镀锌钢管在建筑工程的运用

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摘要:介绍镀锌钢管在建筑工程中的应用情况，在钢管混凝土应用广泛而普通碳素钢管抗腐蚀能力弱的工程背景下，提出镀锌钢管混凝土的概念，希望能为工程应用引入新的方向。

关键词:热镀锌，抗腐蚀，镀锌钢管，建筑工程

1镀锌钢管的分类及特性

镀锌钢管有冷镀锌钢管和热镀锌钢管。所谓冷镀锌就是电镀锌，镀锌量每平方米只有10g～50g，镀锌量少成本低，但耐腐蚀性较差。热镀锌则是经过:表面清理→浸盐酸及助溶剂→脱水→浸镀→爆光冷却等严格的一套工艺流程完成的。在热镀锌过程中，钢管基体与高温的镀液会发生复杂的物理反应和化学反应，生成耐腐蚀的结构Zn-Fe合金层。合金层、纯锌层与钢管基体融为一体。镀层均匀、附着力强、耐腐蚀性强是热镀锌显著的优点。热镀锌的耐腐蚀性比冷镀锌的要高几倍甚至几十倍［1］。为了保证镀锌钢管的耐腐蚀性，目前工程中一般都采用热镀锌方法。本文讨论的镀锌钢管均指热镀锌钢管。

2钢材热镀锌技术的发展

钢铁材料的1/10消耗于腐蚀。为了减少或者避免钢材由于腐蚀造成的损失，人们尝试了各种方法和手段。Zn既可以防止钢铁的大气腐蚀，又能受自身腐蚀产物的保护，使自身腐蚀速度减缓，因此被广泛地用作钢铁的防腐蚀材料。早在1742年，法国化学家Malouin就应用锌来做热镀，1837年英国的克劳福德Crawford运用氯化铵为溶剂，开始了热镀锌在英国工业中的应用，随后很多发达国家发展了热镀锌工业［2］。1958年第五次关于热镀锌方面的国际会议(FifthInternationalConferenceonHotDipGalv-anizing．1958)以后，无论是理论上、生成工艺和设备以及产能方面，国外热镀锌钢管行业得到了快速的发展［3］。我国热镀锌技术起步比较晚。钢材的热镀锌技术是随着我国钢结构行业的发展而发展起来的。20世纪80年代的改革初期，我国钢产量较低，对钢结构采取限制使用政策，钢结构或钢与混凝土的组合结构只能用于大跨度、超高层建筑和部分工业厂房中。90年代中后期，随着国民经济的发展以及国家对钢结构的鼓励和推广，钢结构产量逐渐增加。1996年我国的钢产量超过1亿t，2003年达到创记录的2．2亿t，2005年上升到3．5亿t。与此同时，钢材的热镀锌工业也取得了快速发展。据相关数据统计，我国批量热镀锌企业数量超过1200家，其中容锌量超过300t的锌锅数量超过260家，生产能力总计超过1000万t，我国已经成为批量热镀锌产量最大的国家［4］。

3镀锌钢管在建筑工程中的应用

镀锌钢管因为其力学性能好，抗腐蚀能力强，外形美观以及造价成本相对较低等优点，广泛应用于交通、水暖电力、通信、建筑施工等诸多领域。镀锌钢管在建筑施工领域中的应用主要有以下几种场合:1)现代农业钢架大棚建造。中国的设施农业发展很快，已建成了相当规模的镀锌钢管钢架大棚和日光温室农业设施［5，6］。随着我国农业的发展，蔬菜大棚规模越来越大，对蔬菜大棚的抗灾能力、使用空间、使用寿命等方面提出了更高的要求。以镀锌钢管为主要受力杆件的钢架大棚具有使用空间大，耐腐性和抗火能力好，施工简单等优点，在全国范围内尤其是泾河流域已被广泛应用。图1为在建过程中镀锌钢管钢架大棚骨架，大棚的立柱、斜撑和拱杆均使用镀锌钢管。2)用于路基边坡的加固工程。用镀锌钢管作为钻杆和注浆管进行钻孔注浆，注浆完成后将钢管保留在土体内，使镀锌钢管与周围胶凝体形成微型桩，这种加固路基边坡的方法称为镀锌钢管注浆加固法［7］。该工艺使用镀锌钢管作为钻杆、注浆管同时也作为微型桩骨架。施工时需先将镀锌钢管切割成长度1m左右的短钢管，在管壁上间隔10cm～20cm钻直径5mm的注浆孔，同时在钢管的两端加工好螺纹接头，加工图如图2所示。镀锌钢管及钢管内的注浆材料强度均很高，而且从镀锌钢管侧壁孔洞中渗出的水泥浆对周围土体又进行了加固作用，因此相比于其他方法而言，镀锌钢管注浆加固路基边坡施工工艺加固效果好，施工方便，经济效益高，具有很好的应用前景。3)用于建造大型输电钢铁塔。随着特高压输电线路和大截面导线输电线路的建设，输电杆塔逐渐采用强度大、刚度大、结构简洁、稳定性好的钢管塔。而此类钢管塔的基本受力构件大多都采用抗腐蚀性好、外形美观的镀锌钢管［8］。锡盟—山东1000kV特高压输电工程就是很好的例子，该工程单座钢管塔重量高达150t～200t，所用钢管均为镀锌钢管。4)潮湿环境下施工的支撑体系。地下室顶板后浇带的施工经常使用镀锌钢管支撑体系，该支撑体系稳定性好、安全性高、搭拆方便、可重复使用、综合经济效益高。在桥梁工程的施工中也常运用这种镀锌钢管支撑体系。

4镀锌钢管混凝土的新思考

钢管混凝土(CFST)具有力学性能优越和施工方便等特点，在土木工程领域被越来越广泛应用［9］。实际工程中，碳素钢仍是CFST钢管的主要材料。碳素钢在潮湿环境中与空气接触容易锈蚀，造成截面减小和材性劣化。全球范围内每年由于钢材锈蚀造成的经济损失数量巨大，各国科研人员和工程技术人员对此高度重视。基于以上工程背景，研究人员提出了不锈钢—碳素钢复合钢管［10］。该类复合钢管中，外层不锈钢管较薄，主要起保护内层碳素钢管的作用，达到类似全不锈钢管的效果，而其经济性大大提升。有研究者在不锈钢—碳素钢复合钢管的基础上提出了不锈钢—碳素钢复合钢管混凝土(CF-BT)［11］。CFBT结合CFST的力学性能优势和不锈钢的耐腐蚀特性，能够充分利用不锈钢的物理和力学性能，是现阶段在实际工程中有效利用不锈钢材料的结构形式之一。CFBT比传统CFST抗腐蚀性好，但是制作麻烦，工程造价较高。有很多研究人员对于镀锌钢管的力学性能进行了研究。施刚［8］对长细比分别为20，40，60的9根Q420镀锌直焊缝圆钢管进行了轴压整体稳定性试验研究。研究表明，镀锌钢管经过镀锌处理后，承载力提高，整体稳定性系数提高。蔡新未［12］选取钢材牌号为Q460，长细比分别为30，40，50，60，70等18根镀锌圆钢管进行轴压试验，试验结果表明高强钢管经过热镀锌后，其轴压承载力有明显提高，热镀锌有同钢材的热处理过程类似的作用，能部分消除钢材的初始缺陷，从而使钢材的强度提高。基于以上诸多研究者的成果，笔者思考，可以用镀锌钢管代替钢管混凝土中的普通碳素钢管，也即镀锌钢管混凝土。镀锌钢管混凝土中的镀锌钢管制作比复合钢管简单方便，可操作性强;相比普通钢管混凝土而言，镀锌钢管混凝土抗腐蚀性和力学性能更优良，综上所述镀锌钢管混凝土综合经济效益较好。

5结语

回顾钢材热镀锌技术的发展历史，总结镀锌钢管在建筑工程中的应用情况，在钢管混凝土应用广泛，但普通碳素钢管抗腐蚀能力弱的工程背景下，提出镀锌钢管混凝土的概念，希望能为工程应用引入新的方向。

参考文献:

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［3］王义生．国外钢管热镀锌生产［M］．北京:冶金工业出版社，1982．

［4］江社明，张启富．中国批量热浸镀锌行业的现状与技术进步［A］．第十届中国热浸镀锌学术技术交流会［C］．天津:中国腐蚀与防护学会，2014:47-54．

［5］梁勋．浅谈钢架大棚镀锌钢管的质量要素及鉴定检测方法［J］．湖北农机化，2013(6):58-59．

［6］蒋希芝，徐磊，夏礼如，等．温室大棚常用镀锌圆钢管应用力学性能试验研究［J］．江苏农业科学，2018，46(17):212-214．

［7］王学平．普通镀锌钢管注浆加固路基边坡施工工艺技术［J］．湖南交通科技，2018(2):136-137．

［8］施刚，姜雪，周文静，等．Q420镀锌焊接圆管轴压整体稳定试验研究［J］．哈尔滨工业大学学报，2013(10):75-80．

［9］韩林海．钢管混凝土结构———理论与实践［M］．第2版．北京:科学出版社，2007．

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［12］蔡新未，王庭华，黄峥，等．镀锌对Q460高强钢管轴压承载力影响的试验研究［J］．钢结构，2017，32(9):13-16．

作者:杨春燕 单位:厦门工学院建筑与土木工程学院