斜拉索防腐技术探讨

点击数：883发布：2016-12-02　来源: 聚脲防腐_聚脲喷涂_聚脲防水_江苏申正建设工程有限公司

斜拉索防腐技术探讨

斜拉索是斜拉桥的关键承重构件，由钢材组成，如不加防护，腐蚀很容易导致斜拉索安全性和耐久性下降，缩短使用寿命。因此，必须针对侵蚀性环境的影响，对腐蚀加以防护。斜拉索的防腐包括索体防腐、索体与锚具结合部位防腐、上桥安装后的防腐处理等。
1 斜拉索腐蚀原因
斜拉索长期处于跨江河、跨海湾的地域，长期暴露在风雨、潮湿和污染空气的环境中，且主要材料为钢材，若防护不当，极易受到腐蚀。斜拉索的腐蚀主要是索体中的钢材与周围介质发生电化作用，造成氧化还原反应所致。引起斜拉索腐蚀的常见因素有空气、水、氯离子以及持续作用于高强钢丝的拉应力等，这些因素都会引起钢材腐蚀，产生应力腐蚀裂缝和氢化断裂。在斜拉索钢丝中的合金元素、渗碳体及其它杂质往往构成阴极，铁元素构成阳极，当斜拉索表面凝结吸附水汽而形成水膜时，就构成了无数微电池，空气中的氧、二氧化硫及二氧化碳等还会不断地溶解到水膜中去，促进铁元素电离，加快钢材的腐蚀速度，最终致使斜拉索被腐蚀。
2 国内斜拉索制作及防腐现状
虽然我国斜拉桥起步晚，但发展较快，斜拉索防腐也是多种多样。从 1975年 2月我国第 1座斜拉桥—— 重庆云阳汤溪河桥建成，到现在我国的斜拉桥已经发展了 30余年。斜拉索防腐体系的发展历经几个阶段：从最初四川三台涪江桥和上海泖港桥所采用的涂黄油后缠包玻璃丝布，再缠绕3层环氧树脂玻璃丝布防腐方式，到后来济南黄河桥、广州海印桥采用的现场铝皮套管或 PE管压注水泥浆的防腐工艺，再到现在镀锌钢丝外面热挤高密度聚乙烯(HDPE)护套的生产工艺，其中也出现过采用硫化橡胶做斜拉索护套和现场热挤 PE护层等各种防腐体系。斜拉索防腐技术也在不断发展与进步。
从上世纪 80年代起 ，工厂化生产的热挤高密度聚乙烯护套成为斜拉索防腐体系的主体并延续至今，其制作工艺是将待加工的钢索穿人挤出机，同时聚乙烯粒料由粒斗加入挤出机。粒料在机简内受到电加热，温度上升近 200℃而熔融，在螺杆的强力塑化和推动下，聚乙烯熔材向前运动而达到机头，并包覆于从机头中穿过的钢丝束上，形成 HDPE护套。其主要优点为：重量轻，耐腐蚀性和密实性好，韧性和挠性较高，使用寿命较长，耐刮痕能力和抵抗快速裂纹传递能力良好，工艺简单，质量有保证，较为经济，无薄弱环节和临时防锈问题。
经过数十年的不断创新和淘汰，目前我国常用的斜拉索系统有以下 2种 ：
(1)用热挤 HDPE防腐的平行钢丝索配以环氧冷铸墩头锚系统。平行钢丝索的特点是工厂预制，成品索直接上桥安装。制造工艺为：备料一排丝一扭绞一PE挤出一 精下料一铸锚一超张拉一盘卷包装一出场运输。平行钢丝索的防护方式是双层防护，即钢丝镀锌 +整体索外热挤聚乙烯防护层。钢丝镀锌层附着量大于 300g／m2，热挤聚乙烯防护层是掺炭黑 2．3％的高密度聚乙烯热挤索套。HDPE密度较大，强度、熔点和硬度较高。实际用的是以 HDPE为基料含 2．3％炭黑和适量抗氧剂的缆索热挤护套用料，它具备吸湿性小、耐磨性好、耐寒性和耐化学药品性好、易加工及良好的耐环境应力开裂性等特点。为了减小斜拉索风雨振动，还可在热挤 HDPE护套表面设置螺旋筋或在索体表面压花以减振。
(2)用热挤 PE防腐的单股钢绞线组成的钢绞线索，两端用不同于一般预应力钢绞线的特殊夹片锚形成群锚系统。钢绞线拉索的主要特点是现场编索和制锚，可以十分方便地进行单根钢绞线安装，最后用小行程千斤顶进行调整。这种钢绞线斜拉索的制索工艺为：成品钢绞线直接在钢厂进行单根绞线注油脂或石蜡 +单根绞线热挤聚乙烯防护层一上小盘一运输一工地编索、安装。圆2种。全圆HDPE总管 由挤塑机连续挤出而成，整条管外表光滑美观，但施工麻烦，全圆分段管有横缝。半圆 HDPE管有空心壁和实心壁2种，一侧为阳槽，另一侧为阴槽，两半圆扣接在一起形成整管。这种管施工方便，但有纵横缝，外表不如全圆管。为增加平行钢绞线索的防护效果，常将总管中的空隙部分用浆体填充，其浆体材料有聚丁二烯与聚胺脂混合液、石蜡、环氧树脂沥青、水泥浆。
3 斜拉索防腐探讨尽管目前采用的是以工厂化热挤高密度聚乙烯(HDPE)防腐为主的斜拉索防腐形式，与以前的其它防腐形式相比有了根本性的变化，但这种防腐体系尚存在一些问题，仍需进一步改进。本文从以下几方面探讨目前斜拉索防腐体系存在的问题及斜拉索的发展。
钢绞线索的防护方式是4层防护，即钢绞线镀 
(1)在热挤 HDPE护套的成型过程中，很容易锌(或环氧涂层钢绞线 )+油脂(或石蜡 )+单根钢绞出现2个问题 ：
① 由于 HDPE受 自重和索体影响，护线热挤聚乙烯防护层 +整体索外包聚乙烯防护套。 套厚度容易产生局部不均匀和偏心现象，且由于斜钢丝镀锌可以电镀或热浸。热浸是将钢丝经过约 拉索牵引距离长，护套处于固化过程，经过滚轮时易450℃熔融状的锌槽后，外表形成 1层锌铁合金层， 造成挤压变形。特别是现在为减少斜拉索风雨振有良好防腐作用。石蜡贮放在 60℃熔融状的渡槽中，油脂为建筑油脂。涂油绞线张拉时 HDPE护 套不随绞线延伸，而涂蜡绞线则会随绞线延伸，故以涂油脂为好。单根钢绞线热挤聚乙烯护套类似于上面平行钢丝索。整体索外包聚乙烯防护套分全圆和半动，要求在护套表面设置螺旋筋或在索体表面压花以减振，致使附加的螺旋筋或压花更容易变形。
②在挤塑和绕制时，如果成型扭绞设备不同步，生产设备限制造成斜拉索的回转半径较小，则容易产生索股变形。因此，需要对斜拉索成型和挤塑技术进行改进，严格控制工艺的各个流程，出现问题及时处理，以减少斜拉索热挤 HDPE护套 的缺陷。
(2)热挤 HDPE护套老化问题。不同的 PE具有不同的性能，适用于不同的使用环境，以前认为只要 HDPE的性能基本接近或相似都可以用于斜拉索制作的观念是不正确的。早期选用的高密度聚乙烯更多地参考了电线电缆行业的 HDPE护套 ，使用的HDPE材料其耐候性能和耐环境开裂性能不好，与桥梁斜拉索实际所处的恶劣环境下要求的 HDPE性能相差甚远。国内大部分斜拉索生产厂家并没有大量开展这方面的调研和试验，造成选用的聚乙烯性能与实际使用环境不相符，这是一些桥梁在使用不久后就出现聚乙烯老化开裂的主要原因。所以必须针对斜拉索所处不同的环境选择不同性能的HDPE，同时在 HDPE中引入抗氧剂来提高其对热老化的抵抗能力。
(3)水对斜拉索中钢丝的影响。从上述斜拉索腐蚀原因分析中可以看出，斜拉索内部钢丝如果有积水就会为内部钢丝的腐蚀创造条件。目前国内生产的斜拉索，内部钢丝有空隙，存在空气中的水蒸气成分，会对钢丝造成一定腐蚀。另外，使用过程中的斜拉索，在气候变化的条件下，由于 HDPE护套内外存在温度差，会产生“冷凝水”现象。但水最容易进入斜拉索内部却是在运输、吊装及挂索施工过程中，由于操作不当，对斜拉索护套造成一定损伤，严重时护套开裂，若不及时处理，则很容易进水，从而导致斜拉索里面钢丝腐蚀。为此，需要考虑用专门设备和工艺来保证HDPE内部的密封，防止水、气进入而腐蚀钢丝。如果 HDPE套管内部湿度较大 ，则可以应用悬索桥主缆防腐技术，即考虑应用干燥空气除湿的方法，将干燥空气注入 HDPE套管 内，排除湿空气，隔绝和阻断腐蚀源。
(4)斜拉索新型材料应用研究。先进的复合材料因具有耐腐蚀、质量轻、强度高等突出优点已逐渐受到关注，并在建桥技术的研究与开发中取得实质性成果。例如，用碳纤维增强聚合物材料来代替斜拉索中的钢丝或钢绞线，这种材料具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能，一方面可以从根本上解决传统斜拉索中钢丝或钢绞线腐蚀退化和振动疲劳问题，另一方面可以减轻斜拉索自重，提高桥梁的跨越能力。我国于 2005年 5月底在江苏大学建成了国内首座 CFPR索斜拉桥。该桥是一座跨线独塔双索面斜拉桥，主塔两侧各布置4对CFRP斜拉索。虽然当前 CFRP斜拉索相对于钢斜拉索价格偏高，但由于 CFRP斜拉 索且有耐腐蚀、耐疲劳、自重轻、跨越能力大等优点，且使用期无需换索，所以CFRP斜拉索在大跨桥梁中长期效益将会优于钢斜拉索。该桥的建造已在国内产生了较大影响，引起了桥梁界的兴趣和重视，为今后采用 CFRP建造超大跨海峡大桥提供了依据。
4 结语
腐蚀会影响斜拉索的耐久性和安全性，直接关系到斜拉桥的运营安全。目前采用的以工业化热挤高密度聚乙烯防护套为核心的斜拉索防腐体系还需不断改进和完善。随着斜拉桥建造技术的进步和发展，对斜拉索防腐技术也提出了更高的要求，新技术、新材料、新工艺也在不断开发、应用，相信斜拉索防腐技术将会得到更大的进步与发展。

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