博士课程论文_缆索防腐技术探究

1、v学学 院：水利水电学院院：水利水电学院v专专 业：水工结构工程业：水工结构工程v讲讲 解解 人：人： 喻喻 江江 v第第1 1章章 背景背景v第第2 2章章 桥梁缆索种类桥梁缆索种类v第第3 3章章 缆索结构的防护缆索结构的防护v第第4 4章章 缆索防护关键技术缆索防护关键技术v第第5 5章章 结语结语2022年3月27日缆索防腐技术探究悬索桥悬索桥、斜拉桥斜拉桥和拱吊桥拱吊桥等是目前应用较多的大跨度桥梁结构，而大跨度桥梁的缆索结构缆索结构又是悬索桥、斜拉桥和拱吊桥的主要承重结构主要承重结构。锚固锚固主塔主缆吊索斜拉索主塔斜拉索锚固主塔斜拉索斜拉索锚固主塔斜拉索斜拉索桥墩钢管拱吊索桥墩202

2、2年3月27日缆索防腐技术探究1. 1. 悬索桥悬索桥旧金山大桥旧金山大桥湖南省悬索吊桥湖南省悬索吊桥2022年3月27日缆索防腐技术探究2. 2. 斜拉桥斜拉桥苏通大桥苏通大桥2022年3月27日缆索防腐技术探究3. 3. 拱吊桥拱吊桥复兴大桥复兴大桥2022年3月27日缆索防腐技术探究 长期暴露在风雨、潮湿和污染空风雨、潮湿和污染空气的环境中气的环境中，并承受诸如风荷载、行车车辆荷载等动载和自身重力、附属结构物等静载，既有应力腐蚀、疲劳应力腐蚀、疲劳腐蚀，又有金属腐蚀腐蚀，又有金属腐蚀。 一旦缆索系统发生腐蚀破坏，其后果将不可设想。为了保证桥梁和缆为了保证桥梁和缆索结构的安全，必须对缆索进

3、行防腐索结构的安全，必须对缆索进行防腐保护。保护。4. 4. 腐蚀成因腐蚀成因2022年3月27日缆索防腐技术探究桥梁缆索种类桥梁缆索种类斜斜拉拉桥桥用用斜斜拉拉索索缆索用途缆索用途缆索材料缆索材料锚固结构锚固结构悬悬索索桥桥用用吊吊索索拱拱桥桥用用吊吊索索锚锚固固索索预预制制钢钢丝丝组组合合索索施施工工用用锚锚固固索索检检修修用用扶扶索索平平行行钢钢丝丝索索钢钢绞绞线线索索钢钢丝丝绳绳索索冷冷铸铸镦镦头头锚锚索索热热铸铸锚锚索索夹夹片片锚锚索索根据目前工程所使用情况来看，主要按照用途用途、材料材料和锚固结构锚固结构3种来分类。2022年3月27日缆索防腐技术探究缆索结构的防护缆索结构的防护悬

4、索桥主缆防护悬索桥主缆防护主缆腐蚀防护机理主缆腐蚀防护机理斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护拱吊桥吊杆索防护拱吊桥吊杆索防护锚具结构的防护锚具结构的防护国外悬索桥主缆的涂装体系国外悬索桥主缆的涂装体系国内悬索桥主缆的涂装体系国内悬索桥主缆的涂装体系主缆除湿防腐系统主缆除湿防腐系统斜拉索防腐机理斜拉索防腐机理国外斜拉索防腐国外斜拉索防腐 索体的防腐索体的防腐斜拉索防腐探讨斜拉索防腐探讨国内斜拉索防腐国内斜拉索防腐吊索结构防腐技术吊索结构防腐技术锚具结构的防护锚具结构的防护2022年3月27日缆索防腐技术探究3.1.1 主缆防腐必要性主缆防腐必要性 悬索桥是目前跨越能力最大的一种桥梁结构形式，其设计

5、寿命一般为100年，主要由主塔、锚碇、鞍座、主缆、吊索、桥面承载梁体及附件构成。 主缆长期暴露在大气环境中，经受着各种不利环境的侵蚀，导致主缆钢丝易产生锈蚀。主缆钢丝腐蚀会严重危及到悬索桥的安全性，因腐蚀会减少有效的索股面积和强度。因此，主缆的寿命直接影响甚至决定着悬索桥的使用年限，如何保证主缆如何保证主缆的耐久性至关重要，因此其防腐涂装倍受关注的耐久性至关重要，因此其防腐涂装倍受关注。2022年3月27日缆索防腐技术探究3.1.2 主缆腐蚀机理主缆腐蚀机理悬索桥主缆防腐涂装体系悬索桥主缆防腐涂装体系普遍采用的技术是:钢丝出厂前进行镀锌处理，主缆成形后通过“防腐腻子防腐腻子+缠绕钢丝缠绕钢丝+

6、外防护涂层外防护涂层”的方式来进行防腐，这种主缆防护体系实际上是通过对主缆外层进行密封包裹来防防止水分侵入止水分侵入其内部以达到防腐蚀目的。外 防 护 涂 层缠 绕 钢 丝防 腐 腻 子主 缆 钢 丝缠 绕 钢 丝外 防 护 涂 层防 腐 腻 子主 缆 钢 丝主缆外层防护结构示意图主缆外层防护结构示意图2022年3月27日缆索防腐技术探究国家国家桥梁名称桥梁名称主缆涂装体系主缆涂装体系建成时间建成时间美国布鲁克林大桥 铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+铅基涂料1883 年美国金门大桥铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+铅基涂料1937 年美国韦拉扎诺桥铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+铅基涂料1964 年丹麦小贝尔特桥锌腻子

7、+圆形钢丝缠丝+涂料1970 年日本若户大桥铬酸锌腻子+圆形镀锌钢丝缠绕+醇酸类涂装1973 年德国汉堡大桥铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+底涂+环氧树脂涂料1979 年日本大鸣门桥铅酸钙高分子有机铅+圆形镀锌钢丝缠绕+环氧树脂+聚氨酯树脂面涂1985 年日本下津井濑户大桥铅酸钙类密封膏+圆形镀锌钢丝缠绕+环氧树脂底涂+聚氨酯树脂面涂+双组分聚硫密封剂罩面1988 年日本明石海峡大桥圆形镀锌钢丝缠绕+胶粘剂+橡胶底涂+弹性氯丁橡胶带半搭接包覆+氯磺化聚乙烯涂装+主缆内干燥空气送气除湿1998 年瑞典高海岸桥锌腻子+圆形钢丝缠丝+涂料1997 年丹麦大贝尔特桥锌腻子+圆形钢丝缠丝+涂料1998 年日本安

8、芸滩桥S形钢丝缠丝+软性涂料+主缆内干燥空气送气除湿2000 年美国塔科马海峡新桥锌聚合物+圆形钢丝缠丝+弹性涂料2007 年日本丰岛大桥S形钢丝缠丝+软性涂料+主缆内干燥空气送气除湿2008年3.1.3 国外悬索桥主缆涂装体系国外悬索桥主缆涂装体系2022年3月27日缆索防腐技术探究3.1.3 国外悬索桥主缆涂装体系国外悬索桥主缆涂装体系随着技术的不断进步，涂料体系的性能越来越优异，20世纪90年代，发展了防腐性能优异的含锌、干性油和体质颜料的腻子，进而又发展了磷酸铝型密封膏。在此期间，主缆缠绕钢丝后的外防护涂料涂装也得到了不断的更新换代。目前主缆的涂料涂装一般采用环氧树脂环氧树脂涂料做底涂

9、层涂料做底涂层和中间涂层中间涂层、聚氨酯涂料做面聚氨酯涂料做面涂层涂层，也有直接采用橡胶包覆带缠绕橡胶包覆带缠绕而不用涂料的方法。2022年3月27日缆索防腐技术探究3.1.4 国内悬索桥主缆涂装体系国内悬索桥主缆涂装体系到目前为止，国内悬索桥主缆涂装体系主缆涂装体系主要采用以下5种防腐涂装体系：（1）借鉴欧美技术，缠丝前采用油性锌粉密封膏油性锌粉密封膏对主缆钢丝进行阴极保护。（2）在缠丝前、后均采用一种美国进口的聚氨酯腻子聚氨酯腻子，形成一个整体的橡胶防护层。（3）采用S型钢丝缠丝加装送干燥空气除湿系统钢丝缠丝加装送干燥空气除湿系统。（4） “不干性密封膏不干性密封膏+缠丝缠丝+聚硫橡胶包覆

10、层聚硫橡胶包覆层+881系统重防腐涂装材料系统重防腐涂装材料”体系，索夹等结构缝隙采用聚硫橡胶密封剂做防水密封。（5） “涂刷沥青涂料涂刷沥青涂料+包裹玻璃丝布、隔热材料包裹玻璃丝布、隔热材料+包裹钢丝网水泥外防护包裹钢丝网水泥外防护层层”的主缆防护体系。2022年3月27日缆索防腐技术探究桥梁名称桥梁名称主缆涂装体系主缆涂装体系建成时间建成时间汕头海湾大桥聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+环氧、聚氨酯涂料涂装1995年西陵长江大桥聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+环氧、聚氨酯涂料涂装1996年广东虎门大桥聚氨酯密封剂+圆形钢丝缠丝+聚氨酯密封剂+聚氨酯涂料涂装1997年香港青马大桥红丹腻子+圆形钢丝缠丝

11、+底漆+磷酸锌酯类环氧漆+酚醛面漆1997年丰都长江大桥涂刷沥青涂料+包裹玻璃丝布、隔热材料+包裹钢丝网水泥外防护层1997年厦门海沧大桥聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装1999年江阴长江大桥锌粉腻子 + 圆形钢丝缠丝 + 环氧、水性、酚醛、醇酸类涂料涂装1999年重庆鹅公岩长江大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2000年宜昌长江大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2001年忠县长江大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2001年桂林丽君桥

12、热挤 PE 护套2001年润扬长江大桥1490S型钢丝缠丝+柔性环氧、含氟聚氨酯涂料涂装+主缆除湿系统2004年广州珠江黄埔大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2008年四渡河大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+环氧云铁+密封剂+聚氨酯面漆2009年西堠门大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+环氧云铁+密封剂+聚氨酯面漆2009年3.1.4 国内悬索桥主缆涂装体系国内悬索桥主缆涂装体系2022年3月27日缆索防腐技术探究3.1.5 主缆除湿系统主缆除湿系统主 缆送 气 管送 气 罩排 气 罩过 滤 除 湿送 风冷 却主缆

13、除湿系统工作主缆除湿系统工作流程流程: 粗过滤空气精过滤处理除湿机除湿高压风机送风冷却送气管输气送气罩送气主缆内除湿排气罩排气。主缆除湿系统的工作流程主缆除湿系统的工作流程2022年3月27日缆索防腐技术探究悬索桥主缆防护小结悬索桥主缆防护小结: 主缆除湿防腐系统主缆除湿防腐系统是悬索桥主缆钢丝防腐新技术，我国又是世界缆索桥梁发展最快的国家，目前国内主缆除湿防腐技术还只能靠全套引进设备和技术，因此有必要进行相关的研究。要阻止悬索桥主缆发生腐蚀现象，应采用主缆防腐涂装体系主缆防腐涂装体系和主缆除湿主缆除湿防腐系统防腐系统相结合的方法。3.1.6 主缆防护主缆防护小结小结2022年3月27日缆索防

14、腐技术探究3.2.1 斜拉索防腐必要性斜拉索防腐必要性现代斜拉桥由于跨度较大、造型美观、施工方便等原因，越来越受到各国的青睐。其中，斜拉索是斜拉桥的主要承重传力构件，它主要由高强度钢丝（钢绞线）束和锚具组成。由于斜拉索所处的环境和受力情况复杂，钢丝索体和锚具很容易受到腐蚀破坏，从而导致斜拉索锈蚀，直导致斜拉索锈蚀，直接影响到桥梁的结构安全与使用寿命接影响到桥梁的结构安全与使用寿命。随着我国经济的迅速发展，对交通运输能力要求的不断提高，大量斜拉桥的老化和功能退化已呈加速趋势。因此，斜拉桥斜拉索的防腐保护斜拉桥斜拉索的防腐保护举措的实施显得尤为重要举措的实施显得尤为重要。2022年3月27日缆索防

15、腐技术探究3.2.2 斜拉索防腐机理斜拉索防腐机理引起斜拉索腐蚀的常见因素有空气、水、氯离子空气、水、氯离子以及持续作用于高强钢丝持续作用于高强钢丝的拉应力的拉应力等，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最终致使斜拉索被腐蚀。对基材钢丝的防护对基材钢丝的防护。主要方式是对高强度钢丝表面实施热镀锌工艺或环氧材料涂层工艺，对钢丝本体进行表面

16、保护，防止锈蚀。腐腐蚀蚀原原因因对整个索体的保护对整个索体的保护。主要方式是对钢丝束和钢绞线热挤高密度聚乙烯（PE）护套，或外套PE管防护，依靠PE材料气密性、水密性、抗紫外线性能好的特点，达到防护效果。腐腐蚀蚀防防护护2022年3月27日缆索防腐技术探究3.2.3 国外斜拉索防腐国外斜拉索防腐斜拉索种类斜拉索种类封闭索封闭索平行钢丝索平行钢丝索平行钢绞线平行钢绞线高强粗钢筋索高强粗钢筋索防护方法封闭索防护封闭索防护平行索用塑料罩套防护平行索用塑料罩套防护采用聚乙烯管、钢管、铝管，其间压注水泥浆，采用聚乙烯管、钢管、铝管，其间压注水泥浆，或防锈脂、防锈油的防护或防锈脂、防锈油的防护采用预应力混

17、凝土索套防护采用预应力混凝土索套防护采用聚氨脂、锌铬酸混合液作涂料，起到良好采用聚氨脂、锌铬酸混合液作涂料，起到良好的防护效果的防护效果2022年3月27日缆索防腐技术探究3.2.4 国内斜拉索防腐国内斜拉索防腐国内主要采用国内主要采用2种防护方式种防护方式： 一种是用热挤高密度聚热挤高密度聚乙烯乙烯（PE）防护的半平行钢半平行钢丝索丝索配以冷铸墩头锚系统的钢丝斜拉索； 另一种是平行钢绞线索平行钢绞线索，采用单根钢绞线张拉夹片群锚体系。连 接 筒钢 绞 线密 封 环群 锚 锚 板螺 母索 孔 垫 板约 束 圈P E 套 管P E 套 管 （ 全圆 或 半 圆 ）低 松 弛钢 绞 线锚 下 垫

18、板锚 圈锚 杯后 盖锚 板连 接 筒前 盖缠 绕 细 钢 丝 或 纤维 增 强 聚 酯 带聚 乙 烯 护 套高 强 钢 丝黑 色 P E彩 色 H D P E钢 丝预 留 管 道半平行钢丝拉索半平行钢丝拉索平行钢丝线拉索平行钢丝线拉索2022年3月27日缆索防腐技术探究3.2.4 国内斜拉索防腐国内斜拉索防腐索体结构索体结构基本防护基本防护外层防护外层防护半平行钢丝索热镀锌钢丝热挤黑PE高密度聚乙烯热镀锌钢丝热挤PE+PU高密度聚氨脂热镀锌钢丝热挤黑PE+彩色PE平行钢绞线索钢绞线+油脂或石蜡+热挤PEHDPE套管镀锌钢绞线+油脂或石蜡+热挤PEHDPE套管环氧涂层钢绞线HDPE套管两种索体结

19、构的防护比较两种索体结构的防护比较2022年3月27日缆索防腐技术探究3.2.5 斜拉索防腐探讨斜拉索防腐探讨 基于前面介绍的斜拉索防腐措施，从以下4方面来探讨目前斜拉索防腐体系存在的存在的问题问题及斜拉索的发展斜拉索的发展。存在的问题存在的问题改进措施改进措施在热挤HDPE护套的成型过程中，存在以下问题：1、附加的螺旋筋或压花易变形；2、索股变形。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。热挤HDPE护套老化问题。针对不同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。水对斜拉索中钢丝的影响。严格控制拉索密封措施。自重大，

20、跨越能力小。开发斜拉索新型材料应用研究。2022年3月27日缆索防腐技术探究斜拉索防护小结斜拉索防护小结: 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，新技新技术、新材料、新工艺术、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。3.2.6 斜拉索防护斜拉索防护小结小结2022年3月27日缆索防腐技术探究3.3.1 吊杆索防腐简介吊杆索防腐简介吊杆索结构基本上与斜拉索相同，索体材料

21、主要有热镀锌高强度钢丝、钢绞线、钢丝绳。吊索一般采用与斜拉索相类似的防护形吊索一般采用与斜拉索相类似的防护形式式。骑跨式结构的钢丝绳吊索因结构原因，只能采用涂料涂装防护。为了保证吊索的安全使用和桥梁安全营运，最常用的是最常用的是在金属表面覆盖一层坚固的、有防腐蚀功能的保护膜，根据组件的结构特点，分别采取有效措施，提高索体、锚具及连接结构的防腐蚀能力。2022年3月27日缆索防腐技术探究3.3.2 索体防腐索体防腐目前在吊索索体防腐蚀中应用较多的，一是采用特殊涂料涂装形成外保护层；二是采用高密度聚乙烯(PE)套管密封形成保护套。大桥名称大桥名称防蚀方式防蚀方式索体结构索体结构防蚀结构防蚀结构广东

22、汕头大桥涂料涂装钢丝绳881D环氧底漆/881YM聚氯酯面漆宜昌石陵大桥涂料涂装钢丝绳881D环氧底漆/881YM聚氯酯面漆广东虎门大桥涂料涂装钢丝绳Amercoat 68HS底漆/MaxiFlexHD防水漆/Amershi eld聚氯酯面漆江苏江阴大桥双层PE挤塑钢丝绳或平行钢丝束缠包带缠包/内层黑PE挤塑/外层彩色PE挤塑厦门海伦大桥双层PE挤塑钢丝绳或平行钢丝束缠包带缠包/内层黑PE挤塑/外层彩色PE挤塑重庆鹅公岩大桥双层PE挤塑钢丝绳或平行钢丝束缠包带缠包/内层黑PE挤塑/外层彩色PE挤塑2022年3月27日缆索防腐技术探究3.3.2 索体防腐索体防腐除钢丝绳、钢绞线、平行钢丝束外，热

23、塑高密度聚乙烯热塑高密度聚乙烯(PE)套筒是目前应用较多的一种防腐蚀方法。PE防护PE防护索体结构索体结构PE防护剖面图防护剖面图2022年3月27日缆索防腐技术探究3.3.3 吊索防腐技术吊索防腐技术吊索防腐问题已开始引起专业人士重视,，有些悬索桥在成桥后，对吊索结构增加了一些特殊的改进措施，有的在接长筒口与索体之间用在接长筒口与索体之间用PE热塑热塑防护帽阻断水流防护帽阻断水流；在接长筒内填充油脂阻断水渗入在接长筒内填充油脂阻断水渗入；在锚固防护筒口用玻在锚固防护筒口用玻璃钢制模密封等璃钢制模密封等，其中一些措施已初见效果。其他已探讨和尝试过的密封方法还有：用橡胶自粘带、热收缩带、醋酸乙烯带等密封接长筒和索体密封接长筒和索体；用专用真空电缆接头密封连接结构专用真空电缆接头密封连接结构；向索体内注入性能稳定的防腐填空物注入性能稳定的防腐填空物等。目前这些方法尚在试验之中。2022年3月27日缆索防腐技术探究锚具具有不同的类型，各种锚具都有不同的结构特点，主要是承载形式和锚固形式的差别。详细分类见下表。项目项目支承型、拉杆型支承型、拉杆型螺母型螺母型叉耳型叉耳型锚固方式热铸锚、夹片锚冷铸墩头锚、夹片锚热铸锚接长筒改进锚口受力状态改进锚口受力状态接长筒填充冷铸料或聚氨酯等填料冷铸料或聚氨酯等填料过渡结构橡胶紧固件或热缩套等橡胶紧固件或热缩套等辅