不锈钢钢筋的过去、现在和未来总结

　　无论你生活在哪里，你肯定听到过当地“破旧基础设施”的消息，无论是在欧洲、北美、亚洲还是其他地区。我们大多可以举出道路和桥梁破旧的例子，甚至可以判断结构即将发生损坏。然而资金匮乏意味着修理一再拖延，最终变得更加棘手。

　　桥梁中混凝土退化的主要原因是混凝土中碳钢钢筋(无论有没有涂层)的腐蚀。最严重的腐蚀发生在大量使用道路除冰盐或靠近海水的地区，但不锈钢钢筋可以防止钢筋腐蚀引起的结构损坏。

　　对墨西哥湾内1941年采用不锈钢钢筋修建的普罗格雷索码头进行了生命周期评价(LCA)，将真实的普罗格雷索码头与模拟的码头进行比较，其中唯一的区别是模拟码头使用碳钢钢筋取代了不锈钢钢筋。所有主要结构参数——包括使用年限、地点、使用情况和气候环境都完全相同，只是在一个结构构件中，用一种材料进行了替换。这样就消除了所有次要因素，可以对实际码头的效益与碳钢替代方案进行比较。结果是在LCA涉及的79年时期内(直至2020年)，B14“廉价”替代结构(碳钢结构)的生命周期成本为748912美元，而真实的普罗格雷索码头(不锈钢结构)的生命周期成本为520018美元，前者比后者高出44%。如果用碳钢钢筋取代不锈钢，那么1941年建造普罗格雷索码头的材料成本大约减少14%。但考虑到维修、翻新和重建成本，那么优势的平衡就会发生变化，具体见表1和表2。从表1、表2中可以看出，不锈钢设计方案的经济优势已经确立，而且随着时间的推移，优势将不断增强。虽然当时选择不锈钢可能被视为一个奇怪的决定，但现在看来是一个明智的选择。

　　如今，无论是在北美还是全世界，不锈钢钢筋的使用量都在不断增长。香港昂船洲大桥采用了2205型不锈钢钢筋(UNS S32205)以及钢板。

　　香港昂船洲大桥采用含镍不锈钢来抵御海水、工业污染和频繁台风的侵袭，设计寿命是120年。这座桥最引人注目的特征就是每一端的两座锥形单体桥塔，桥塔高度为海平面以上295m，支撑着50m宽的桥面。桥塔下段由钢筋混凝土制成，而115m高的上段是由不锈钢外层和钢筋混凝土芯层组成的复合段。

　　已知圆形桥塔容易受涡激振动影响。为了规避这种影响，桥塔的上部设计成不锈钢外层包裹着环绕钢索锚箱的钢筋混凝土环形芯层的复合结构。由于它的重量、刚度和阻尼强度更大，因此桥梁对涡流的响应性能有所改善。

　　另外，考虑到桥塔的高度以及下方巨大的车流量，必须尽可能地减少维护工作量。之所以选择含镍不锈钢包裹桥塔的上部是因为其经久耐用而且外形美观。

　　替代材料碳钢必须在使用25-30年左右之后加以更换，从而在120年的使用寿命内重复产生额外的费用并影响交通。由于屈服强度较高(460兆帕)而且耐腐蚀性优良，双相不锈钢2205(S32205)成为首选材料。

　　桥塔的外层最多由32个不锈钢段组成，每段由20mm厚的热轧钢板组成。圆形桥塔段的直径从10.9m递减至7.2m，而混凝土壁的厚度从1.4m递减至0.8m。下方三套拉索锚固在桥塔下段的钢筋混凝土段中。上面有25个钢锚箱，其中安装了25套拉索。桥塔上段的结构承载能力依赖于不锈钢外层、混凝土芯层和锚箱之间的相互作用。直径为16mm、最大长度300mm的高强度双相不锈钢剪力连接件在混凝土与外层或锚箱之间传递载荷。

　　虽然不锈钢比碳钢钢筋昂贵，但只要考虑生命周期内的所有结构维护费用，那么有选择性地使用在经济上是可行的。

　　在城市人口超过一百万的加拿大阿尔伯塔省省会埃德蒙顿，一条新的环城公路即将竣工，其中东北方的Anthony Henday快车道部分属于27公里长的6或8车道公路。冬季在埃德蒙顿的道路上行车尤其困难。每年一月的日平均气温为-10.4℃，年降雪量约为124cm。喷洒大量的盐分(包括钠盐和腐蚀性更强的氯化钙)来尽可能避免道路结冰。2011年，环城公路的一个公路立交桥指定使用2304 型(S32304)不锈钢进行试验。这次尝试成功之后，这条新路段的主要部分都指定采用2304型钢筋，据称实际使用量为6000t。或许再过75年左右会对埃德蒙顿的某一座桥梁进行一次生命周期评价，不过可以肯定的是工程师们做出了正确的决定。

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