談鍍鋅鋼管在建筑工程中的應用★

楊 春 燕

(廈門工學院建筑與土木工程學院，福建 廈門 361021)

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10 g～50 g，鍍鋅量少成本低，但耐腐蝕性較差。熱鍍鋅則是經過：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生復雜的物理反應和化學反應，生成耐腐蝕的結構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 鋼材熱鍍鋅技術的發展

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中的應用，隨后很多發達國家發展了熱鍍鋅工業[2]。1958年第五次關于熱鍍鋅方面的國際會議(Fifth International Conference on Hot Dip Galv-anizing.1958)以后，無論是理論上、生成工藝和設備以及產能方面，國外熱鍍鋅鋼管行業得到了快速的發展[3]。

我國熱鍍鋅技術起步比較晚。鋼材的熱鍍鋅技術是隨著我國鋼結構行業的發展而發展起來的。20世紀80年代的改革初期，我國鋼產量較低，對鋼結構采取限制使用政策，鋼結構或鋼與混凝土的組合結構只能用于大跨度、超高層建筑和部分工業廠房中。90年代中后期，隨著國民經濟的發展以及國家對鋼結構的鼓勵和推廣，鋼結構產量逐漸增加。1996年我國的鋼產量超過1億t，2003年達到創記錄的2.2億t，2005年上升到3.5億t。與此同時，鋼材的熱鍍鋅工業也取得了快速發展。據相關數據統計，我國批量熱鍍鋅企業數量超過1 200家，其中容鋅量超過300 t的鋅鍋數量超過260家，生產能力總計超過1 000萬t，我國已經成為批量熱鍍鋅產量最大的國家[4]。

3 鍍鋅鋼管在建筑工程中的應用

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點，廣泛應用于交通、水暖電力、通信、建筑施工等諸多領域。鍍鋅鋼管在建筑施工領域中的應用主要有以下幾種場合：

1)現代農業鋼架大棚建造。中國的設施農業發展很快，已建成了相當規模的鍍鋅鋼管鋼架大棚和日光溫室農業設施[5,6]。隨著我國農業的發展，蔬菜大棚規模越來越大，對蔬菜大棚的抗災能力、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，施工簡單等優點，在全國范圍內尤其是涇河流域已被廣泛應用。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，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。鍍鋅鋼管及鋼管內的注漿材料強度均很高，而且從鍍鋅鋼管側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，經濟效益高，具有很好的應用前景。

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，輸電桿塔逐漸采用強度大、剛度大、結構簡潔、穩定性好的鋼管塔。而此類鋼管塔的基本受力構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150 t～200 t，所用鋼管均為鍍鋅鋼管。

4)潮濕環境下施工的支撐體系。地下室頂板后澆帶的施工經常使用鍍鋅鋼管支撐體系，該支撐體系穩定性好、安全性高、搭拆方便、可重復使用、綜合經濟效益高。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)具有力學性能優越和施工方便等特點，在土木工程領域被越來越廣泛應用[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。全球范圍內每年由于鋼材銹蝕造成的經濟損失數量巨大，各國科研人員和工程技術人員對此高度重視。

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，主要起保護內層碳素鋼管的作用，達到類似全不銹鋼管的效果，而其經濟性大大提升。有研究者在不銹鋼—碳素鋼復合鋼管的基礎上提出了不銹鋼—碳素鋼復合鋼管混凝土(CFBT)[11]。 CFBT結合CFST的力學性能優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，是現階段在實際工程中有效利用不銹鋼材料的結構形式之一。

CFBT比傳統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定性試驗研究。研究表明，鍍鋅鋼管經過鍍鋅處理后，承載力提高，整體穩定性系數提高。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，試驗結果表明高強鋼管經過熱鍍鋅后，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良，綜上所述鍍鋅鋼管混凝土綜合經濟效益較好。

5 結語

回顧鋼材熱鍍鋅技術的發展歷史，總結鍍鋅鋼管在建筑工程中的應用情況，在鋼管混凝土應用廣泛，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，希望能為工程應用引入新的方向。