剛[8]對(duì)長(zhǎng)細(xì)比分別為20,40,60的9根Q420鍍鋅直焊縫圓鋼管進(jìn)行了軸壓整體穩(wěn)定性試驗(yàn)研究。研究表明，鍍鋅鋼管經(jīng)過(guò)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(hào)為Q460，長(zhǎng)細(xì)比分別為30,40,50,60,70等18根鍍鋅圓鋼管進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明高強(qiáng)鋼管經(jīng)過(guò)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(guò)程類(lèi)似的作用，能部分消除鋼材的初始缺陷，從而使鋼材的強(qiáng)度提高?；谝陨现T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(fù)合鋼管簡(jiǎn)單方便，可操作性強(qiáng)；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(xué)性能更優(yōu)良，綜上所述鍍鋅鋼管混凝土綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。

5 結(jié)語(yǔ)

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。