博士課程論文-纜索防腐技術探究

纜索防腐技術探究學院：水利水電學院專業(yè)：水工結構工程講解人：喻江ResearchonAnticorrosionTechnologyofBridgeCableStructure主要內(nèi)容第1章背景第2章橋梁纜索種類第3章纜索結構的防護第4章纜索防護關鍵技術第5章結語2023年1月31日纜索防腐技術探究第1章引言懸索橋、斜拉橋和拱吊橋等是目前應用較多的大跨度橋梁結構，而大跨度橋梁的纜索結構又是懸索橋、斜拉橋和拱吊橋的主要承重結構。2023年1月31日纜索防腐技術探究第1章背景1.懸索橋舊金山大橋湖南省懸索吊橋2023年1月31日纜索防腐技術探究第1章背景2.斜拉橋蘇通大橋2023年1月31日纜索防腐技術探究3.拱吊橋第1章背景復興大橋2023年1月31日纜索防腐技術探究第1章背景長期暴露在風雨、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、附屬結構物等靜載，既有應力腐蝕、疲勞腐蝕，又有金屬腐蝕。一旦纜索系統(tǒng)發(fā)生腐蝕破壞，其后果將不可設想。為了保證橋梁和纜索結構的安全，必須對纜索進行防腐保護。4.腐蝕成因2023年1月31日纜索防腐技術探究第2章橋梁纜索種類橋梁纜索種類斜拉橋用斜拉索纜索用途纜索材料錨固結構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根據(jù)目前工程所使用情況來看，主要按照用途、材料和錨固結構3種來分類。2023年1月31日纜索防腐技術探究第3章纜索結構的防護纜索結構的防護懸索橋主纜防護主纜腐蝕防護機理斜拉橋斜拉索防護拱吊橋吊桿索防護錨具結構的防護國外懸索橋主纜的涂裝體系國內(nèi)懸索橋主纜的涂裝體系主纜除濕防腐系統(tǒng)斜拉索防腐機理國外斜拉索防腐索體的防腐斜拉索防腐探討國內(nèi)斜拉索防腐吊索結構防腐技術錨具結構的防護2023年1月31日纜索防腐技術探究3.1懸索橋主纜防護3.1.1

主纜防腐必要性懸索橋是目前跨越能力最大的一種橋梁結構形式，其設計壽命一般為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成。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重要，因此其防腐涂裝倍受關注。2023年1月31日纜索防腐技術探究3.1懸索橋主纜防護3.1.2

主纜腐蝕機理懸索橋主纜防腐涂裝體系普遍采用的技術是: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。主纜外層防護結構示意圖2023年1月31日纜索防腐技術探究3.1懸索橋主纜防護國家橋梁名稱主纜涂裝體系建成時間美國布魯克林大橋鉛丹膩子+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+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3.1.3

國外懸索橋主纜涂裝體系2023年1月31日纜索防腐技術探究3.1懸索橋主纜防護3.1.3

國外懸索橋主纜涂裝體系隨著技術的不斷進步，涂料體系的性能越來越優(yōu)異，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。2023年1月31日纜索防腐技術探究3.1懸索橋主纜防護3.1.4

國內(nèi)懸索橋主纜涂裝體系到目前為止，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，纏絲前采用油性鋅粉密封膏對主纜鋼絲進行陰極保護。（2）在纏絲前、后均采用一種美國進口的聚氨酯膩子，形成一個整體的橡膠防護層。（3）采用S型鋼絲纏絲加裝送干燥空氣除濕系統(tǒng)。（4）“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”體系，索夾等結構縫隙采用聚硫橡膠密封劑做防水密封。（5）“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”的主纜防護體系。2023年1月31日纜索防腐技術探究3.1懸索橋主纜防護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3.1.4

國內(nèi)懸索橋主纜涂裝體系2023年1月31日纜索防腐技術探究3.1懸索橋主纜防護3.1.5主纜除濕系統(tǒng)主纜除濕系統(tǒng)工作流程: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)的工作流程2023年1月31日纜索防腐技術探究懸索橋主纜防護小結:主纜除濕防腐系統(tǒng)是懸索橋主纜鋼絲防腐新技術，我國又是世界纜索橋梁發(fā)展最快的國家，目前國內(nèi)主纜除濕防腐技術還只能靠全套引進設備和技術，因此有必要進行相關的研究。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)相結合的方法。3.1.6主纜防護小結3.1懸索橋主纜防護2023年1月31日纜索防腐技術探究3.2斜拉橋斜拉索防護3.2.1

斜拉索防腐必要性現(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。其中，斜拉索是斜拉橋的主要承重傳力構件，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，從而導致斜拉索銹蝕，直接影響到橋梁的結構安全與使用壽命。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。2023年1月31日纜索防腐技術探究3.2.2

斜拉索防腐機理3.2斜拉橋斜拉索防護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)往往構成陰極，鐵元素構成陽極，當斜拉索表面凝結吸附水汽而形成水膜時，就構成了無數(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。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。腐蝕原因?qū)φ麄€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。腐蝕防護2023年1月31日纜索防腐技術探究3.2.3

國外斜拉索防腐3.2斜拉橋斜拉索防護斜拉索種類封閉索平行鋼絲索平行鋼絞線高強粗鋼筋索防護方法封閉索防護平行索用塑料罩套防護采用聚乙烯管、鋼管、鋁管，其間壓注水泥漿，或防銹脂、防銹油的防護采用預應力混凝土索套防護采用聚氨脂、鋅鉻酸混合液作涂料，起到良好的防護效果2023年1月31日纜索防腐技術探究3.2.4

國內(nèi)斜拉索防腐3.2斜拉橋斜拉索防護國內(nèi)主要采用2種防護方式：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。半平行鋼絲拉索平行鋼絲線拉索2023年1月31日纜索防腐技術探究3.2.4

國內(nèi)斜拉索防腐3.2斜拉橋斜拉索防護索體結構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套管兩種索體結構的防護比較2023年1月31日纜索防腐技術探究3.2.5

斜拉索防腐探討3.2斜拉橋斜拉索防護基于前面介紹的斜拉索防腐措施，從以下4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。存在的問題改進措施在熱擠HDPE護套的成型過程中，存在以下問題：1、附加的螺旋筋或壓花易變形；2、索股變形。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。熱擠HDPE護套老化問題。針對不同環(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。水對斜拉索中鋼絲的影響。嚴格控制拉索密封措施。自重大，跨越能力小。開發(fā)斜拉索新型材料應用研究。2023年1月31日纜索防腐技術探究斜拉索防護小結:腐蝕會影響斜拉索的耐久性和安全性，直接關系到斜拉橋的運營安全。目前采用的以工業(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的進步和發(fā)展，對斜拉索防腐技術也提出了更高的要求，新技術、新材料、新工藝也在不斷開發(fā)、應用，相信斜拉索防腐技術將會得到更大的進步與發(fā)展。3.2.6斜拉索防護小結3.2斜拉橋斜拉索防護2023年1月31日纜索防腐技術探究3.3.1吊桿索防腐簡介3.3拱吊橋吊桿索防護吊桿索結構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。吊索一般采用與斜拉索相類似的防護形式。騎跨式結構的鋼絲繩吊索因結構原因，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、有防腐蝕功能的保護膜，根據(jù)組件的結構特點，分別采取有效措施，提高索體、錨具及連接結構的防腐蝕能力。2023年1月31日纜索防腐技術探究3.3.2索體防腐3.3拱吊橋吊桿索防護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。大橋名稱防蝕方式索體結構防蝕結構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Amercoat68HS底漆/MaxiFlexHD防水漆/Amershield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2023年1月31日纜索防腐技術探究3.3.2索體防腐3.3拱吊橋吊桿索防護除鋼絲繩、鋼絞線、平行鋼絲束外，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。索體結構PE防護剖面圖2023年1月31日纜索防腐技術探究3.3.3吊索防腐技術3.3拱吊橋吊桿索防護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，對吊索結構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構；向索體內(nèi)注入性能穩(wěn)定的防腐填空物等。目前這些方法尚在試驗之中。2023年1月31日纜索防腐技術探究3.4錨具結構的防護錨具具有不同的類型，各種錨具都有不同的結構特點，主要是承載形式和錨固形式的差別。詳細分類見下表。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構橡膠緊固件或