不锈钢筋在桥梁中的应用
2004-02-05 00:00 来源：[ 我的钢铁 ]
最近Arup研究与发展机构(AR&D)关于不锈钢钢筋在桥梁中应用的报告。报告的目的是捉取初期工作研究结果的精华，成为适合于向公共普及的形式。
1 混凝土中钢筋的腐蚀
目前人们已认识到在某些暴露环境下，钢筋混凝土的寿命并不像通常所期望的那样长。这主要是由于暴露在大气例如在海水／沿海环境或被公路除冰盐污染的地方带有氯化物的混凝土可能会发生污染。在这些环境中，氯化物在混凝土涉及的整个范围迁移导致钢筋在结构的设计寿命之内明显腐蚀，从而使结构产生问题并导致昂贵的维护费用。
从新结构的设计和对受到腐蚀影响的现有结构的补救工作这两个方面开展了大量的研究，着手解决这个问题。然而，这些研究大多数趋向于不同程度地依靠改变钢筋周围的混凝土来解决问题，而不是选择钢筋材料，而这些材料在给定的环境中，本身就固有耐腐蚀性能。由于觉得使用这种钢筋，尤其是不锈钢钢筋的前期费用高，所以在很大程度上影响使用耐腐蚀钢筋对待这种腐蚀风险。
然而，搞结构的物主现在越来越意识到费用和使用寿命与对腐蚀程度的估计和进行的补救工作有关，特别是对公路结构。这种认识导致重新对不锈钢钢筋的使用发生兴趣，以便尽可能减小暴露于公路除冰盐腐蚀环境下混凝土结构的危险。
2 不锈钢钢筋使用的跟踪记录
不锈钢钢筋的使用并不新鲜，回溯至30年代末，在混凝土协会的技术报告中可以找到使用实例。除了这个跟踪记录以外，最近30多年来整个欧洲还进了大量的理论和实际研究，这些研究大部分在欧盟腐蚀刊物中登载。最重要的研究项目与Pede-ferri同其合作者在意大利以及英国建筑研究机构(BRE)进行的工作有关。
意大利工作提供了对高pH值、高氯化物环境下不锈钢耐腐蚀性能的详细了解。论文说明常用的不锈钢钢种(1．4301和1．4401)可以比在土木工程结构中遇到的混凝土典型pH值和氯化物含量高得多情况下保持钝态和耐腐蚀性。
BRE的工作是在70年代初开始的，20多年内进行了一系列暴露试验。浇注了各种不同类型钢筋(包括许多不锈钢)的混凝土试样，暴露在英国许多预计发生碳钢钢筋腐蚀的地方，包括海岸和海水环境。在20多年中使用不同的间隔周期，收回混凝土试样，撬开以检查钢筋，所报告的任何不锈钢试样没有腐蚀。
最近，英国公路局(HA)将研究深入到不锈钢的应用，归纳为用于英国公路结构的权威性指南发布。该指南由于一些原因使其成为重要的文件：
·它是来自欧洲政府组织对不锈钢应用的第一个官方指南。
·指南一次为不锈钢钢筋的使用和选择提供了合理的方法。
·指南目的是对于只有存在重大腐蚀危害的这些结构或结构的部件使用不锈钢。
·虽然指南的目标是英国公路结构，但是所给出的研究可以很容易地应用或适合于其他用途。
它参考了耻设计标准BA57／01，以BS6744的2001年修正版为基础。但是，发布BAS4／02的研究有两个关键方面可能对不锈钢的广泛使用产生不便，因为这些因素对费用会产生影响，它们是
·缺乏在给定环境下选择合适的不锈钢材料的指导。
·缺乏对腐蚀危险估计和在何处使用不锈钢合适的指导。
此外，研究还说明了混凝土高pH值对混凝土中不锈钢钝化膜的稳定性有宜，但是却不能为碳钢钢筋改进耐久性规定的修改设计所利用。这三个问题在BA中通过描述或以缺陷表的形式给予了简要的论述。
在估计腐蚀的危险和应该用不锈钢的地方，BA根据暴露的严重程度和将来维护的难度提供了许多使用的选择方法。这些章节强调以使用不锈钢的地方为目标，在这些地方历史上已有过包括高氯化物引起腐蚀危险的范例。
在确实有引起腐蚀的氯化物危险的地方，BA在表2中提供了考虑不锈钢用途的一种选择方法。最后，鼬建议为碳钢的耐久性规定改变设计。
3 设计举例
使用两座桥梁评估以前由OreArup&Partner设计的实例，它们是典型的现代英国设计。这些是按照表3指出的1．4301不锈钢代替碳钢重新设计的，使用两种不同强度的不锈钢钢筋(500N／mm2和650N／mm2)。重新设计按照BA84／02中推荐对碳钢的放宽耐久性要求设计计算的效果。
重新设计容许编制为研究的每种选择方案进行的一系列的初步估计，这些研究能够估计钢筋和桥梁费用以及与参考设计的比较(全部使用碳钢钢筋)。
根据鼬指南在特殊位置中不锈钢的构造导致了费用的百分比的增加。增加的量与钢筋在特殊桥梁中的相应百分数和计算的钢筋费用有关。在阿维斯塔谢菲尔德进行的初始工作中，准备使用不锈钢的各种选择方案时使用了成本估计的方法。这个价格范围被认为是保守的，在竞争性市场中可能不会影响到可使用的价格。
目前计划已经被修改，开发的初始费用计算模型可以由使用者输入任何不锈钢费用的给定值，然后再计算结构部分的总费用和总的建设费用。因此这个工具可以被用来计算可变化的成本：
·不锈钢钢筋超期使用的成本：
·不同材料牌号之间的成本差异；
·棒材尺寸范围之间的成本差异；
·各种直条、弯曲和固定不变的棒材之间的成本差异。
因此模型应当可以提供更商业性的估计不锈钢钢筋费用的有代表性的方法。对于模型中使用的不锈钢成本的缺省值以BA84／02的数据为基础，即是以棒材直径小于20mm，每吨1680英磅，大于25mm的棒材，每吨2350英磅的1．4301钢计算，此成本低于实际市场成本。
费用模型和全部报告以及分析的拷贝可以从英国不锈钢协会的CD-Rom得到。
4 结论
2001年出版了BA6744的修订版，接下来新的公路机构建议意见BA84／02对不锈钢使用的发布反映了英国建筑中对不锈钢潜在的利用增加了兴趣。在这些文件中特别是BA84／02推荐了关于不锈钢钢筋的选择和使用，这将使人们认识到使用这类钢筋的成本效益。虽然这个报告和费用模型与桥梁和相关的土木工程结构中不锈钢钢筋的使用特别有关，但不锈钢钢筋的使用同样可以用于同公路事业不相关的其他形式的结构中。
1 混凝土中钢筋的腐蚀
目前人们已认识到在某些暴露环境下，钢筋混凝土的寿命并不像通常所期望的那样长。这主要是由于暴露在大气例如在海水／沿海环境或被公路除冰盐污染的地方带有氯化物的混凝土可能会发生污染。在这些环境中，氯化物在混凝土涉及的整个范围迁移导致钢筋在结构的设计寿命之内明显腐蚀，从而使结构产生问题并导致昂贵的维护费用。
从新结构的设计和对受到腐蚀影响的现有结构的补救工作这两个方面开展了大量的研究，着手解决这个问题。然而，这些研究大多数趋向于不同程度地依靠改变钢筋周围的混凝土来解决问题，而不是选择钢筋材料，而这些材料在给定的环境中，本身就固有耐腐蚀性能。由于觉得使用这种钢筋，尤其是不锈钢钢筋的前期费用高，所以在很大程度上影响使用耐腐蚀钢筋对待这种腐蚀风险。
然而，搞结构的物主现在越来越意识到费用和使用寿命与对腐蚀程度的估计和进行的补救工作有关，特别是对公路结构。这种认识导致重新对不锈钢钢筋的使用发生兴趣，以便尽可能减小暴露于公路除冰盐腐蚀环境下混凝土结构的危险。
2 不锈钢钢筋使用的跟踪记录
不锈钢钢筋的使用并不新鲜，回溯至30年代末，在混凝土协会的技术报告中可以找到使用实例。除了这个跟踪记录以外，最近30多年来整个欧洲还进了大量的理论和实际研究，这些研究大部分在欧盟腐蚀刊物中登载。最重要的研究项目与Pede-ferri同其合作者在意大利以及英国建筑研究机构(BRE)进行的工作有关。
意大利工作提供了对高pH值、高氯化物环境下不锈钢耐腐蚀性能的详细了解。论文说明常用的不锈钢钢种(1．4301和1．4401)可以比在土木工程结构中遇到的混凝土典型pH值和氯化物含量高得多情况下保持钝态和耐腐蚀性。
BRE的工作是在70年代初开始的，20多年内进行了一系列暴露试验。浇注了各种不同类型钢筋(包括许多不锈钢)的混凝土试样，暴露在英国许多预计发生碳钢钢筋腐蚀的地方，包括海岸和海水环境。在20多年中使用不同的间隔周期，收回混凝土试样，撬开以检查钢筋，所报告的任何不锈钢试样没有腐蚀。
最近，英国公路局(HA)将研究深入到不锈钢的应用，归纳为用于英国公路结构的权威性指南发布。该指南由于一些原因使其成为重要的文件：
·它是来自欧洲政府组织对不锈钢应用的第一个官方指南。
·指南一次为不锈钢钢筋的使用和选择提供了合理的方法。
·指南目的是对于只有存在重大腐蚀危害的这些结构或结构的部件使用不锈钢。
·虽然指南的目标是英国公路结构，但是所给出的研究可以很容易地应用或适合于其他用途。
它参考了耻设计标准BA57／01，以BS6744的2001年修正版为基础。但是，发布BAS4／02的研究有两个关键方面可能对不锈钢的广泛使用产生不便，因为这些因素对费用会产生影响，它们是
·缺乏在给定环境下选择合适的不锈钢材料的指导。
·缺乏对腐蚀危险估计和在何处使用不锈钢合适的指导。
此外，研究还说明了混凝土高pH值对混凝土中不锈钢钝化膜的稳定性有宜，但是却不能为碳钢钢筋改进耐久性规定的修改设计所利用。这三个问题在BA中通过描述或以缺陷表的形式给予了简要的论述。
在估计腐蚀的危险和应该用不锈钢的地方，BA根据暴露的严重程度和将来维护的难度提供了许多使用的选择方法。这些章节强调以使用不锈钢的地方为目标，在这些地方历史上已有过包括高氯化物引起腐蚀危险的范例。
在确实有引起腐蚀的氯化物危险的地方，BA在表2中提供了考虑不锈钢用途的一种选择方法。最后，鼬建议为碳钢的耐久性规定改变设计。
3 设计举例
使用两座桥梁评估以前由OreArup&Partner设计的实例，它们是典型的现代英国设计。这些是按照表3指出的1．4301不锈钢代替碳钢重新设计的，使用两种不同强度的不锈钢钢筋(500N／mm2和650N／mm2)。重新设计按照BA84／02中推荐对碳钢的放宽耐久性要求设计计算的效果。
重新设计容许编制为研究的每种选择方案进行的一系列的初步估计，这些研究能够估计钢筋和桥梁费用以及与参考设计的比较(全部使用碳钢钢筋)。
根据鼬指南在特殊位置中不锈钢的构造导致了费用的百分比的增加。增加的量与钢筋在特殊桥梁中的相应百分数和计算的钢筋费用有关。在阿维斯塔谢菲尔德进行的初始工作中，准备使用不锈钢的各种选择方案时使用了成本估计的方法。这个价格范围被认为是保守的，在竞争性市场中可能不会影响到可使用的价格。
目前计划已经被修改，开发的初始费用计算模型可以由使用者输入任何不锈钢费用的给定值，然后再计算结构部分的总费用和总的建设费用。因此这个工具可以被用来计算可变化的成本：
·不锈钢钢筋超期使用的成本：
·不同材料牌号之间的成本差异；
·棒材尺寸范围之间的成本差异；
·各种直条、弯曲和固定不变的棒材之间的成本差异。
因此模型应当可以提供更商业性的估计不锈钢钢筋费用的有代表性的方法。对于模型中使用的不锈钢成本的缺省值以BA84／02的数据为基础，即是以棒材直径小于20mm，每吨1680英磅，大于25mm的棒材，每吨2350英磅的1．4301钢计算，此成本低于实际市场成本。
费用模型和全部报告以及分析的拷贝可以从英国不锈钢协会的CD-Rom得到。
4 结论
2001年出版了BA6744的修订版，接下来新的公路机构建议意见BA84／02对不锈钢使用的发布反映了英国建筑中对不锈钢潜在的利用增加了兴趣。在这些文件中特别是BA84／02推荐了关于不锈钢钢筋的选择和使用，这将使人们认识到使用这类钢筋的成本效益。虽然这个报告和费用模型与桥梁和相关的土木工程结构中不锈钢钢筋的使用特别有关，但不锈钢钢筋的使用同样可以用于同公路事业不相关的其他形式的结构中。
