J9九游会

公路防护栏是确保公路交通安全的基础交安设 施，这就要求护栏有一定的高度、安装密度和足够的强 度，其中强度是影响护栏服役安全和可靠性的主要因 素。研究表明，即使护栏板表面发生轻微腐蚀，碰撞试 验表明护栏仍能满足相应级别的安全防护功能［１］ ，这 是因为公路护栏是依靠整体的护栏受力来拦截、导向 事故车辆的；但如果护栏螺栓（连接螺栓和拼接螺栓） 腐蚀失效或连接强度不足，则紧固连接部位就是护栏 防护的薄弱点，碰撞时很容易发生局部受力过大，导致 护栏的防撞能力下降［２，３］ ，发生骑跨、穿越，甚至造成严 重事故。螺栓表面防腐是影响其服役稳定性和安全性 的重要因素，但在实践中制造企业、道路业主、行业主 管部门往往把质量控制的重点放在护栏板上，为此制 订了齐全的护栏板技术标准，以规范产品质量、保障交 通安全，但却对护栏螺栓防腐重视程度不够，只是在护 栏板的相关标准中有所提及，且相关指标或检测方法 也不明确，这在一定程度上影响了公路护栏的工程安 装和运行服役。鉴于此，本文对护栏螺栓表面防腐的技术现状、相关技术标准等进行了综合分析，并给出相 关建议，以期促进我国公路护栏设施的高质量发展。

一、公路护栏螺栓表面防腐技术的现状及存在 的问题

1.1护栏螺栓热浸镀锌现状及存在的问题

热浸镀锌是将经预处理的待镀件浸入锌浴中发生 高温冶金反应而形成镀锌层的表面处理工艺，热浸镀 锌应用至今已有近 １８０ 多年的历史，实践表明它仍是 目前最可靠的防腐技术。热浸镀锌的形层始于锌浴与 铁基的界面，终止于基材表面上的锌液，镀层的最终组 织结构和物化性能与锌浴熔体有着密切和直接的联 系［４］ 。形层开始，铁基表面的助镀盐膜蒸发，铁基裸 露；熔融锌瞬间在铁基表面润湿、铺展、覆盖且同时发 生 Ｆｅ、Ｚｎ 的相互扩散，并进一步发生 γ、δ、ζ 合金相层 的生长；当镀件离开锌浴时，熔融锌和铁基之间的相互 作用仍在继续，镀件表面黏附有熔融锌，此后熔融锌发 生结晶凝固；所以，镀件表面的镀层包括与铁基紧邻的 锌?铁合金层和表面的锌凝固层。适当地选择温度和 时间参数，可以控制镀层中合金相层的组织特征和厚 度；但对于紧固件表面镀层厚度的控制并不容易，尤其 是螺纹紧固件的螺牙部位，镀层厚度的控制具有一定 的难度，稍微控制不当，螺纹紧固件就会因为镀层质量 缺陷而报废。    护栏螺栓表面带有外螺纹或内螺纹（配套的各类 螺母），螺纹部位具有狭缝尺寸特征，基于上述热浸镀 锌的机理及螺纹紧固件的形状要求，护栏螺栓的热浸 镀锌过程及镀层质量目标就是控制镀层厚度尽量薄、 不堵塞螺牙。为此，人们最初采用爆钝工艺控制螺纹 的镀层厚度，利用热镀件和爆钝液瞬间反应生成的气 体将基体表面未凝固的液态锌爆破去除以保证螺纹的 薄镀层。爆钝过程产生大量氨氮超标的白烟，严重污 染大气和影响操作环境。后来人们在螺栓浸镀之后采 用离心甩将螺栓表面的余锌去除，以满足螺纹部位镀 层厚度的要求。目前，护栏螺栓的热浸镀锌工艺已日 臻完善、工艺稳定，镀层厚度和耐蚀性完全可以满足公 路护栏的防腐要求，但在实际生产和护栏设施安装过 程仍存在以下问题：

（１）护栏螺栓螺纹部位残留有少量锌瘤，影响现场 安装 螺栓热浸镀锌后螺牙部位残留有锌瘤，当锌瘤 尺寸稍大时就严重影响螺栓和螺母的配合，出厂之前 螺母回攻或部分螺栓回攻后紧固件配合成套，施工现 场护栏螺栓紧固件一般容易拆开和再次装配；当锌瘤尺寸较小且手工装配成套存在一定困难时［如配合不 通畅、配合不到位（螺母螺旋不到底）］，出厂前往往采 用工装夹具装配成套，这时不可避免地施加了一定程 度的预紧力载荷；虽然护栏螺栓紧固件能够装配成套 供货，但在施工现场发生拆开困难、再次装配不通畅、 紧固不到位等问题，影响了护栏设施的安装施工。

（２）对连接强度的影响 采用离心甩可以控制护 栏螺栓表面的镀层厚度及均匀性，但配套螺母属于内 螺纹，离心甩难以去除螺母螺纹部位的余锌，仍易发生 余锌或锌瘤堵塞螺牙现象；故人们普遍采用螺母放大加 工余量且镀后回攻的方法保证热浸镀锌螺母与螺栓的配 合，这虽然保证了紧固件的配合，但力学性能测试时常发 生拉伸过程拉脱现象，影响了护栏安装后连接强度。

（３）对高强度护栏螺栓力学性能的影响 研究表 明，热浸镀锌工艺过程对螺栓的显微组织、硬度没有明 显的影响；但热浸镀锌工艺不当会影响螺栓的冲击韧 性，另外镀锌过程的酸洗会造成 １０．９ 级高强度螺栓基 体中的氢含量增加，增大了氢脆隐患［５］ 。德国的工程 师研究发现，高强度护栏螺栓（８．８ 级及以上）热浸镀锌 后螺牙部位的力学性能有一定程度的损伤。

由上可见，护栏螺栓的热浸镀锌工艺虽然已经成 熟且规模应用，但镀锌工艺不当或镀层质量控制不良 时螺栓表面的镀锌层对护栏螺栓紧固件的配合、护栏 板的安装及紧固强度都会产生一定的影响。

1.2护栏螺栓紧固件机械镀锌现状及存在的问题

机械镀锌是指在常温常压下利用物理、化学吸附 沉积和机械碰撞使锌粉在工件表面形成镀锌层的表面 处理工艺［６］ 。基于工艺原理分析，机械镀锌是在室温 下的液体介质中，依靠冲击载荷、锌粉的团聚与吸附， 在钢铁表面上沉积成层；它的形层过程没有热浸镀过 程的界面反应和铁、锌原子扩散［７］ ，故与热浸镀锌相比 它具有镀层氢脆隐患小、镀层厚度容易调控、过程易实现 清洁生产等诸多优点。历经 ３０ 多年的发展，机械镀锌在 制造业领域表现出了独特的优势，护栏螺栓紧固件的机 械镀锌是最近 １０ 年来发展并规模化应用的工艺。 目前机械镀锌护栏螺栓在生产加工、市场流通和 工程安装领域已具有一定的规模，以河北永年恒创电 镀工业园区为例，现有机械镀锌护栏螺栓加工企业 ２０ 余家，每家的护栏螺栓紧固件机械镀锌年加工量保守 统计为 １０ ０００ ｔ，仅此园区每年就向交安设施领域投放 超过 ２０ 万 ｔ 的机械镀锌螺栓、螺母、垫片，这些紧固件 首先进入当地的标准件制造企业或流入山东冠县的交 通设施（以护栏板为主）制造企业，然后流通至全国各地的公路工程建设地点。机械镀锌工艺本身决定了螺 牙、沟槽部位的镀层厚度比平整表面的镀层厚度要薄， 螺母镀后不需要回攻，Ｍ１２ 以上螺栓甚至不需要预留 公差，镀后不影响配合和力学性能。但工艺过程选用 锌粉的粒径大小、施镀过程的加料强度、加料间隔等直 接影响着镀层的致密度、平整度和外观，进而影响到镀 层的质量。据统计，目前我国机械镀锌护栏螺栓紧固 件根据镀层厚度大致分为 ２ 类———低锌层和高锌层， 所谓低锌层一般指镀层厚度低于 ３０ μｍ 或 ３５ μｍ，所 谓高锌层一般指镀层厚度高于 ５０ μｍ。随着市场竞争 的不断加剧，上述所谓高锌层的机械镀锌护栏螺栓紧 固件产量仅占机械镀锌护栏螺栓紧固件总产量的约 １ ／ ４～１ ／ ３，且部分械镀锌护栏螺栓紧固件的镀层厚度参 差不齐、镀层疏松、外观粗糙、表面灰暗等，产生这些问 题的主要原因有：（１）市场需求量大，目前护栏螺栓紧 固件的机械镀锌比热镀锌在工艺上占有优势，供不应 求；（２）价格恶意竞争，一味降低成本；（３）无标可依，没 有质量标准进行约束。

由上可见，与热浸镀锌相比，护栏螺栓的机械镀锌 工艺已占有较大的市场规模和制造体量，但产品的机 械镀锌镀层质量良莠不分，缺乏技术规范指导，市场混 乱，产品镀层质量标准研究及指标标准化亟待解决。

二、护栏螺栓紧固件表面防腐技术标准的现状 及存在的问题

2.1国内公路护栏螺栓紧固件表面防腐的技术标准现状

目前，国家标准和行业标准没有专门针对护栏螺 栓、螺母、垫片等紧固件表面防护层的技术规范。现行 的护栏板产品标准 ＧＢ ／ Ｔ ３１４４７－２０１５“预镀锌公路护 栏”、 ＪＴ ／ Ｔ ４５７ － ２００７ “ 公 路 三 波 形 梁 钢 护 栏 ”、 ＧＢ ／ Ｔ ３１４３９．１－２０１５“波形梁钢护栏第 １ 部分”、ＧＢ ／ Ｔ ３１４３９．２－２０１５“波形梁钢护栏第 ２ 部分”、ＪＴ －Ｔ ２８１ － ２００７“公路波形梁钢护栏”的主要内容是针对护栏板和 立柱的技术规范，其中只有 ＪＴ－Ｔ ２８１－２００７ 提及配套使用的螺栓等紧固件的表面防腐可采用热浸镀锌层或 其它防护层，但并未指定可采用其它哪些类别的防护 层，同时指出螺栓紧固件防腐可参照 ＧＢ ／ Ｔ １８２２６“公 路交通工程钢构件防腐技术条件”执行。

ＪＴ－Ｔ ２８１－２００７ 和 ＧＢ ／ Ｔ １８２２６－２０１５ 均对护栏螺 栓等紧固件的技术指标及质量提出了要求。ＪＴ － Ｔ ２８１－２００７ 指出，护栏的所有构件均应进行金属防腐处 理，一般宜采用热浸镀锌，其相关技术要求如表 １ 所 列，当采用其它防腐层时应符合 ＧＢ ／ Ｔ １８２２６ 的相关规 定，并要求螺纹构件热浸镀锌后应清理螺纹或作离心 分离且不能因镀层而影响配合。ＧＢ ／ Ｔ １８２２６－２０１５ 列 出了公路交通钢构件可选用的包括热浸镀锌、热浸镀 铝、热浸镀锌＋聚酯复合涂层、热浸镀锌＋浸塑复合涂 层、环氧锌基聚酯复合涂层、锌铬涂层（达克罗）、粉末 镀锌（机械镀锌的另一称谓）涂层等 １７ 种防护涂层技 术，并在使用原则中指出，锌铬涂层和粉末镀锌适用于 螺栓、螺母等紧固件，当螺栓紧固件采用热浸镀锌和粉 末镀锌防腐时涂层的质量应达到表 １ 中的要求。

由表 １ 的对比发现，ＪＴ－Ｔ ２８１－２００７ 规范了护栏螺 栓热浸镀锌层的质量要求，其中对镀层平均厚度、最低 厚度、镀层均匀性和盐雾时间给出了量化指标及要求， 对螺 牙 部 位 及 螺 栓 的 力 学 性 能 未 做 要 求。ＧＢ ／ Ｔ １８２２６－２０１５ 指出并建议螺栓紧固件适合采用锌铬涂层 （达克罗）和机械镀锌层防腐，因锌铬涂层（达克罗）的 防碰撞性能较差，故生产中很少应用，此处不再进一步 叙述；当护栏螺栓紧固件采用机械镀锌层时镀层质量 应按热浸镀锌的要求（见表 １）执行。对比表 １ 中的指 标和数值还可以发现，当护栏螺栓紧固件采用热浸镀 锌层时，两项标准都有可直接采用的数值参考，能够控 制产品的镀锌层质量和保障产品的验收；若采用机械 镀锌层，则只能参照热浸镀锌层质量及要求。机械镀 锌和热浸镀锌属于原理、工艺都不相同的 ２ 类镀锌工 艺，虽然 ２ 种工艺均能获得金属镀锌层，然而 ２ 种镀层 的组织结构明显不同，这导致机械镀锌护栏螺栓在防腐层质量验收及评判时存在着以下问题：

（１）现行标准的最低锌附着量是基于热镀锌层的 测试原理及方法提出的，这对机械镀锌层并不适用。因为热浸镀锌层为锌及锌铁合金的致密层体，其密度 接近或稍大于纯锌的密度（７．１４ ｇ ／ ｃｍ ３ ），而机械镀锌层 为锌粉颗粒镶嵌成的带有微孔的致密层体，其密度低 于纯锌的密度，甚至相差较大。检测表明，机械镀锌层 的锌附着量受锌粉颗粒粒径、加料强度、强化时间等影 响较大，如同等条件下采用粒径 １ ２００ 目的锌粉比 ５００ 目的锌粉获得的镀层致密度要高，延长强化时间可以 提高单位面积的锌附着量，增加加料次数也可以提高 单位面积的锌附着量。这些工艺因素与锌附着量之间 的影响规律及镀层质量的稳定控制亟待制造企业或加 工商进行系统研究和试验统计。

（２）镀层的均匀性要求不能用于螺纹部位的镀层 质量检测和评价。硫酸铜实验 ５ 次不变红色的要求对 于热浸镀锌构件（如护栏板、立柱、防阻块等）的平整表 面是可以采用的，而对于边角、边缘、沟槽部位（如螺 牙、螺栓六角头边棱、螺栓大圆头边缘、螺栓螺杆端面 等）的镀锌层进行规范要求是不可行的。检测表明，即 使是平面部位厚度达到 ５０ μｍ 的热浸镀锌螺栓也常发 生不能通过 ５ 次硫酸铜实验的情况；对于随机抽检机 械镀锌的螺栓、螺母、垫片的螺牙部位、拐角部位也是 难以通过 ５ 次硫酸铜实验的。可见，上述标准的相关 技术条款并没有考虑螺栓、螺母、垫片等紧固件的结构 特殊性和镀层厚度的差异性，故护栏螺栓紧固件的机 械镀锌层参照热浸镀锌层要求进行相应检测及验收是 不科学的，急需建立符合技术特征和紧固件形状结构 特征的机械镀锌护栏螺栓的镀层技术规范。

2.2国外公路护栏螺栓紧固件表面防腐的技术标准现状

国外发达国家对高速公路护栏的研究和应用起步 较早，美国、英国在 ２０ 世纪 ６０ 年代就开展了公路护栏 的碰撞试验研究工作，建立了完善的高速公路护栏试 验、评价标准和高速公路护栏板产品标准［８］ 。美国高 速公路护栏标准 ＡＡＳＨＴＯ Ｍ１８０“高速公路护栏板技术 规范”对护栏安装紧固用的螺栓、螺母、垫片的表面防 腐给出齐全的技术要求，标准将护栏板按表面防护层 类别分为 ４ 类（见表 ２），其中配套用的螺栓紧固件也根 据护栏板的类别给出了具体的防腐要求，４ 类护栏板配 套用的螺栓、螺母、垫片表面防护建议采用热浸镀锌层 或机械镀锌层。 另外，国外护栏板技术标准对螺栓紧固件表面镀 锌层（热浸镀锌和机械镀锌层）的厚度、结合强度、平整 度等外观质量也给出了规范要求。同时发现，螺纹标准件的 其 它 国 外 标 准 文 献 如 ＡＳＴＭ Ａ３０７ “ 抗 拉 强 度 ３７０ＭＰａ 碳钢螺栓、螺柱、螺杆技术规范”、ＡＳＴＭ Ａ３５４ “调质合金钢螺栓、螺柱及其它外螺纹紧固件技术规 范”、ＡＳＴＭ Ａ４４９“最小抗拉强度 １２０ ／ １０５ ／ ９０ ｋｓｉ 热处 理钢六角头螺钉、螺栓、螺柱技术规范”、ＡＳＴＭ Ａ３２５ “抗拉强度 ７２５ ～ ８３０ ＭＰａ 热处理钢螺栓技术规范”、 ＡＳＴＭ Ａ５６３“碳钢和合金钢螺母技术规范”中当有镀锌 要求时，则规定采用热浸镀锌和机械镀锌，且对 ２ 类镀 锌层的厚度都做了量化要求。可见，国外护栏螺栓紧 固件防腐的技术标准化已经相当完善，主要技术指标 已经量化，技术标准具有较强的实践性，这非常值得我 们学习。

综上分析还发现，国内外技术标准不管是热浸镀 锌螺栓还是机械镀锌螺栓，均是以平整表面作为检测 对象的，而护栏螺栓、螺母、垫片的防腐层均是复杂表 面，其表面的平面、螺纹、曲面、边棱、柱面等镀层外观 质量、镀层厚度、厚度均匀性等存在明显的不同，这是 不能忽略的问题。所以，护栏螺栓紧固件的防腐层应 充分考虑紧固件的表面形状差异，确定主要检测表面 或次要检测表面，并根据不同表面位置有区别地研究、 制订质量指标。基于发展前景分析，护栏螺栓紧固件 的机械镀锌比热浸镀锌具有明显的技术优势，行业界 应尽早组织制造商、用户、研究机构制定机械镀锌护栏 螺栓紧固件的技术标准并发布实施。

三、结语

护栏螺栓是公路护栏安全保障的重要组成部分，表面防腐是影响护栏螺栓服役可靠性的一项重要指 标。本文基于护栏螺栓紧固件表面防护的技术现状和 技术标准分析，综述了当前我国公路护栏螺栓紧固件 防腐的工艺、镀层质量以及相关技术标准、质量指标 等，并指出了产品质量和工程应用中存在的问题，希望 促进我国公路护栏紧固件的良性发展，并建议从以下 几个方面及时开展研究和标准化制定工作：

（１）护栏螺栓紧固件机械镀锌工艺过程与镀层致 密度、单位面积锌附着量等镀层质量之间的关联规律 研究；

（２）机械镀锌护栏螺栓紧固件镀层质量的主要指 标、指标量化检测及可行性研究；

（３）机械镀锌护栏螺栓紧固件主要检测表面的确 定及螺纹部位镀层质量的差异性检测及评判。

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