鋼結構超厚鋅層熱浸鍍鋅技術

張小全 王顯旺 周茂臣 袁俊平
　　（中建鋼構華東大區，江蘇靖江 214532）
　　摘 要：鋼結構鍍鋅之后對防腐有很大的改善，隨著技術水平的發展，對鋼結構防腐的要求越來越高。對于海邊腐蝕環境C5-M，防腐年限需要達到30年，鍍鋅層厚度需要達到200μm才能滿足防腐要求。對于大型桁架構件，通過原材料元素控制，控制鍍鋅溫度，合理鍍鋅施工工藝，材料表面處理，最終將大型桁架構件鍍鋅完全符合客戶規范要求。
　　關鍵詞：熱浸鍍鋅，超厚鋅層，鍍鋅施工工藝

　　1 工程概況
　　阿爾及利亞大清真寺（GMA）位于阿爾及利亞首都阿爾及市Mohammadia地區，地處地中海畔。項目建筑面積40萬平方米，包括宣禮塔、祈禱廳、伊斯蘭學院、圖書館及文化中心等12座建筑，其中祈禱廳建筑高度71米，宣禮塔建筑高度265米，為世界宣禮塔之最。阿爾及利亞大清真寺建成后將成為非洲高度最高、規模最大的建筑，也將成為世界第三大清真寺。見圖1

　　2 結構分析
　　本工程鋼結構總量約1.4萬噸，主要分布在A1區祈禱廳和A2庭院，B區宣禮塔、C區廣場以及D區文化中心。D區文化中心主要為屋面鋼桁架結構。主要由H型上弦桿、H型下弦桿、雙槽鋼腹桿、節點板、連接板、加勁板、槽鋼等組成。典型桁架最大跨度約38m，重量約為19t。見圖2。

　　3 超厚鋅層鍍鋅施工重、難點
　　1）通常情況下，鋼件中碳的含量越高，Fe-Zn反應越劇烈，鐵損越高，Fe-Zn合金層越厚，鍍層性能也越壞（見圖3）。鋼鐵中碳的存在形式不同，對Fe-Zn反應影響也不同。當鋼中的碳以粒狀珠光體和層狀珠光體存在時鐵的溶解速度最快；當碳以索氏體或屈氏體存在時，鐵的溶解速度最慢；當鋼中的碳以滲碳體存在時，鋼件表面張力較大，影響了鋅液對鋼件的浸潤能力，也影響了鋅的流動性，容易使表面出現鋅瘤。因此需要進行鍍鋅的鋼結構的含碳量進行控制。
　　2）硅元素（Si）對鍍層結構的影響：鋼材中硅元素對鍍層結構影響顯著，硅含量越高，鍍層中Fe-Zn合金層相增長速度越快，因此，鍍層變厚并形成灰色，附著力下降。硅對鍍層影響有如下幾點：第一、硅的存在使鐵在鋅中的侵蝕加快，460℃時硅含量為0.2%的鋼比碳含量0.2%的鋼鐵損增大了一倍。含硅鋼在鋅液中520℃下具有最大的重量損失。第二、硅含量低的鋼鍍鋅后可以獲得致密的Fe-Zn合金層，硅含量達到0.3%時δ1層被破壞，鍍層結晶變粗大而自由生長疏松的晶體。第三、含硅量還影響鍍層外觀，當含硅量為0.06%~0.07%，鍍層灰暗斑點最多。因此硅含量增加對鍍鋅層的厚度是有增加但是對于鋅層的致密性有影響。所以鋼材采購前應明確要求硅含量控制在在0.13~0.28%之間。
　　3）磷對鍍層結構的影響：鋼中如含有雜質磷，能使鋼材產生冷脆現象，所以，生產過程中嚴格控制磷含量在0.05%以下。當鋼中磷含量達到0.15%時，鍍鋅層會產生厚且容易開裂的Fe-Zn合金層，即η相變薄而ζ相和δ1相則生長較快，從而使鍍鋅層變暗而失去花紋形成斑點。
　　4 合理的鍍鋅施工工藝
　　由于桁架結構上下弦桿均為密閉箱體，在浸入鋅池之后箱體內部浸滿了鋅液，在鋅鍋中停留時間到了1~2分鐘以后，鋅池吊出來速度緩慢，需要等到箱體內部鋅液慢慢流出。由于出鋅池的時間需要考慮到上弦桿有足夠的鍍鋅時間，等到下弦桿出鋅池的時候，鍍鋅時間過長，造成鋅層厚度過厚堆積，這樣對鋅池的脆性有影響。通常上弦鍍鋅厚度200μm，下弦會達到500μm甚至更高。
　　1）改變鍍鋅的順序，將一次鍍鋅改為二次鍍鋅，先將一面弦桿放入鋅池，同時采用電子計時器精確計時，達到鍍鋅時間之后將構件吊出鋅池，然后將構件翻身，將另一面弦桿放入鋅池，到鍍鋅時間之后，將桁架構件吊出。這樣上下箱體在鋅池中的時間基本相同，鍍鋅時間控制一致，鍍鋅層的厚度可以控制的200μm~300μm之間。見圖4。

　　2）鋼結構表面拋丸，由于鋼結構的構件，一個構件上材料的厚度不一樣，厚板的鍍鋅時間較長，薄板的鍍鋅時間較短。
　　3）正常的鍍鋅時間對于鋅層的厚度只能達到85μm標準值，對于薄板的厚度會更低，對于超厚的鋅層要求，我們采用將鋼結構進行噴砂處理，將鋼結構表面的粗糙度處理至60~90μm的狀態，在鍍鋅的時候，可以按照正常的鍍鋅時間，鋅層厚度增加到200μm。同時增強鍍鋅層的附著力。見圖5。
　　5 結 論
　　在保證附著力和外觀美觀的要求下，通過調整鍍鋅的順序，嚴格控制鍍鋅時間，可以將大型鋼結構桁架鍍鋅至200μm。從而達到防腐質量要求。
　　參考文獻
　　[1] ISO 14713-2:2009 Zinc coatings—Guidelines and recommendations for the protection against corrosion of iron and steel in structures Part 2: Hot dip galvanizing 鍍鋅制品-結構中鋼鐵反腐的指導原則及建議。第二部分：熱浸鍍鋅[S]
　　[2] ISO 1461:2009 Hot dip galvanized coatings on fabricated iron and steel articles—Specifications and test methods鋼鐵制品熱浸鍍鋅層—技術規范及試驗方法[S]
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