博士課程論文纜索防腐技術(shù)探究

1、纜索防腐技術(shù)探究Research on Anticorrosion Technology ofBridge Cable Structure專 業(yè)：水工結(jié)構(gòu)工程姓 名：喻 江指導老師：吉伯海 傅中秋河海大學水利水電學院2016年1月7日纜索防腐技術(shù)探究喻 江作者簡介：喻 江(1989)，男，重慶云陽人，博士研究生，從事水工組合結(jié)構(gòu)研究(E-mail: yzyzyz322).（河海大學 水利水電學院，江蘇 南京 210098）摘 要：纜索是懸索橋、斜拉橋和拱吊橋等大跨度橋梁的核心部件，為主要承重結(jié)構(gòu)。由于處在跨越江河湖海的自然環(huán)境之下，既有應力腐蝕、疲勞腐蝕，又有金屬腐蝕，極易遭受腐蝕破壞。為了保

2、證橋梁結(jié)構(gòu)及纜索的安全，有必要對橋梁纜索進行防腐蝕研究。文中結(jié)合國內(nèi)外工程案列，從懸索橋主纜、斜拉橋斜拉索、拱吊橋吊桿索，以及錨具結(jié)構(gòu)幾方面出發(fā)，對橋梁纜索防腐關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和探討。關(guān)鍵詞：橋梁纜索；主纜索；斜拉索；吊桿索；防腐技術(shù)Research on Anticorrosion Technology of Bridge Cable StructureYu Jiang(College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098China)Abstruct: Bridge

3、 cable structure, which is as the core component of the large-span suspension bridge, cable-stayed bridge and arch bridge, is the most important load-bearing structure. Under natural environment of the rivers and lakes, it is easy to corrosion damage result from stress corrosion, fatigue corrosion,

4、and metal corrosion. In order to ensure the safety of bridge structure and its cable, it is necessary to research on corrosion resistance of bridge cable. Combined with engineering cases abroad and home, analysis and discussion on anticorrosion technology of bridge cable structure were launched from

5、 the several aspects of main cables of suspension bridge, stay cables of cable-stayed bridge, derrick cable of arch bridge, and the anchorage structure.Keywords: Bridge cable; main cable; stay-cables; derrick cable; anticorrosion technology1 引言懸索橋、斜拉橋和拱吊橋等是目前應用較多的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，而大跨度橋梁的纜索結(jié)構(gòu)又是懸索橋、斜拉橋和拱吊橋的主要承

6、重結(jié)構(gòu)，也可以被認為是橋梁工程的“安全生命線”，如圖1所示。（a）懸索橋結(jié)構(gòu)示意圖（b）斜拉橋結(jié)構(gòu)示意圖（c）拱吊橋結(jié)構(gòu)示意圖圖1 不同形式纜索橋梁結(jié)構(gòu)圖由于處在跨越江河湖海的自然環(huán)境之下，長期暴露在風雨、潮濕和污染空氣的環(huán)境中，并承受諸如風荷載、行車車輛荷載等動載和自身重力、附屬結(jié)構(gòu)物等靜載，既有應力腐蝕、疲勞腐蝕，又有金屬腐蝕。其中，纜索結(jié)構(gòu)和錨具結(jié)構(gòu)極易遭受腐蝕破壞。一旦纜索系統(tǒng)發(fā)生腐蝕破壞，其后果將不可設(shè)想。為了保證橋梁和纜索結(jié)構(gòu)的安全，必須對纜索進行防腐保護。2 橋梁纜索種類根據(jù)目前工程所使用情況來看，橋梁用纜索有各種不同的結(jié)構(gòu)形式。而一般情況下都是由錨具構(gòu)件和索體結(jié)構(gòu)經(jīng)過一定工序組

7、合而成，索體結(jié)構(gòu)包括鋼絲、鋼絞線和鋼絲繩。其組成結(jié)構(gòu)相對比較簡單，其特點主要是用于承受張力荷載。按照其用途可分為：斜拉橋用斜拉索、懸索橋用吊索、拱橋用吊索、錨固索、預制鋼絲組合索，以及施工用錨固索和檢修用扶索等等；按索體材料又分為平行鋼絲索、鋼絞線索、鋼絲繩索等；按照其錨固結(jié)構(gòu)分為冷鑄鐓頭錨索、熱鑄錨索、夾片錨索等。具體分類如圖2所示。橋梁纜索種類斜拉橋用斜拉索纜索用途纜索材料錨固結(jié)構(gòu)懸索橋用吊索拱橋用吊索錨固索預制鋼絲組合索施工用錨固索檢修用扶索平行鋼絲索鋼絞線索鋼絲繩索冷鑄鐓頭錨索熱鑄錨索夾片錨索圖2 常用橋梁纜索的種類及特點3纜索結(jié)構(gòu)的防護3.1 懸索橋主纜防護懸索橋是目前跨越能力最大的

8、一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計壽命一般為100年，主要由主塔、錨碇、鞍座、主纜、吊索、橋面承載梁體及附件構(gòu)成。主纜是通過塔頂鞍座懸掛在主塔上并錨固于兩端錨固體中的柔性承重構(gòu)件，主纜本身又通過索夾和吊索承受活載和加勁梁的恒載。除此之外，它分擔一部分橫向荷載并將它直接傳遞到塔頂；主纜是懸索橋最重要的受力構(gòu)件之一，且是不可更換的，因此，被稱為懸索橋的“生命線”。主纜長期暴露在大氣環(huán)境中，經(jīng)受著各種不利環(huán)境的侵蝕，導致主纜鋼絲易產(chǎn)生銹蝕。主纜鋼絲腐蝕會嚴重危及到懸索橋的安全性，因腐蝕會減少有效的索股面積和強度。因此，主纜的壽命直接影響甚至決定著懸索橋的使用年限，如何保證主纜的耐久性至關(guān)重要，因此其防腐涂裝倍

9、受關(guān)注。3.1.1 主纜腐蝕防護機理懸索橋主纜防腐涂裝體系普遍采用的技術(shù)是:鋼絲出廠前進行鍍鋅處理，主纜成形后通過“防腐膩子+纏繞鋼絲+外防護涂層”的方式來進行防腐，這種主纜防護體系實際上是通過對主纜外層進行密封包裹來防止水分侵入其內(nèi)部以達到防腐蝕目的，如圖3所示。圖3 主纜外層防護結(jié)構(gòu)示意圖目前國內(nèi)外主纜防腐主要采用3種方法:一是圓鋼絲纏繞涂層法；二是合成護套防護法；三是S形纏繞鋼絲代替圓形鋼絲。國外懸索橋主纜的涂裝體系美國是現(xiàn)代懸索橋技術(shù)的起源地，建有100多座懸索橋，自1883年美國建成布魯克林大橋(主跨486m)至今，懸索橋的建造已經(jīng)有100多年的歷史。世界各國專家圍繞“防腐膩子+纏繞

10、鋼絲+外防護涂層”的主纜防護結(jié)構(gòu)進行了大量研究，并開發(fā)出多種防護材料，主纜防腐涂裝體系得到了快速的發(fā)展，并形成了多種多樣的主纜防腐體系，如表1所示。美國的懸索橋大部分是老橋，主要采用“膩子+纏絲+涂裝”的防護體系。20世紀60年代早期Bethlehem鋼鐵公司和Du Pont化學公司開發(fā)了合成護套防護法，因其施工難度大而未能得到推廣。針對圓鋼絲纏繞的密封間隙和傳統(tǒng)防護體系不能完全防護腐蝕等問題，經(jīng)過大量的檢查、觀測和試驗研究，日本在20世紀90年代開發(fā)了主纜S形纏繞鋼絲代替圓形鋼絲，并對懸索橋主纜內(nèi)送干燥空氣除濕系統(tǒng)進行了研究。表1國外懸索橋主纜涂裝體系國家橋梁名稱主纜涂裝體系建成時間美國布魯

11、克林大橋鉛丹膩子+圓形鋼絲纏絲+鉛基涂料1883 年美國金門大橋鉛丹膩子+圓形鋼絲纏絲+鉛基涂料1937 年美國韋拉扎諾橋鉛丹膩子+圓形鋼絲纏絲+鉛基涂料1964 年丹麥小貝爾特橋鋅膩子+圓形鋼絲纏絲+涂料1970 年日本若戶大橋鉻酸鋅膩子+圓形鍍鋅鋼絲纏繞+醇酸類涂裝1973 年德國漢堡大橋鉛丹膩子+圓形鋼絲纏絲+底涂+環(huán)氧樹脂涂料1979 年日本大鳴門橋鉛酸鈣高分子有機鉛+圓形鍍鋅鋼絲纏繞+環(huán)氧樹脂+聚氨酯樹脂面涂1985 年日本下津井瀨戶大橋鉛酸鈣類密封膏+圓形鍍鋅鋼絲纏繞+環(huán)氧樹脂底涂+聚氨酯樹脂面涂+雙組分聚硫密封劑罩面1988 年日本明石海峽大橋圓形鍍鋅鋼絲纏繞+膠粘劑+橡膠底涂+

12、彈性氯丁橡膠帶半搭接包覆+氯磺化聚乙烯涂裝+主纜內(nèi)干燥空氣送氣除濕1998 年瑞典高海岸橋鋅膩子+圓形鋼絲纏絲+涂料1997 年丹麥大貝爾特橋鋅膩子+圓形鋼絲纏絲+涂料1998 年日本安蕓灘橋S形鋼絲纏絲+軟性涂料+主纜內(nèi)干燥空氣送氣除濕2000 年美國塔科馬海峽新橋鋅聚合物+圓形鋼絲纏絲+彈性涂料2007 年日本豐島大橋S形鋼絲纏絲+軟性涂料+主纜內(nèi)干燥空氣送氣除濕2008年隨著技術(shù)的不斷進步，涂料體系的性能越來越優(yōu)異，如纏絲前的防腐膩子，歐美國家早期采用鉛丹油膏，后來采用鋅膩子等。日本在20世紀60年代發(fā)展了鉻酸鋅膩子，在80年代發(fā)展了以鉛酸鈣高分子有機鉛、鉛酸鈣類密封膏、磷酸鋁密封膏為主

13、的不干性高分子材料。20世紀90年代，發(fā)展了防腐性能優(yōu)異的含鋅、干性油和體質(zhì)顏料的膩子，進而又發(fā)展了磷酸鋁型密封膏。在此期間，主纜纏繞鋼絲后的外防護涂料涂裝也得到了不斷的更新?lián)Q代。目前主纜的涂料涂裝一般采用環(huán)氧樹脂涂料做底涂層和中間涂層、聚氨酯涂料做面涂層，也有直接采用橡膠包覆帶纏繞而不用涂料的方法。國內(nèi)懸索橋主纜的涂裝體系20世紀90年代以來，我國的懸索橋建設(shè)取得了突飛猛進的發(fā)展，先后建成了汕頭海灣大橋、西陵長江大橋、虎門大橋、江陰長江大橋、廈門海滄大橋、宜昌長江大橋和潤揚長江大橋等10余座大跨徑懸索橋。國內(nèi)懸索橋主纜腐蝕防護基本上采用“防腐膩子+纏繞鋼絲+外防護涂層”的方法，不同之處在于膩

14、子材料不同和外層涂料系統(tǒng)組成的差異。到目前為止，國內(nèi)懸索橋主纜涂裝體系主要采用以下5種防腐涂裝體系：（1）借鑒歐美技術(shù)，纏絲前采用油性鋅粉密封膏對主纜鋼絲進行陰極保護。該種方法存在較多缺點，其密度大大增加，能達到70008000kg/m3，造成主纜的質(zhì)量加重，而且粘接性也較差。另外，在經(jīng)過纏絲后采用重防腐涂料進行外層防護，在理論上可行的，但是圓形鋼絲纏絲不可避免會出現(xiàn)不均勻縫隙，因此涂料不能達到完全有效防護。我國江陰長江大橋和香港青馬大橋都采用到了這種技術(shù)，經(jīng)過一段時間，主纜表面局部出現(xiàn)涂膜開裂脫皮的現(xiàn)象，導致了主纜個別部位進水，維修保養(yǎng)任務加重。（2）在纏絲前、后均采用一種美國進口的聚氨酯膩

15、子，防護總厚度達到5cm，形成一個整體的橡膠防護層。這種防腐方案具有較高的防護等級。我國虎門大橋主纜采用到了這種防腐方案。（3）采用S型鋼絲纏絲加裝送干燥空氣除濕系統(tǒng)。這種方案可有效地除去主纜空隙中的水分，維持主纜內(nèi)部空氣相對濕度在40%以下，從而達到防腐的目的。（4）北京航空材料研究院( BIAM)開發(fā)了一套系統(tǒng)全面的主纜防護涂裝體系，主要結(jié)構(gòu)為“不干性密封膏+纏絲+聚硫橡膠包覆層+881系統(tǒng)重防腐涂裝材料”，索夾等結(jié)構(gòu)縫隙采用聚硫橡膠密封劑做防水密封。該體系在近10年的時間內(nèi)已成功應用于國內(nèi)新建造的20余座懸索橋。從材料和工藝來看，技術(shù)較成熟，能夠滿足主纜防護技術(shù)的要求。（5）一種新的“涂

16、刷瀝青涂料+包裹玻璃絲布、隔熱材料+包裹鋼絲網(wǎng)水泥外防護層”的主纜防護體系被用于豐都長江大橋維護中。國內(nèi)懸索橋主纜的涂裝體系見表2所示。表2國內(nèi)懸索橋主纜涂裝體系橋梁名稱主纜涂裝體系建成時間汕頭海灣大橋聚異丁烯膩子+圓形鋼絲纏絲+環(huán)氧、聚氨酯涂料涂裝1995年西陵長江大橋聚異丁烯膩子+圓形鋼絲纏絲+環(huán)氧、聚氨酯涂料涂裝1996年廣東虎門大橋聚氨酯密封劑+圓形鋼絲纏絲+聚氨酯密封劑+聚氨酯涂料涂裝1997年香港青馬大橋紅丹膩子+圓形鋼絲纏絲+底漆+磷酸鋅酯類環(huán)氧漆+酚醛面漆1997年豐都長江大橋涂刷瀝青涂料+包裹玻璃絲布、隔熱材料+包裹鋼絲網(wǎng)水泥外防護層1997年廈門海滄大橋聚異丁烯膩子+圓形鋼

17、絲纏絲+密封劑+環(huán)氧、聚氨酯涂料涂裝1999年江陰長江大橋鋅粉膩子 + 圓形鋼絲纏絲 + 環(huán)氧、水性、酚醛、醇酸類涂料涂裝1999年重慶鵝公巖長江大橋磷化底漆+聚異丁烯膩子+圓形鋼絲纏絲+磷化底漆+密封劑+環(huán)氧、聚氨酯涂料涂裝2000年宜昌長江大橋磷化底漆+聚異丁烯膩子+圓形鋼絲纏絲+磷化底漆+密封劑+環(huán)氧、聚氨酯涂料涂裝2001年忠縣長江大橋磷化底漆+聚異丁烯膩子+圓形鋼絲纏絲+磷化底漆+密封劑+環(huán)氧、聚氨酯涂料涂裝2001年桂林麗君橋熱擠 PE 護套2001年潤揚長江大橋1490S型鋼絲纏絲+柔性環(huán)氧、含氟聚氨酯涂料涂裝+主纜除濕系統(tǒng)2004年廣州珠江黃埔大橋磷化底漆+聚異丁烯膩子+圓形鋼

18、絲纏絲+磷化底漆+密封劑+環(huán)氧、聚氨酯涂料涂裝2008年四渡河大橋磷化底漆+聚異丁烯膩子+圓形鋼絲纏絲+磷化底漆+環(huán)氧云鐵+密封劑+聚氨酯面漆2009年西堠門大橋磷化底漆+聚異丁烯膩子+圓形鋼絲纏絲+磷化底漆+環(huán)氧云鐵+密封劑+聚氨酯面漆2009年主纜除濕防腐系統(tǒng)傳統(tǒng)的防腐方法無法從本質(zhì)上阻止腐蝕的發(fā)生，只是減緩了腐蝕的速度。要阻止主纜鋼絲腐蝕的發(fā)生，只有將主纜內(nèi)的水分排出，才能確保主纜內(nèi)的空氣環(huán)境不會引起鋼絲腐蝕。主纜除濕系統(tǒng)通過向主纜內(nèi)輸送干燥空氣將主纜的水分排出，其原理是降低主纜內(nèi)部的相對濕度，使主纜處于一個相對封閉、干燥的環(huán)境中，避免主纜內(nèi)的鋼絲銹蝕。主纜除濕系統(tǒng)通過送氣管和送氣罩將干

19、空氣注入主纜鋼絲空隙，干空氣在主纜空隙內(nèi)流動，降低主纜空隙內(nèi)的空氣濕度，最后干空氣變成濕空氣從排氣罩排出。主纜護套層將干燥的主纜內(nèi)部環(huán)境與外界大氣隔離，保持主纜內(nèi)干燥狀態(tài)。主纜除濕系統(tǒng)工作流程為: 粗過濾空氣精過濾處理除濕機除濕高壓風機送風冷卻送氣管輸氣送氣罩送氣主纜內(nèi)除濕排氣罩排氣。主纜除濕系統(tǒng)工作流程見圖2。圖4 主纜除濕系統(tǒng)的工作流程懸索橋主纜腐蝕是個世界性的難題，國內(nèi)外主纜防腐涂裝體系主要采用“防腐膩子+纏繞鋼絲+外防護涂層”的防護結(jié)構(gòu)，由于防護膩子、嵌縫材料和外涂裝材料容易出現(xiàn)老化開裂，致使后期的維護費用非常昂貴。美國和日本對多座懸索橋主纜進行檢查，主纜均發(fā)生了嚴重腐蝕，說明主纜防腐

20、涂裝體系防腐效果不太理想，其原因是主纜防腐涂裝體系無法除去主纜內(nèi)部的水分。主纜除濕防腐系統(tǒng)是懸索橋主纜鋼絲防腐新技術(shù)，我國是世界纜索橋梁發(fā)展最快的國家，目前國內(nèi)主纜除濕防腐技術(shù)還只能靠全套引進設(shè)備和技術(shù)，因此有必要進行相關(guān)的研究。要阻止懸索橋主纜發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，應采用主纜防腐涂裝體系和主纜除濕防腐系統(tǒng)相結(jié)合的方法。3.2 斜拉橋斜拉索防護現(xiàn)代斜拉橋由于跨度較大、造型美觀、施工方便等原因，越來越受到各國的青睞，近年以來，我國修建了數(shù)百座斜拉橋。斜拉索是斜拉橋的主要承重傳力構(gòu)件，它主要由高強度鋼絲（鋼絞線）束和錨具組成。由于斜拉索所處的環(huán)境和受力情況復雜，鋼絲索體和錨具很容易受到腐蝕破壞，從而導致斜

21、拉索銹蝕，直接影響到橋梁的結(jié)構(gòu)安全與使用壽命。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對交通運輸能力要求的不斷提高，大量斜拉橋的老化和功能退化已呈加速趨勢。因此，斜拉橋斜拉索的防腐保護舉措的實施顯得尤為重要。3.2.1 斜拉索防腐機理斜拉索長期處于跨江河、跨海灣的地域,長期暴露在風雨、潮濕和污染空氣的環(huán)境中，且主要材料為鋼材，若防護不當，極易受到腐蝕。斜拉索的腐蝕主要是索體中的鋼材與周圍介質(zhì)發(fā)生電化作用，造成氧化還原反應所致。引起斜拉索腐蝕的常見因素有空氣、水、氯離子以及持續(xù)作用于高強鋼絲的拉應力等，這些因素都會引起鋼材腐蝕，產(chǎn)生應力腐蝕裂縫和氫化斷裂。在斜拉索鋼絲中的合金元素、滲碳體及其它雜質(zhì)往往構(gòu)成陰極，

22、鐵元素構(gòu)成陽極，當斜拉索表面凝結(jié)吸附水汽而形成水膜時，就構(gòu)成了無數(shù)微電池，空氣中的氧、二氧化硫及二氧化碳等還會不斷地溶解到水膜中去，促進鐵元素電離，加快鋼材的腐蝕速度，最終致使斜拉索被腐蝕。目前，從運營中的橋梁中發(fā)現(xiàn)，混凝土斜拉橋病害的兩個主要方面就是索體和索體與錨具結(jié)合部位。索體防腐蝕是斜拉索防護的基礎(chǔ)。一是對基材鋼絲的防護，主要方式是對高強度鋼絲表面實施熱鍍鋅工藝或環(huán)氧材料涂層工藝，對鋼絲本體進行表面保護，防止銹蝕。二是對整個索體的保護，主要方式是對鋼絲束和鋼絞線熱擠高密度聚乙烯（PE）護套，或外套PE管防護，依靠PE材料氣密性、水密性、抗紫外線性能好的特點，達到防護效果。3.2.2 國外

23、斜拉索防腐根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，到目前為止，國外斜拉橋使用的拉索主要有以下幾種：（1）封閉索；（2）平行鋼絲索；（3）平行鋼絞線索；（4）高強粗鋼筋索。根據(jù)不同拉索的使用，其防護方法又分別分為以下幾種：（1）封閉索防護。索的面層為z線，互相嵌合，防水性好，但生產(chǎn)制作麻煩，費用高。（2）平行索用塑料罩套防護。一是用聚乙烯薄板卷成筒狀，然后用乙烯布固定；二是用聚乙烯薄膜在聚乙烯薄板上呈綁腿狀卷裹，日本有10多座橋的工程實例。（3）采用聚乙烯管、鋼管、鋁管，其間壓注水泥漿，或防銹脂、防銹油之類的防護方式。這種方式效果較好，特別是摻炭黑的聚乙烯管，簡單經(jīng)濟。（4）采用預應力混凝土索套防護。國外有7、8座橋的工

24、程實例。這種防護套的索，剛度大，防銹蝕較完全得到解決。（5）其它方式。也有采用聚氨脂、鋅鉻酸混合液作涂料，起到良好的防護效果。日本荒川橋用玻璃纖維加強的丙烯樹脂塑料作為防護層；加拿大一座橋在制造過程中就涂以5 mm厚的聚乙烯防護層。3.2.3 國內(nèi)斜拉索防腐從我國第一座斜拉橋四川云陽湯溪河橋于1975年2月建成，我國的斜拉索己經(jīng)發(fā)展了30余年。從最初的四川三臺涪江橋所采用的涂瀝青后纏包玻璃纖維布然后涂環(huán)氧樹脂纏繞三層玻璃絲布防護方案，到后來的現(xiàn)場鉛皮套管或PE管壓注水泥漿的防腐工藝，再到現(xiàn)在的鍍鋅鋼絲外面熱擠PE護層的生產(chǎn)工藝。平行鋼絲拉索的防腐體系也經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，當中也出現(xiàn)了采用硫化橡

25、膠做斜拉索護套和現(xiàn)場熱擠PE護層等各種防腐體系。從20世紀80年代起，熱擠PE（高密度聚乙烯）護套成為斜拉索防腐體系的主體并延續(xù)至今。在斜拉索防腐體系的發(fā)展歷程中，采用涂瀝青后纏包玻璃纖維布最后用三層環(huán)氧樹脂纏繞三層玻璃絲布防護方案的三臺涪江橋和上海卯港橋的斜拉索至今仍在正常使用，但該防腐工藝相當復雜繁瑣。而采用現(xiàn)場鉛皮套管或PE管壓注水泥漿的防腐工藝方案的斜拉索由于受到灌漿工藝的限制，很多斜拉索都出現(xiàn)了問題。采用該防腐體系的橋梁有山東濟南黃河橋、海南西樵橋、天津永和橋、南海九江橋、重慶嘉陵江石門大橋和廣州海印橋等。其中建于1982年的山東濟南黃河橋在13年后被證明防腐已失效而被迫于1995年

26、進行換索。廣州海印橋的拉索于1995年發(fā)生斷索事故，調(diào)查表明管道壓漿工藝未能保證拉索頂部的漿水飽滿而造成拉索銹斷，被迫在使用僅6年后全面換索。采用硫化橡膠作為斜拉索護套的防腐方案由于受到橡膠材質(zhì)本身性能的限制而沒有較多使用。采用現(xiàn)場熱擠PE的斜拉索防腐體系由于受到現(xiàn)場條件的限制和當時工藝水平的限制，造成斜拉索外層PE厚度不均勻，同時，由于當時對PE選材的不恰當，該防腐體系也被淘汰了。當前我國斜拉橋常用的斜拉索系統(tǒng)主要有兩種，一種是用熱擠高密度聚乙烯（PE）防護的半平行鋼絲索配以冷鑄墩頭錨系統(tǒng)的鋼絲斜拉索；另一種是平行鋼絞線索，采用單根鋼絞線張拉夾片群錨體系。單根鋼絞線采用熱鍍鋅、涂專用防腐油脂

27、或石蠟、熱擠套管、環(huán)氧涂層等防護措施，整索外套套管防護。兩種系統(tǒng)的斜拉索有各自的防護特點，如表3所示。（a） 半平行鋼絲拉索（b） 平行鋼絞線拉索圖5 我國常用斜拉索構(gòu)造表3兩種索體結(jié)構(gòu)的防護比較索體結(jié)構(gòu)基本防護外層防護半平行鋼絲索熱鍍鋅鋼絲熱擠黑PE高密度聚乙烯熱鍍鋅鋼絲熱擠PE+PU高密度聚氨脂熱鍍鋅鋼絲熱擠黑PE+彩色PE平行鋼絞線索鋼絞線+油脂或石蠟+熱擠PEHDPE套管鍍鋅鋼絞線+油脂或石蠟+熱擠PEHDPE套管環(huán)氧涂層鋼絞線HDPE套管3.2.4斜拉索防腐探討盡管目前采用的是以工廠化熱擠高密度聚乙烯(HDPE)防腐為主的斜拉索防腐形式，由于自然環(huán)境和原材料特性對目前常用的斜拉索(H

28、DPE)外護套性能影響較大，而護套原材料聚乙烯屬于熱塑性材料，其耐紫外線老化性能并不十分優(yōu)越，與以前的其它防腐形式相比有了根本性的變化，但這種防腐體系尚存在一些問題，仍需進一步改進?；谇懊娼榻B的斜拉索防腐措施，從以下幾方面來探討目前斜拉索防腐體系存在的問題及斜拉索的發(fā)展。（1）在熱擠HDPE護套的成型過程中，很容易出現(xiàn)2個問題。一、由于HDPE受自重和索體影響，護套厚度容易產(chǎn)生局部不均勻和偏心現(xiàn)象，且由于斜拉索牽引距離長,護套處于固化過程，經(jīng)過滾輪時易造成擠壓變形。特別是現(xiàn)在為減少斜拉索風雨振動，要求在護套表面設(shè)置螺旋筋或在索體表面壓花以減振，致使附加的螺旋筋或壓花更容易變形。二、在擠塑和繞

29、制時，如果成型扭絞設(shè)備不同步,生產(chǎn)設(shè)備限制造成斜拉索的回轉(zhuǎn)半徑較小，則容易產(chǎn)生索股變形。因此，需要對斜拉索成型和擠塑技術(shù)進行改進，嚴格控制工藝的各個流程，出現(xiàn)問題及時處理，以減少斜拉索熱擠HDPE護套的缺陷。（2）熱擠HDPE護套老化問題。不同的PE具有不同的性能，用于不同的使用環(huán)境。國內(nèi)大部分斜拉索生產(chǎn)廠家并沒有大量開展這方面的調(diào)研和試驗，造成選用的聚乙烯性能與實際使用環(huán)境不相符，這是一些橋梁在使用不久后就出現(xiàn)聚乙烯老化開裂的主要原因。所以必須針對斜拉索所處不同的環(huán)境選擇不同性能的HDPE，同時在HDPE中引入抗氧劑來提高其對熱老化的抵抗能力。（3）水對斜拉索中鋼絲的影響。目前國內(nèi)生產(chǎn)的斜拉

30、索，內(nèi)部鋼絲有空隙，存在空氣中的水蒸氣成分，會對鋼絲造成一定腐蝕。另外，使用過程中的斜拉索，在氣候變化的條件下，由于HDPE護套內(nèi)外存在溫度差，會產(chǎn)生/冷凝水0現(xiàn)象。但水最容易進入斜拉索內(nèi)部卻是在運輸、吊裝及掛索施工過程中，由于操作不當，對斜拉索護套造成一定損傷，嚴重時護套開裂,若不及時處理，則很容易進水，從而導致斜拉索里面鋼絲腐蝕。（4）斜拉索新型材料應用研究。先進的復合材料因具有耐腐蝕、質(zhì)量輕、強度高等突出優(yōu)點已逐漸受到關(guān)注，并在建橋技術(shù)的研究與開發(fā)中取得實質(zhì)性成果。另一方面可以減輕斜拉索自重,提高橋梁的跨越能力。腐蝕會影響斜拉索的耐久性和安全性，直接關(guān)系到斜拉橋的運營安全。目前采用的以工

31、業(yè)化熱擠高密度聚乙烯防護套為核心的斜拉索防腐體系還需不斷改進和完善。隨著斜拉橋建造技術(shù)的進步和發(fā)展，對斜拉索防腐技術(shù)也提出了更高的要求，新技術(shù)、新材料、新工藝也在不斷開發(fā)、應用，相信斜拉索防腐技術(shù)將會得到更大的進步與發(fā)展。3.3 拱吊橋吊桿索防護吊桿索結(jié)構(gòu)基本上與斜拉索相同，索體材料主要有熱鍍鋅高強度鋼絲、鋼絞線、鋼絲繩。吊桿索與主纜的連接方式通常有騎跨式和銷接式兩種；吊桿索與主梁和主拱的連接方式通常有錨箱套筒承壓式和銷接式兩種。吊索一般采用與斜拉索相類似的防護形式。騎跨式結(jié)構(gòu)的鋼絲繩吊索因結(jié)構(gòu)原因，只能采用涂料涂裝防護。為了保證吊索的安全使用和橋梁安全營運，最常用的是在金屬表面覆蓋一層堅固的

32、、有防腐蝕功能的保護膜，根據(jù)組件的結(jié)構(gòu)特點，分別采取有效措施，提高索體、錨具及連接結(jié)構(gòu)的防腐蝕能力。3.3.1 索體的防腐經(jīng)過多年探索，現(xiàn)在大部分吊索索體均采用了鍍鋅鋼絲，通過熱鍍鋅工藝，在鋼絲表面形成鐵-鋅合金層和純鋅層，鍍鋅鋼絲的鋅層與周圍的介質(zhì)也會發(fā)生化學和電化學反應，鍍鋅層對鋼絲有防腐蝕的作用，但這個保護層是不可能完全致密的，在較惡劣的環(huán)境下還是會繼續(xù)腐蝕直至傷及鋼基。在鋼絲和索體制造、儲運和安裝過程中，可能傷及鍍鋅層，為了可靠地保護索體鋼絲，還需要采取一些其他保護措施。目前在吊索索體防腐蝕中應用較多的，一是采用特殊涂料涂裝形成外保護層；二是采用高密度聚乙烯(PE)套管密封形成保護套，

33、如表4所示。表4 幾種吊索索體實用防護方式大橋名稱防蝕方式索體結(jié)構(gòu)防蝕結(jié)構(gòu)廣東汕頭大橋涂料涂裝鋼絲繩881D環(huán)氧底漆/881YM聚氯酯面漆宜昌石陵大橋涂料涂裝鋼絲繩881D環(huán)氧底漆/881YM聚氯酯面漆廣東虎門大橋涂料涂裝鋼絲繩Amercoat 68HS底漆/MaxiFlexHD防水漆/Amershi eld聚氯酯面漆江蘇江陰大橋雙層PE擠塑鋼絲繩或平行鋼絲束纏包帶纏包/內(nèi)層黑PE擠塑/外層彩色PE擠塑廈門海倫大橋雙層PE擠塑鋼絲繩或平行鋼絲束纏包帶纏包/內(nèi)層黑PE擠塑/外層彩色PE擠塑重慶鵝公巖大橋雙層PE擠塑鋼絲繩或平行鋼絲束纏包帶纏包/內(nèi)層黑PE擠塑/外層彩色PE擠塑除鋼絲繩、鋼絞線、平

34、行鋼絲束外，熱塑高密度聚乙烯(PE)套筒是目前應用較多的一種防腐蝕方法如圖6所示。PE材料的良好性能和熱擠塑工藝使索體與PE之間有較緊密的附著性，具有良好的抗拉、延伸抗沖擊等機械力學特性。這種整體覆蓋隔絕保護的方法優(yōu)點是儲運保管和架設(shè)過程中減少損傷，減少了工地現(xiàn)場實施防腐蝕施工困難和后期維護工程量，雙層PE的應用還方便了業(yè)主選擇索體的外觀顏色。圖6 索體結(jié)構(gòu)PE防護剖面圖3.3.2 吊索結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)吊索被認為是一種可替換結(jié)構(gòu)，故防腐重視程度較少，在營運過程中會暴露和反映出一些問題；雨水等滲入錨固護筒可能造成錨具及索體腐蝕；索體與錨具之間存在一個未能密封的間隙，保留了空氣或其他污染源進入索體的通

35、道；各種熱塑套、橡膠套，還有PE套的使用壽命有限等。雖然應用了一些防護措施，但只要索體、錨具的長效防腐，索體與錨具之間的密封問題不徹底解決，就會存在腐蝕破壞的隱患，吊索就不可能與主纜同壽命，吊索的完全密封防腐，是目前實際應用中的一個難題。吊索防腐問題已開始引起專業(yè)人士重視,，有些懸索橋在成橋后，對吊索結(jié)構(gòu)增加了一些特殊的改進措施，有的在接長筒口與索體之間用PE熱塑防護帽阻斷水流；在接長筒內(nèi)填充油脂阻斷水滲入；在錨固防護筒口用玻璃鋼制模密封等；其中一些措施已初見效果。其他已探討和嘗試過的密封方法還有：用橡膠自粘帶、熱收縮帶、醋酸乙烯帶等密封接長筒和索體；用專用真空電纜接頭密封連接結(jié)構(gòu)；向索體內(nèi)注

36、入性能穩(wěn)定的防腐填空物等；目前這些方法尚在試驗之中。在日本，已推出了可密封套筒錨具和索體的N.S錨具技術(shù)和在PE套內(nèi)填充油脂(室外高溫不熔)的鋼絞線吊索，這兩款索結(jié)構(gòu)均未用于懸索橋。作為一項實用課題，潤揚大橋工程的業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工各方在大橋建設(shè)中，已將吊索防腐蝕技術(shù)列為一項重點內(nèi)容，在進行進一步探討、試驗的基礎(chǔ)上，力求推出更有效的防腐蝕技術(shù)。吊索結(jié)構(gòu)本身較為簡單，結(jié)構(gòu)上通常對疲勞考慮較多，對防腐保護專題討論較少。目前吊索應用的防腐蝕技術(shù)主要是參考國外經(jīng)驗，應用的是金屬材料保護中的一些有效措施，有些還是材料保護的前沿技術(shù)，這些技術(shù)的應用使吊索結(jié)構(gòu)件的安全使用壽命得以沿伸。目前從設(shè)計角度，吊

37、索是可更換的，但實際操作很困難，工程量和投資都很大，延長吊索安全使用壽命，其社會效益和經(jīng)濟效益都是顯而易見的。目前的吊索結(jié)構(gòu)，仍然存在腐蝕破壞的隱患，從防腐蝕的角度，較為有效的方法是在索體內(nèi)填充防腐材料，各種結(jié)構(gòu)件全面密封，采用干燥空氣除濕。3.4 錨具結(jié)構(gòu)的防護錨具具有不同的類型，各種錨具都有不同的結(jié)構(gòu)特點，主要是承載形式和錨固形式的差別。按錨固方式分，常用的錨具結(jié)構(gòu)主要有冷鑄鐓頭錨、熱鑄錨、夾片錨（群錨）等；按支承結(jié)構(gòu)分，常用的有支承型、拉桿型、螺母型、叉耳型等，詳細分類見表5所示。表5 錨具類型及特點項目支承型、拉桿型螺母型叉耳型錨固方式熱鑄錨、夾片錨冷鑄墩頭錨、夾片錨熱鑄錨接長筒改進錨

38、口受力狀態(tài)改進錨口受力狀態(tài)接長筒填充冷鑄料或聚氨酯等填料冷鑄料或聚氨酯等填料過渡結(jié)構(gòu)橡膠緊固件或熱縮套等橡膠緊固件或熱縮套等輔助措施端口密封密封膠、防腐膠帶防水蓋、密封圈錨固護筒防腐料填充、密封膠防腐料填充、密封膠防水蓋、密封圈錨具鍍鋅、涂料涂裝、涂油脂鍍鋅、涂料涂摸鍍鋅、涂料涂裝錨具端部尾端加蓋密封尾端加蓋密封密封、涂料涂裝熱鑄錨的特點是將索體端頭鋼絲在錨具內(nèi)均勻分散用鋅銅合金錨固為一體，傳遞張力。有的錨具為了減小端部疲勞，在錨具上端口或接長筒部分灌注冷鑄填料或其他填充料。冷鑄錨是錨具在組裝后灌注環(huán)氧鐵砂，安裝好接長筒后灌注環(huán)氧膠漿，在安裝好擋板并完成養(yǎng)護后，最后還要壓鑄環(huán)氧樹脂密封膠。張拉

39、檢驗結(jié)束后，在錨索連接處按圖壓鑄密封膠，纏防腐膠帶，檢查修補損傷的護套，包纏保護拉索護套的包帶。如果不對拉索的端部和錨具進行較好的防護，使預埋護筒管內(nèi)積水、進雜物或錨具發(fā)生銹蝕，不僅嚴重影響斜拉索的使用壽命，而且嚴重影響斜拉橋中期索力調(diào)整及將來的換索工作。近年來有采用封閉性聚氨酯發(fā)泡，填充在斜拉索錨具與預埋護筒管的間隙內(nèi)，鋼管表面和索體表面層粘合成較牢固的整體，防止水分進入護筒管，使導管內(nèi)的錨具與雨水、潮氣及其他腐蝕介質(zhì)相隔離，能在較長時間內(nèi)防止索端錨具銹蝕。同時在兩端錨具外露部分的表面涂刷一層錨具專用的防護油脂，然后在錨具外加蓋不銹鋼護罩。主纜索股和吊索等外露錨具一般要進行表面涂料涂裝防護處

40、理。吊索錨具一般采用與主纜（主拱）或橋面鋼梁相同的涂裝系統(tǒng)和表面色彩，表面鍍鋅的錨具要注意表層處理和底漆涂料選擇。4纜索防護關(guān)鍵技術(shù)（1）防腐蝕涂料長期以來一直是簡單方便的防腐蝕方法，它不僅防止結(jié)構(gòu)腐蝕，而且具有美化外觀的作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，環(huán)氧樹脂涂料、聚氨酯涂料、氟碳漆、工程聚硅氧烷涂料、富鋅漆和玻璃鱗片涂料以及聚脲涂料等重防腐涂料已逐步開發(fā)并被廣泛應用，為新型涂料涂裝防護系統(tǒng)應用提供了基本條件。（2）外套是電線、電纜行業(yè)沿用的一種有效的防腐蝕方法，而且還兼有美觀作用。但如何選用材料，現(xiàn)在使用的材料的質(zhì)量是否能在承諾期限內(nèi)不失效，一直是值得關(guān)注和探討的問題。世紀年代初建成使用的斜拉橋

41、，經(jīng)過年的使用，維護檢查時發(fā)現(xiàn)斜拉索聚乙烯套管外壁表面已經(jīng)開始老化，為此不得不進行斜拉索管外壁的涂裝防護或纏帶防護。材料的種類較多，一定要選用適合鋼橋梁使用環(huán)境的防護外套。（3）制造技術(shù)工藝和工裝設(shè)備是影響防護效果的重要因素。索體熱擠溫度和冷卻控制不當，成盤半徑較小，制造和架設(shè)過程保護不當，都可能造成應力變形和損傷，影響防護套性能。冷、熱鑄錨配方不合理，配制加工不規(guī)范和灌注填充不實，可能造成錨固不牢和防腐效果較差。其他填充料和密封料的防腐效果也受到材料配方和填充工藝的影響。（4）密封材料是解決大氣、水環(huán)境腐蝕的有效措施之一。由于腐蝕環(huán)境、水和水汽是鋼絲生銹的主要原因，為此索體和錨具密封隔絕空氣

42、仍是防護的有效手段，需要開發(fā)應用新型的密封材料，在密封不完備的條件下，內(nèi)部干燥空氣除濕是一種有效的腐蝕防護方法。（5）新型材料、新技術(shù)和新工藝的開發(fā)是纜索防腐另一種有效手段。在索體和錨具密封不能完全保證的情況下，吊桿索和斜拉索方面已經(jīng)應用了增設(shè)蓋帽結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場熱塑阻水帽、接長筒內(nèi)填充耐溫油脂、平行鋼絞線涂抹耐溫不熔油脂、（橡膠自粘帶、熱收縮帶、醋酸乙烯帶）密封索體和錨具連接部位、特殊涂料封堵填充、鋼絲表層覆蓋防護保護層、索體鋼絲內(nèi)部注入防腐填充物等措施和技術(shù)。這些材料和技術(shù)已經(jīng)得到了開發(fā)和試驗，需要改進提高并逐步投入工程應用。（6）有必要進一步開發(fā)纜索無損跟蹤檢測技術(shù)以便及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，避免造成不必要的損失。結(jié)合橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)和目前已經(jīng)具備的開發(fā)智能纜索條件，纜索斷絲和銹蝕監(jiān)測系統(tǒng)已被開發(fā)并試用，應用先進的光纖技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)，制造能顯示溫度、濕度、張力、應變、腐蝕、銹蝕的專用纜索。5結(jié)語目前，纜索的防護仍然是以鋼絲防護、外套防護以及涂料涂裝、油脂和其他耐腐蝕材料填充為主，通過密封、填充的方式隔絕和阻止腐蝕源滲入鋼絲等金屬本體，防止纜索腐蝕破壞。由于纜索主要承受動荷載，新的結(jié)構(gòu)防護和密封防護方案應結(jié)合纜索的動