静悄悄的革命——基础设施开始大量使用不锈钢
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  公共基础设施的有效运营深入地影响着我们的日常生活:可靠地获取能源和饮用水;便利的公路、铁路、航空和航运交通;废水与污水的安全处理;这些都决定了我们将如何生活与工作。不锈钢在这些领域中都起着重要但往往被忽略的作用。选材是基础设施建筑与安装耐久性的决定因素,它对最大提升可用性和降低生命周期成本来说至关重要。

  本期为大家列出全球不同地区的基础设施中应用不锈钢的一些案例。或许在不远的将来,国内在这些方面也会更多的考虑不锈钢的使用。

  公路桥

  1、混领土桥梁加固渥太华,安大略省,加拿大

  加拿大首都的气候特点是冬天很冷,需要使用大量的盐来除冰。由于混凝土是孔隙结构的,因此难免会出现裂缝。随着时间推移,含有盐的水渗透到混凝土中,从而腐蚀碳钢钢筋涂层,生成的铁锈使得钢筋体积增大,从而产生裂缝,因此加剧了对混凝土的破坏。

▲在冬季使用除冰盐的地区,不锈钢筋能带来好处

  安大略省早在十几年前就针对镀锌和环氧涂层碳钢钢筋以及不锈钢钢筋的性能进行了研究。结果证实了不锈钢优异的耐久性。除了腐蚀修复的直接成本,当局还考虑了桥梁整修引起交通阻断的间接成本,因此在备忘录中规定,对于每天使用量超过10万辆车的桥段,只能选不锈钢为材。该政策实施后的最近一个项目是于2014年完工的Hurdman大桥。该桥位于全国最繁忙的高速上,桥面和防护墙选用了双相不锈钢钢筋。为了防止浇铸水泥时钢筋变形的绑扎铁丝选用了316奥体钢,钢筋挂钩也用不锈钢制成。

  2、路桥重建Allt Chonoglais,苏格兰(英国)

  经检测发现,现有的AIIt Chonoglais桥段强度不够,无法承担未来的交通负荷。对它进行修理或加固又没有经济性,因此2012年8月开始拆除旧桥,并用更结实的,含有碳钢及不锈钢筋的新型钢筋混凝土结构重新建桥。为了使桥在整个设计生命周期内更持久并具有经济型,顾问工程师们决定在桥面、桥台、翼墙和轴承踢脚板等高风险区域使用不锈钢钢筋。在冬天,由于使用除冰盐,这些区域容易受到氯化物的强化腐蚀。

▲从左至右以此为:拆桥-更换-不锈钢钢筋段的切割与弯曲

  原来的规范要求使用EN1.4301(304)号不锈钢钢筋,但通过与供应商深入讨论后,决定使用EN1.4362 (2304)钢来替代。测试表明,室温下该牌号钢的临界氯离子浓度(CCTL)为每单位水泥含4%,这个浓度是碳钢钢筋临界浓度的十倍,也超越了典型的钢筋盖、混凝土质量的正常水平,该设计的生命周期为120年,即便在氯化物含量非常高的环境里。为了避免污染碳钢,所有的不锈钢钢筋都需要在不锈钢专用的机床上进行完全切割,并弯曲成型。

  铁路连接

  1、铁路桥梁结构A?orga(圣塞瓦斯蒂安),西班牙

  此前的钢桥结构遭到严重腐蚀,无法修复,因此需要换掉。地方当局的要求是桥要具有130的耐久性,并不需要大修。在其他桥应用中表现良好的节约型不锈钢既符合技术标准,也具有经济性。该结构是第一座全不锈钢设计的桥。

▲首座不锈钢金属结构的铁路桥选用了LDX 2101(EN1.4162)节约型双相钢

  2、铁路桥覆层英国

  英吉利海峡隧道铁路桥梁的覆层和支架都规定使用不锈钢。这条高速铁路穿越工业化城郊,居民区和沿海区域,将伦敦和欧洲大陆连接起来。因此需要高标准的覆层满足功能性、美学和耐久性的要求。覆层均为多孔结构,弯曲的金属板增加了墙体高度这是吸噪能力的关键所在但对桥重的影响却很小。但是,如果使用金属涂层材料,孔眼的切割边界容易被腐蚀,因此内部材料的防腐性很重要。外露面的特殊抛光也构成其独特的建筑特点。

  公路隧道

  1、河底隧道的路面更换达特福德,英国

  达特福德跨河道路横跨泰晤士河,是英国最繁忙的轨道公路M25的重要组成部分。该通道由两条承载北向流量的双车道隧道和一个承载南向流量的四车道斜拉桥组成。

  东部隧道最基础的补修需要更换一段长达一公里多的路面,取而代之的是由若干4.5米的钢板组成的路面,其两侧加有底板。共计需要474块不锈钢底板,每块底板长7.34米、高0.62米、厚25毫米,重835公斤,并且一端焊有18块三角板。合同要求端板要匹配钻孔,这样可以保证34个紧公差螺栓在每个剪力连接上的精确位置。

  2、翻新隧道覆层瓦格铎奈克,意大利

  绵延在奥斯塔山谷山区长达283米公路隧道的维修需要安装新的覆层。选材使用了有色涂层不锈钢。不锈钢衬底要确保有长期防腐性能,尤其是考虑到钢板后侧会暴露在潮湿环境中。钢板前侧要避免使用引起眩光的高反射金属面,模内有色涂层的不锈钢能满足这些苛刻要求。

  事实证明,含铬量17%的铁素体铬不锈钢是非常具有成本效益的方案。钢面选择白色,能够均匀分散灯光,不会引起眩光。底漆和涂层的化学成分安全,即便燃烧也不会产生有毒气体。覆层的安装快捷高效,隧道的翻新能够在两个月内完成。

  地下

  1、地铁站的墙面覆层

  在充满活力的西班牙成立巴塞罗那的地铁系统中,政府选择将立体不锈钢用在墙壁覆层和天花板上。钼合金不锈钢钢种有着安全可靠的耐久性和易维护性。

  网格结构具有高效的吸噪性能。它会吸引用户走近,观察其钢丝、钢筋和钢条的复杂交织。虽然表面是光滑的金属,但复杂的几何结构使其从远处看具有哑光效果,不会产生眩光。不锈钢还具有安全和舒适的效果。

  2、地铁站的悬挂走道毕尔巴鄂,西班牙

  在最近新建的西班牙巴斯克地区首府的地铁站里,扶梯和覆层均使用了兼具美观和较低维护成本的316不锈钢。此外,它还有一个独特之处:平台似乎悬浮在地铁月台和铁轨上方。使其产生这种独特效果的就是掐丝不锈钢悬挂杆。

  由于楼梯和高架通道是逃生路线的一部分,因此必须具有很高的耐火性。含铬24~26%,含镍19~22%的AISI 310S(EN 1.4845)奥体钢具有优良的耐火性,因此被用在工业高温环境中。结构工程师利用其机械和物理性能,在技术方案中表达了建筑师的大胆理念。

  能源供应

  1、北海平台天桥EldFisk油田,挪威

  在欧洲大部分地区,管道燃气是住宅取暖和工业应用的常用主要能源。因此天然气管道从源头到消费的可靠性对于能源基础设施的良好运行至关重要。天然气钻台的技术组件用在极端腐蚀性的环境中:组件内表面接触含硫气体,外表面是海洋环境。海藻沉积和生物腐蚀使情况更加恶化。在这样的应用环境中使用双相不锈钢是最具成本效益的解决方案。

  2、电缆隧道悉尼,澳大利亚

  作为悉尼电力基础设施重大升级的组成部分,澳大利亚能源公司修建了电缆隧道。这条长1.7公里,宽3.5米的隧道带着传输电缆,穿过城市的中心商业区。整条隧道选择了不锈钢支架来支撑重型电缆。不锈钢的终身免维护的特点及其完整性,以及专业制造水平,都意味着钢结构在整个寿命期内的维修成本都很低。

  水与污水

  1、水制备厂莫西纳,波兰

  2015年莫西纳建成了波兰最大、最先进的水处理厂,为波兰波兹南市60%的居民提供饮用水。所用技术包括:臭氧氧化、粉末活性炭安装,以及碳过滤器,此外还有最先进的冲洗水和沉淀物回收技术。

▲所用合金的范围从304(EN1.4301)到904L(EN 1.4539)不等。

  不锈钢是饮用水制备常用的材料,但是材料的选择很重要。对于大部分的安装,标准的304和316号钢已经完全够用,但是在特定区域则需要使用高合金钢904L(EN 1.4539)。由于需要用二氧化氯进行预先消毒,因此有必要使用这种高合金钢。莫西纳水厂是一个具有成本效益的工程,因为每部分安装的用钢设计都综合考虑了在给定的腐蚀环境下,实现技术性和经济性的完美结合。

  2、水库韩国首尔

  近几十年来,不锈钢被广泛用于韩国的污水处理厂、蓄水池和输水管道。自2003年依赖,首尔市政府启动了汉江(Arisu)计划,Arisu已经成为韩国饮用水的品牌名。该计划旨在改进饮用水质量,通过新开发的水处理技术对六家水厂进行了改造,在这过程中,不锈钢管得到了广泛使用。

  蓄水池就是其中一个例子,传统上蓄水池使用水泥结构,里面覆上聚酯层,以防止漏水。浦项制铁和首尔市政府经过研究,决定在蓄水池内覆层使用最好的不锈钢。2016年,位于首尔市中心的蓄水池采用了不锈钢内覆层,整体墙面的面积约为500平米。首尔目前使用的水库有100多个,其中一半的水库已使用20多年了。预计韩国对清洁的内覆层的需求和建设量会有不断的增加。

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