斜拉索防腐措施探讨

　　摘要：斜拉索桥跨度较大，造型优美，是目前被广泛应用的桥型。斜拉索是斜拉桥的主要承重传力结构件，主要由高强度钢丝和锚固构成。由于其长期置于江河湖海不利外部条件下，导致钢丝和锚索结构件极易被腐蚀，严重影响桥梁的美观和使用寿命。如何采取方法防止斜拉索的腐蚀是桥梁工作者要研究的重要课题。本文首先分析了斜拉索腐蚀的原因，对斜拉索原材料的防腐要求进行了说明，重点探讨了斜拉索的防腐措施，最后从检测和新材料应用方面探讨了斜拉索防腐的保证措施。

　　关键词：斜拉索,防腐,腐蚀,锚具,新材料

　　一、斜拉索易被腐蚀的原因

　　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。

　　二、斜拉索原材料的防腐要求

　　(一)高强度钢丝的防腐蚀

　　高强钢丝是拉索的重要原材料。在电化学腐蚀中，处于阳极的金属首先被溶解，则会在钢丝表面镀上较活泼的金属。因此对斜拉索的钢丝采取热镀锌稳定化处理，要求镀锌层应均匀、连续、附着牢固，不允许有裂纹、斑痕和未镀上锌的地方。在斜拉索生产中，应对每批钢丝取不小于5%的盘数进行镀锌层质量检验，要求不得有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮、油迹和无连接点。镀锌层的单位重量不小于300g/m2。镀锌层的均匀性检验，应采用浸CuSO4溶液实验，要求不小于5次/min。镀锌层的附着力，要求在钢丝公称直径5倍的芯棒上缠绕2圈，以镀锌层不剥落为合格。

　　(二)缠包带

　　对于热挤聚乙烯半平行钢丝拉索，为了便于其运输，用聚酯类薄膜复合缠包带将钢丝索缠包。缠包带除需要有足够的拉力强度和韧性外，还应对钢丝无腐蚀作用，其pH 值在61.5～81.5，防止加工好的缠包带受潮含水。

　　(三)热挤PE护套

　　热挤PE护套是斜拉索的第一道防护层，直接暴露在自然环境下，除经受南方地区的高温、北方地区的严寒外，还受空气中各种有害气体的浸蚀。这就要求PE护套具有较高的耐候性、耐腐蚀性和耐光性等抗老化能力。

　　(四)锚具的防锈

　　锚具是斜拉索的重要传力构件。为防止锚具生锈，锚具各构件表面均应作防锈处理。

　　三、斜拉索防腐措施探讨

　　(一)对拉索内部进行除湿处理

　　所谓除湿是将干燥空气通过机械方式送入拉索内部, 在拉索内外形成正气压差, 保持一定量的干燥空气在拉索内流动, 从而尽可能降低拉索内空气的相对湿度。1999 年丹麦的Little Belt 大桥首先采用除湿技术。日本建成于1998 年的Akashi Kaikyo 大桥，采用除湿技术历经6个月时间使拉索内的相对湿度低于60%以下。我国润扬大桥的主缆也采用了这种除湿技术。至今这些除湿技术均运行良好,有效地延缓了钢丝的腐蚀。

　　(二)对拉索表面涂覆复合缓蚀剂

　　这种复合缓蚀剂由铅酸钙、有机铅、碳酸钙、亚麻油等组成，涂覆于热镀锌钢丝的外表，然后在复合缓蚀剂涂层外沿拉索的径向均匀缠绕经过退火处理的热镀锌钢丝，最外层涂覆耐候性较好的有机涂料。这是美国纽约布鲁克林(Broo klyn)大桥100多年前采用的防腐方法。日本也曾采用这种技术，但随着拉索内部除湿技术的采用。在拉索外涂复合缓蚀剂的方法逐渐失去了其固有的优势。

　　(三)在拉索钢丝表面涂覆防锈油脂

　　拉索腐蚀损伤的主体是钢丝，在拉索钢丝表面涂覆防锈油脂也能提高拉索的耐候能力。防锈油脂还可以通过拉索内附加的麻芯引入，因受拉力和压力的作用，油脂被挤压至各股钢丝之间的表面上起到防锈和润滑作用。1997年建成的香港汲水门桥的斜拉索，采用镀锌高强度钢丝并涂覆防锈油脂，最外层用HDPE包裹。汲水门桥的拉索防护方式是大跨度斜拉桥防腐处理的新尝试，已有多座大桥采用，但需要关注的问题仍然是防锈油脂在自然环境中的稳定性。一般而言，油脂在自然环境中有酸化倾向，而钢丝表面的热镀锌耐酸性和碱性介质的能力较弱，油脂酸化产物在拉索内部的聚集，对热镀锌钢丝产生何种影响进而对拉索强度产生什么影响是值得认真研究的问题。

　　(四)锚具的永久防护

　　由于斜拉索的锚具一部分外露在自然环境中，一部分进入桥体预埋的钢索导管内。如果外露部分长期暴露在大气中，会引起锚具腐蚀、生锈。对两端锚具外露部分的内、外壁应涂刷一层锚具专用防护油脂，并加设不锈钢防水护罩，以防止油脂损坏而导致锚具锈蚀。对索导管内应采用封闭性处理，采用特制的填充材料(如聚氨酯发泡塑料)，使导管内的锚具与水气及其他腐蚀介质相隔离，可以在较长时间内防止索端锚具锈蚀。

　　(五)斜拉索的减振

　　斜拉桥由于钢度相对较小，在车辆、风雨等载荷作用下，极易发生振动。引起拉索根部积水，加速拉索腐蚀，缩短拉索的使用寿命。为此应在拉索两端的接口部位设置黏弹性高阻尼材料减振块，发挥减振作用，达到保护斜拉索的目的。另外必要时也可在拉索之间设置分隔索夹，使几根拉索互为约束不易起振。

　　(六)锚索与索体结合部的防腐

　　斜拉索索体与锚具结合部位是斜拉索防腐蚀的薄弱环节，其原因是索体与锚具结构不同，结合部位存在结构差异，锚固区有一段钢丝索的PE要剥开，以方便锚固。这一区间密封困难，容易造成腐蚀，必须采取有效的结构措施和合适的材料、工艺进行特殊处理，防止水分和其他污染源进人。

　　1、平行钢丝索结合部是冷铸锚(或热铸锚)锚固，填充料是耐蚀性能较好的环氧铁砂配方料(或锌铜合金)。考虑到PE剥开区特点，利用抗疲劳结构的连接管，在管内用耐蚀的填料密封PE剥开区段。在连接管和PE索体分界处用橡胶密封圈或热收缩管密封口。

　　2、平行钢绞线索是夹片群锚锚固，结合部位应用过环氧树脂或水泥砂浆密封，考虑到换索需要，在锚固区用防腐油脂保护。在室外环境中长期使用的防腐油脂，需具备滴点高、漏失量小、防腐蚀、耐候抗氧化等性能。主要保护区是锚具延伸管内的钢绞线PE剥开区和锚具端口，为此专门设计锚具防护配件使夹片端口浸在油脂中，用密封配件将剥开PE的一段钢绞线密封在延伸管内，保持结合区内的防腐油脂，隔绝水和空气，延伸管内的防护油脂采用专用工具和工艺注入。如图所示。

　　四、 斜拉索防腐的保证措施

　　(一)定期对斜拉索进行检测

　　采用无损检测技术定期对使用过一段时期的斜拉索进行检测，如已经开发和应用的电磁检测方法和声波检测方法，以及成像技术，及时检查和发现拉索腐蚀缺陷，采取有效措施。这方面应引起桥梁管理部门重视。

　　(二)加强新材料的开发和应用

　　例如应用纤维加劲塑料(FRP)材料代替钢丝和钢绞线，这种材料的特点是高强度、耐腐蚀、耐疲劳、质量轻。瑞士己在1996年4月将此材料斜拉索应用于斯多克〔stork)斜拉桥，并进行试验观察，取得了一些数据。但这也有其局限性，尚需通过进一步的试验研究，才可能推广应用在缆索结构中。近年来对憎水纳米复合涂层的研究也取得了一定进步。这种材料主要采用溶胶凝胶方法, 合成有机无机杂化溶胶, 在拉索钢丝热镀锌层表面形成高憎水性的纳米复合涂层, 减少拉索内部水汽的凝结, 最大限度降低相对湿度, 保护基体金属免受环境的侵蚀。通过添加不同种类和不同含量的溶胶组分, 控制纳米复合涂层的固化时间，优化憎水性能以及耐候性能。由于这种涂层固化后具有较好的环境稳定性, 其对热镀锌层、PE外套等均具有较好的相容性, 因而有望在拉索钢丝的防腐过程中获得广泛应用。

　　结语

　　腐蚀会直接影响斜拉索桥的使用寿命和运营安全，因此对其的防腐工作必须高度重视。目前的防腐手段还需进一步研究和深化，要加强更高性能的防腐材料的研究和应用，不断将此项研究推向前进。

　　参考文献

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　　[3]李国芬，陈研，朱华平.南京长江第三大桥斜拉索的防腐系统研究[J].南京林业大学学报，2006.6.

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文章名称： 斜拉索防腐措施探讨

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