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中鐵工業(yè)專家?guī)私怃摌蛄褐圃煨落摲N——耐候鋼

2021-05-26 15:05:28 作者：腐蝕與防護(hù) 來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

2020年12月16日，西鄉(xiāng)至鎮(zhèn)巴高速公路正式通車運(yùn)營(yíng)，至此，地處秦巴山區(qū)深處的革命老區(qū)陜西省鎮(zhèn)巴縣徹底告別不通高速公路的歷史！

逢山開路，遇河搭橋。西鄉(xiāng)至鎮(zhèn)巴高速公路全線橋梁和隧道比例高達(dá)91.8%，屬于典型的特殊復(fù)雜地形條件下的山區(qū)高速公路，為陜西省橋隧比最高的高速公路之一。在該項(xiàng)目中，中鐵工業(yè)旗下中鐵寶橋參建整個(gè)項(xiàng)目控制性工程之一涇洋河特大橋，該大橋全長(zhǎng)6.05公里，主體鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345qDNH，鋼結(jié)構(gòu)總重約2.4萬噸，是我國(guó)目前最長(zhǎng)的耐候鋼-混凝土組合梁公路橋。

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Q345qDNH鋼是一種耐候鋼，通過在鋼材表面形成50～100μm厚度的致密和依附性很強(qiáng)的保護(hù)膜，既保護(hù)了鋼材表面銹層下的基體，又大大提高了耐大氣腐蝕能力，其承載力和使用壽命均比普通混凝土橋梁提高10%以上。由于全橋采用免涂裝，對(duì)生態(tài)環(huán)境沒有任何污染，符合綠色公路建設(shè)理念，而且在100年使用年限后，鋼板又可以回收利用，極大減少建筑垃圾，真正做到了綠色環(huán)保可回收。

為進(jìn)一步了解這座我國(guó)目前最長(zhǎng)的耐候鋼-混凝土組合梁公路橋制造中使用耐候鋼的原因，以及全球免涂裝耐候鋼橋的建造情況和技術(shù)發(fā)展，小編專門采訪了橋梁技術(shù)專家、中鐵山橋鋼結(jié)構(gòu)工藝研究院焊接室主任、教授級(jí)高工徐向軍。

1.什么是耐候鋼？

耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，在低合金鋼成分基礎(chǔ)上添加適量銅、鉻、鎳等合金元素而成，通過Cu-Cr-Ni元素在鋼板內(nèi)銹層的富集，使鋼材表面形成致密和附著性強(qiáng)的保護(hù)膜，保護(hù)銹層下面的基體不受銹蝕，以減緩其腐蝕速度，作為建筑鋼結(jié)構(gòu)可以免涂裝使用，降低鋼橋的全壽命成本。因此，耐候鋼具有耐銹蝕性、省工降耗等特點(diǎn)，是新型的綠色環(huán)保鋼材。

2.為什么要在鋼橋梁制造中采用耐候鋼？

以中鐵工業(yè)旗下中鐵寶橋參建的藏木特大橋——中國(guó)第一座免涂裝耐候鋼鐵路橋?yàn)槔Ｖ袊?guó)鐵道學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士盧春房在作《鐵路橋梁技術(shù)》特邀報(bào)告時(shí)表示，免涂裝耐候鋼有以下三方面的突出優(yōu)點(diǎn)：

一是盡管初期成本增加約5%，但對(duì)比分析表明，40年使用期限內(nèi)普通鋼加涂裝鋼橋的總費(fèi)用（3次反復(fù)涂裝）超過耐候鋼橋總費(fèi)用的2倍。因此使用免涂裝耐候鋼可以大幅降低壽命周期成本，有效解決人煙稀少、養(yǎng)護(hù)困難問題；

二是減少工廠和現(xiàn)場(chǎng)涂裝，縮短工期；

三是減少涂裝可降低有機(jī)揮發(fā)物的釋放，對(duì)環(huán)境有益。

拉林鐵路藏木特大橋合龍

3.目前全球免涂裝耐候鋼橋的建造情況

在氣候適宜地區(qū)大力推廣、建造免涂裝耐候鋼橋，符合環(huán)保要求及全壽命周期成本較低的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)好的發(fā)展方向。耐候橋梁鋼作為具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性的新鋼種正在逐漸的被大家認(rèn)可和接受。在發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛推廣及應(yīng)用，自上世紀(jì)60年代以來，美國(guó)、歐洲建造了上萬座免涂裝耐候鋼橋；在日本，約20%的橋梁采用耐候鋼；在加拿大，新建的鋼橋中有90%采用耐候鋼。近幾年來，國(guó)內(nèi)也相繼建造了拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋、官?gòu)d水庫公路大橋等免涂裝耐候鋼橋，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步推廣創(chuàng)造了條件。

免涂裝耐候鋼橋案例

4.中鐵工業(yè)在免涂裝耐候鋼橋技術(shù)研發(fā)與建造情況

由于耐候鋼中含有大量合金元素，其碳當(dāng)量較高，焊接熱影響區(qū)存在一定的淬硬和冷裂傾向，焊接時(shí)容易產(chǎn)生冷裂紋；由于雜質(zhì)偏析常常會(huì)引起熱裂問題；大熱輸入焊接（如焊絲埋弧焊）時(shí)還會(huì)出現(xiàn)焊縫脆化問題等。中鐵工業(yè)旗下中鐵山橋、中鐵寶橋、中鐵九橋、中鐵重工針對(duì)這些焊接難點(diǎn)對(duì)Q345qENH、Q370qENH和Q420qENH耐候鋼進(jìn)行了深入試驗(yàn)，包括母材復(fù)驗(yàn)、Z向性能試驗(yàn)、焊接性試驗(yàn)、熱加工工藝性能試驗(yàn)等以及相應(yīng)耐候鋼焊材試驗(yàn)等。通過課題試驗(yàn)研究，掌握了耐候鋼焊接的關(guān)鍵技術(shù)，先后中標(biāo)我國(guó)首座大跨度免涂裝全焊結(jié)構(gòu)耐候鋼公路橋——官?gòu)d水庫特大橋，中國(guó)第一座免涂裝耐候鋼鐵路橋——藏木特大橋、中國(guó)首座耐候鋼大跨徑鋼拱橋——大連普灣新區(qū)十六號(hào)路跨海橋、世界第一高橋——北盤江大橋、撫州東外環(huán)紅日水庫中橋、張吉懷鐵路酉水大橋、拉薩貢嘎機(jī)場(chǎng)匝道橋、襄陽北編組站大橋、陜西延長(zhǎng)至黃龍高速公路鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目等重點(diǎn)工程，參編中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)《橋梁工程耐候鋼應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，確保了公司在大跨度耐候鋼橋制造業(yè)中的領(lǐng)先地位。

2011年開始，中鐵山橋就開始進(jìn)行耐候橋梁鋼的焊接試驗(yàn)研究工作，先后與鞍鋼、南鋼、燕山大學(xué)、北京鐵道科學(xué)研究院等單位聯(lián)合，進(jìn)行了耐候橋梁鋼的生產(chǎn)和焊接試驗(yàn)研究，先后對(duì)GR.50W、Q345qDNH、Q345qENH、 Q370qENH、Q420qENH等耐候橋梁鋼進(jìn)行了試驗(yàn)研究。并將研究成果首先應(yīng)用于美國(guó)阿拉斯加鐵路橋（2013年完成制造）。

2012-2016年，中鐵山橋還先后將耐候鋼焊接技術(shù)應(yīng)用于港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱、新西蘭273號(hào)橋和北盤江大橋壓重箱梁等免涂裝耐候鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，其中港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱結(jié)構(gòu)采用Q355NHD耐候鋼，新西蘭273號(hào)橋采用Gr50W耐候鋼（按照AWS D1.5斷裂控制要求制造），北盤江大橋壓重箱梁采用Q355NHD耐候鋼。

港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱

官?gòu)d水庫特大橋

官?gòu)d水庫特大橋?yàn)槿该馔垦b耐候鋼橋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工地現(xiàn)場(chǎng)有大量的焊接工作，焊接條件艱苦，焊接位置涉及到平、立、仰位等多種位置，焊接難度大。大橋主結(jié)構(gòu)采用Q345qENH鋼板，對(duì)焊接質(zhì)量要求高，焊接接頭-40℃低溫沖擊功不小于34J，韌性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國(guó)阿拉斯加橋的要求；同時(shí)要求焊材熔覆金屬耐大氣腐蝕指數(shù)I≥6.2，這也高于耐候橋梁鋼的要求（I≥6.0），嚴(yán)于美國(guó)規(guī)范要求。通過充分細(xì)致研究，對(duì)不同耐候鋼焊材分別進(jìn)行了焊接試驗(yàn)研究，確定了與官?gòu)d水庫特大橋耐候鋼相匹配的免涂裝使用的焊接材料，進(jìn)行各項(xiàng)焊接評(píng)定試驗(yàn)，開展耐候鋼橋全斷面焊接的研究及工地焊接接頭性能試驗(yàn)研究等一系列課題研究，為官?gòu)d水庫免涂裝耐候鋼橋的制造做好了技術(shù)準(zhǔn)備。

拉林鐵路藏木特大橋架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)照

目前，免涂裝耐候鋼橋梁在中國(guó)鐵路建設(shè)中尚處于起步階段。中鐵寶橋參建的拉林鐵路藏木特大橋橋位海拔高達(dá)3300m，后期維修養(yǎng)護(hù)十分困難，該地區(qū)高寒、大溫差、強(qiáng)紫外線、氣候干燥、無污染、生態(tài)脆弱，在大橋制造中已成功應(yīng)用了Q345qENH、Q420qENH耐候鋼，是中國(guó)第一座免涂裝耐候鋼鐵路橋，該橋于2019年9月合龍，拉林鐵路藏木特大橋和官?gòu)d水庫特大橋的成功制造對(duì)推動(dòng)我國(guó)耐候鋼在橋梁上的應(yīng)用具有重要的意義。

中鐵九橋參建的拉薩貢嘎機(jī)場(chǎng)匝道橋項(xiàng)目位于機(jī)場(chǎng)新建航站樓前，海拔3650m，該橋總共分為Z2、 Z3兩聯(lián)，Z2橋梁全長(zhǎng)243.5m，Z3橋梁全長(zhǎng)294m，共計(jì)10跨鋼箱梁，全橋材質(zhì)為Q345qDNH。