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1、日本的耐候钢桥技术2010年l2月汪磊等:日本的耐候钢桥技术2010年第6期日本的耐候钢桥技术汪磊,刘向南(云南省交通规划设计研究院,云南昆明650011)摘要:介绍日本耐候钢桥的发展背景历程和现状,基本原理,设计施工及维持管理要点,希望能对国内日益推广发展的铜桥设计和建造等方面拓宽思路.并为中国桥梁早日全面赶超世界桥梁先进水平提供一些借鉴和帮助关键词:日本公路桥梁;耐候铜桥:免涂装技术:腐蚀机理0引言耐候钢(在日本也称为免涂装钢)是随着高强钢材的出现,材质轻薄化和防腐蚀要求相应提高而发展起来的.早在20世纪初,欧美各国制钢业就已经相继发现在炼钢时掺入微量的Cu等其他金属元素,可以
2、提高钢材在大气中的耐腐蚀性.以此为契机,大规模的钢材添加合金元素后的耐腐蚀性的调查开展起来,很快就积累了一定的经验数据.1967年美国在世界上首次将耐候钢材用于"裸桥"方式建设的钢桥.并在1977年建成了世界上最大跨度的上承式耐候钢拱桥——新河峡大桥(NewRiverGorgeBridge1.其后耐候钢桥在世界范围内得到很快推广.目前已成为发达国家钢桥的一种发展趋势.13本属于岛国,直接濒临海洋的区域占国土的绝大部分,这些地区的空气中携含有大量的海盐成分(75%为NaC1,其他也均为金属盐类),这些盐分在空气中达到吸湿临界湿度后即会在附近固态物表面结露.促使其腐蚀反应的发生.另外1
3、3本冬季寒冷,为消融公路路面积冰而抛洒的大量融54雪剂,同样会造成公路钢构造物的腐蚀加剧,所以在日本钢桥的防腐蚀工作显得尤为重要而艰巨.1969年日本建成其国内第一座完全真正的耐候钢桥,并于1985年制定了《无涂装耐候性桥梁设计施工要领》,还在1993年进行了修订,确定了耐候钢桥适用海岸环境飞来盐分的判断标准:飞来盐分量<0.05mg/i00em?d(0.05mmd).经过四十多年的不断积累和发展,目前已经形成了耐候钢材生产加工,耐候钢桥设计建造及维护维修各方面一整套较为先进成熟的体系,在桥型上也涵盖了梁桥,桁架桥,拱桥,悬索桥,斜拉桥等,全国约70%的I形钢梁和混凝土桥面板
4、组合梁使用了耐候钢.近年来.日本钢铁企业研发了镍系列的耐候钢.更可专门用于滨海地区空气中含盐份较多的地区,开始逐步打破耐候钢桥原来的地域禁忌.图1为目前耐候钢桥在日本的状况.柱状图为耐候钢桥各年耗用的钢材重量,折线图为耐候钢桥各年占全部钢桥的比重.两者特别是后者不断攀升的趋势非常明显.图2和图3为日本较有代表性的两座耐候钢桥.图2的吉濑田切大桥还曾获得2007～2008年度日本土木学会最高奖——田中奖.图1耐候铜桥在日本的状况图2吉濑田切大桥图3横田川桥1耐候钢的防蚀机理金属在大气环境或在水溶液中的腐蚀过程基本是相同的,均可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种.耐候钢材的防腐蚀性能.以往多
5、数人认为在于其"表面安定化锈蚀层"的生成,从而阻止了腐蚀的进一步向内发展.而实际上,这样的笼统地说"表面安定化锈蚀层"是很片面的.将野外长期暴露于空气中处于稳定状态的耐候钢生锈的外表面取样做成深度方向的断面,在偏光显微镜下观察可以发现:其表面锈蚀层界限分明地分为内层(消光层)和外层(偏光层),(图4).由Cu,Cr和P等元素浓缩成的内层致密具有较强的环境阻断性,从而发挥了防腐蚀的性能.而普通钢材锈蚀表面的消光和偏光两种成分没有形成明晰的两层,而是混杂在一起,故而不能防止锈蚀的深入发展.耐候钢和普通钢材表面锈蚀层区别见于图5.当然,耐候钢的锈蚀并不是形成稳定锈蚀表面就完全停止了,而只
6、是腐蚀速度很慢,被大大延缓了.2010年12月汪磊等:日本的耐候钢桥技术2010年第6期图4耐候钢的表面锈蚀层微观图图5耐候铜和普通钢材的表面锈蚀层图示根据日本都市内高速道路耐候钢桥梁表面锈蚀情况为期15年的跟踪调查结果,耐候钢桥一般建成5年后,锈蚀层基本就会处于稳定状态,但是一些受含有冬季防冻剂的排水影响或是滨海区空气中盐分影响的部位仍会出现鱼鳞状和层状剥离的锈蚀.为将耐候钢材合理地进行使用,环境条件,细部构造和建成后维持管理,特别是特定环境条件下相应特性耐候钢材的使用等须特别留意.2耐候钢桥梁的设计施工要点耐候钢的使用方式主要有裸露使用,涂装使用和锈层稳定化处理后使用三种.目前
7、日本的耐候钢桥梁形式以板梁桥占多数.桁架,拱桥,悬索桥和斜拉桥等也有使用.规范推荐的适宜的使用条件为非高温多湿或不受盐分硫化物影响的地区,具体使用的类型一般为SMA钢材和镍系高耐候性钢材(包括该钢材制造的高强螺栓和熔接材料).在设计中.一般认为有利于表面锈蚀层形成并发挥作用的环境是:1)雨水直接降于表面,但排水良好的部分;2)通风较好的内侧垂直面和排水较好的水平面;3)置于通风较好部位的水平部材:4)不受盐分影响的地区.而不利于表面锈蚀层形成发挥作用的环境是:1)泥土
