热浸镀锌防腐在南宁市五象大桥中的应用

罗荣臻

摘要：文章结合五象大桥工程实例，分析了桥梁腐蚀因素，介绍了热浸镀锌的原理及施工方法，阐述了热浸镀锌防腐处理的注意事项及施工检查要点。

关键词：热浸镀锌;防腐;钢结构;斜拉桥

0 引言

五象大桥是广西壮族自治区南宁市境内连接良庆区与青秀区的一条过江桥梁，位于邕江水道之上，是南宁市南部城市主干道的构成部分之一。五象大桥线路总长1320m，主桥全长590m，引桥长297m，引道长433m。其中，主桥采用（45+100+300+100+45）m跨径布置，总宽41m，红线宽度39m。斜拉索顺桥向标准间距为12m，塔上间距为7m。塔柱顺桥向宽度为7.5～11.5m，横桥向宽度为6～10m，塔高138m，塔壁厚100～140cm。索塔承台尺寸为19m（顺桥向）×25m（横桥向），厚5m。斜拉索梁上标准索距为12m，桥塔上索的竖向间距为7m，共44对，单索最大型号为85束，最小型号为43束。五象大桥主桥采用五跨双独柱塔单索面分离式钢箱梁斜拉桥结构，半漂浮体系，边跨设置一个辅助墩。主梁采用分离式扁平钢箱梁，中间采用箱形钢横梁连接，钢箱梁采用正交异性板，顶板纵肋采用U形加劲肋，顶、底、腹板纵向均采用I形加劲板加劲，斜拉索锚箱设在箱梁内腹板外侧，索力通过锚箱传递给腹板。索塔为独柱形式，塔柱截面为空心薄壁的变截面形式的圆端形截面，索塔在主梁底设悬臂横梁，索塔承台为圆端形截面，每个承台下接16根钻孔灌注桩。斜拉索采用单索面形式，竖琴式布置，锚固在分离钢箱梁内腹板的外侧。斜拉索采用单端张拉，张拉端设在塔柱内。斜拉索采用高强度低松弛环氧喷涂钢绞线，拉索护套采用双螺旋线抗风振圆管HDPE护套。

1 桥梁腐蚀因素

本工程由于处于高腐蚀环境区，因此桥梁形式及构造材料均须注意防腐。与工程有关的腐蚀环境主要来自两项：（1）地形上的潮湿多雨环境;（2）工程场址位于河道之上，温差及湿度均较大，在设计上，要考虑20℃左右的温差应力。

1.1 水气的防腐方式

潮湿多雨环境所产生的水气腐蚀主要是钢料的腐蚀源。为防止水气腐蚀，本工程采用以压力为主避免拉力的结构，这样就避免了裂缝产生，使水气及腐蚀性空气无法侵入。

在梁面采用平坦设计，使其通风较好，不易聚集湿气。在钢料表面采用热浸镀锌处理，作为防锈外壳。在桥的外表配合防磺腐蚀与景观色彩要求，再涂刷抗腐蚀性的涂料[1]。

1.2 采用浸镀锌的考虑因素

本工程各钢料将被覆盖在混凝土内，虽然不易被锈蚀，但也因为不易被检修出是否有锈蚀，可能要到接近危险状态，才能察觉到腐蚀现象。尤其本桥跨径较大，若因钢料锈蚀影响到结构强度，其后果将极为严重。而且本桥位于极潮湿多雨环境，施工场地温差又大，对连续大跨径的桥型而言，由于钢料与混凝土的膨胀与收缩系数不同，易因温差伸缩变化导致混凝土产生裂缝。

对于能不降低钢料与混凝土间附着能力的防锈处理方式，本工程在规划阶段考虑采用热浸镀锌或环氧树脂覆盖表层，其中由于环氧树脂法应用于钢筋费用极高，故所有钢料均采用热浸镀锌处理。

2 热浸镀锌的原理及施工方法

2.1 热浸镀锌的原理

锌在水气中的锈蚀速度非常缓慢，其耐腐蚀能力约为铁的10～25倍，且在进行热浸镀锌处理后，在钢材表面所形成的镀锌膜如发生锈蚀，其锈蚀生成物为极致密的物质，对内部钢材将形成强力保护膜作用，使后续的锈蚀难以继续，是一种极佳的防锈蚀工艺。

2.2 热浸镀锌施工方法

2.2.1 镀锌量

本工程各项钢料的镀锌量分别设计如下：

（1）钢骨结构：550g/cm3;

（2）拉结钢筋：600g/cm3;

（3）螺栓：550g/cm3。

2.2.2 镀锌步骤

镀锌作业需参照国家相关规范处理，主要分为三个阶段：

（1）前处理：主要是去除钢料表面的氧化层并增进锌的附着力，处理效果的好坏对镀锌的效果好坏关系极大。本工程前处理的主要流程可分为下列几项：

①脱脂：用以除去附着在钢料表面的油脂与油漆等异物，必要时用喷砂的方式除去油漆。

②酸洗：浸泡于稀盐酸中约40min，用以除去钢料表面的氧化层。

③水洗：使用清水洗涤以除去酸洗所残留的盐基与酸液。

④助溶剂处理：在水洗后，干燥前在氯化铵等助溶剂中浸泡，使钢材可暂时具有防腐蚀能力并增进镀锌附着力。

（2）热浸：将钢料浸泡在锌浴槽内，使其与熔锌反应生成合金化镀锌膜。由于锌的熔点为420℃，而温度过高将影响钢料材质及造成不良影响，锌浴槽温度应严格控制在450℃左右。

（3）后处理：镀锌后的钢材应避免合金层在空气中过度成长，形成灰暗色外观。为增加附着力，需先将钢材经水冷却，镀锌面若有缺陷再以适当方式进行修补。另外，由于本工程施工环境的雨量及湿度均较高，为避免钢料沾到雨露造成白锈现象，对钢筋进行镀锌后应做铬酸盐处理[2]。

3 热浸镀锌的注意事项

为配合热浸镀锌处理，本工程钢骨结构采用如下的特殊考虑：

3.1 钢材的选择

由于镀锌作业为高温处理，为避免高温影响钢材性质，本工程所采用的钢材均不选择热处理合金钢类钢材，尤其是对镀锌过程影响最大的矽元素，其含量应≤0.5%。

3.2 钢骨结构断面处理

为了增加钢筋劲度，以提高施工时的钢骨强度，虽然箱型断面的制作、镀锌均较为不易，本工程钢骨结构的上下缘仍采用箱形断面。同时为了增加各钢板之间的焊道数，以避免镀锌造成不良变形，且达到提高钢箱内部混凝土受压能力的目的，亦增加箱型断面的周长，以提高与混凝土间的粘着力，该上下缘的箱型断面采用两槽钢与两块钢板组合，并为了避免因热膨胀不均造成变形，各钢材厚度尽可能相近。另外，为使镀锌时熔锌在钢箱内部能流动顺畅，钢箱焊件的施工手孔、灌浆孔等需要采用对角方式预留。除上下缘钢箱断面外，其他较無劲度要求的断面均采用单一槽钢、H型钢或角钢等开放性断面[3]。

3.3 螺栓要求

由于镀锌的高温会松弛已经栓紧的螺栓夹紧力，如果再以镀锌表面焊接，会因所附着的锌的影响降低焊接品质，因此本次镀锌设计完全避免在镀锌前采用螺栓接合及镀锌后采用焊接接合。对镀锌前需结合的位置均以焊接方式接合，且为避免变形尽可能采用双面焊接，而在镀锌后再组合均采用螺栓接合。

虽然本工程钢骨构造在完成后是埋置在混凝土内的，其应力传递主要依靠混凝土与钢骨的粘着力，但在灌注混凝土施工时，钢骨仍需以接头结合方式传递应力。由于热镀锌使得螺栓结合的摩擦系数降低，为确保螺栓的栓紧轴力，本设计规定在接合处须先以洗锌剂等方式将镀锌层移除后，才可安装高拉力螺栓。而本工程在实际施工时采用轴力计的栓紧设备以安装高拉力螺栓。按照本工地试验，本工程镀锌钢材的摩擦系数较一般无镀锌低40%以上。

镀锌钢材的螺栓开孔孔径应较一般略大为宜，本设计对孔径尺寸虽无特别规定，仅要求施工前应先制作样品测试开孔尺寸，但为了能加大孔径而不减少有效面积，规定螺栓开孔均应以钻孔方式开孔，不得使用冲孔，以避免开孔损坏周围的钢材，以弥补因镀锌所需要加大的孔径。在进行强度计算时，采用安全系数较大且规范容许孔径较大的摩阻型结合方式，各阶段钢箱型断面的续接也多以單剪方式传递剪力[4]。

4 热浸镀锌的施工检查

4.1 外观检查

热浸镀锌的主要目的在于防腐蚀。虽然钢料外观的优劣与否与防腐蚀功能并无太大关联，但良好的外观可增加商品价值，一般也常以外观作为检验品质的主要项目。尤其是当钢桥采用热浸镀锌替代油漆涂装时，可以用镀锌直接作为外装饰，不必再定期重漆，这种方式也成为主要考量因素之一。本工程因钢料都包裹在混凝土内，外观并非重点，因此对于不影响防腐蚀能力的镀锌表面缺陷并不要求修饰。初步由工地观察，本工程镀锌表面出现不平滑、不均匀的现象大体为以下几项：（1）镀锌表面有氧化物渣层及粗积滞现象;（2）镀锌表面虽平滑但有花纹模样的光泽变化;（3）镀锌表面有伤痕情形，二次镀锌在重叠处表面有过厚、渣层情况;（4）工地架设后部分镀锌表面有白锈情况出现，可能是由于工地环境潮湿多变的原因造成，在要求对其进行铬酸盐处理后均无此现象。

4.2 变形检查

一般钢材在经过热浸镀锌后，大都有收缩趋势，本工程钢结构在长度方向经镀锌后也存在变形情况。而在杆件横断面部分，为避免最易变形的钢箱梁断面产生变形，镀锌时在内部架设加筋钢板，结果根据量测资料显示在横断面并无变形量发生。

4.3 附着性检查

在钢骨结构部分，有镀锌面观察附着性大体良好，并无明显剥离情况。而在钢筋方面，部分直径较小的钢筋，在弯曲加工后，于弯钩处的镀锌膜有部分剥离现象。由于镀锌的高温容易使弯曲加工处的钢筋产生脆化，大多采用先镀锌再弯曲的方法[5]。但此步骤却容易使镀锌膜因弯曲造成龟裂剥离。针对此剥离情况，本工程设计规定采用高浓度锌粉涂料进行修补。一般镀锌膜是由合金层与纯锌层组成，位于膜面最外侧的纯锌层延展性最佳，可由本层防止如弯曲加工造成的龟裂剥离。本工程发生剥离现象的钢筋可能是因为纯锌层太薄，因此对要进行弯曲加工的钢筋，应研究在镀锌过程中，通过控制温度、浸锌时间和冷却速度等技巧增加纯锌层厚度，最终提高附着性，避免造成剥离。

5 结语

防腐蚀问题是钢结构的重要课题之一。国内过去对钢桥进行防腐蚀处理的方式大都是采用油漆涂装，这种方式由于需要定期保养与重漆，使得钢桥的维护费用较高。本项目由于钢料被覆盖在混凝土内，无法以油漆方式进行防腐蚀处理，但因项目工程位于高锈蚀环境，且施工期间钢料又需暴露在大气中的时间过长，经过考虑决定采用热浸镀锌作为防腐蚀处理方法。通过热浸镀锌处理后对项目进行检查发现，桥梁钢结构的变形及镀锌附着性均在规范要求范围内，满足桥梁的使用和维护要求，证明热浸镀锌方法能有效保证钢结构的防腐效果和可操作性，具备推广使用的潜力。

参考文献：

[1]应甘洲.索结构在桥梁工程中的应用及基本防腐处理措施[J].铁道工程学报，2009，26（6）：81-85.

[2]尹 红，周芳龙.锌加防护在桥梁钢结构防腐和维修中的应用[C].全国涂料涂装技术信息交流会暨交通用涂料涂装技术研讨会，2010.

[3]郭 涛.桥梁索结构热浸镀锌防腐处理措施[C].建筑科技与管理学术交流会，2013.

[4]徐耀赐，姚志铭，彭振[XC聲.TIF;%110%110，JZ].热浸镀钢桥寿命周期成本分析研究[C].第七届亚太镀锌大会，2007.

[5]叶觉明.大跨度桥梁缆索结构对钢丝及其制品的技术要求[J].金属制品，2009，35（4）：58-62.