悬索桥主缆防腐涂装的研究现状及进展

    摘要:主缆是悬索桥最重要的受力构件之一，且是不可更换构件，被称为悬索桥的“生命线”;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。为了解决悬索桥主缆的腐蚀问题，对主缆的防腐涂装体系进行了探讨，简述了悬索桥主缆腐蚀防护机理，以及国内外悬索桥主缆防腐涂装体系的研究现状及进展，分析了悬索桥主缆防腐涂装体系存在的问题。传统的主缆防护方法只能减缓主缆腐蚀，而主缆除湿防腐系统能较好地阻止主缆腐蚀。悬索桥主缆防腐应采用防腐涂装体系和主缆除湿系统相结合的方式。

    关键词:悬索桥;主缆;腐蚀;防腐涂装;除湿系统

    中图分类号:TQ635.2文献标识码:A文章编号:0253－4312(2011)05－0060－04

    悬索桥是目前跨越能力最大的一种桥梁结构形式，设计寿命一般为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。主缆是通过塔顶鞍座悬挂在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面)的恒载，除此之外，它分

    担一部分横向荷载并将它直接传递到塔顶［1］，主缆是悬索桥最重要的受力构件之一，且是不可更换的，因此，被称为悬索桥的“生命线”。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［2］。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。美国纽约市运输局在最近出版的一份关于悬索桥缆索状况的报告中得出结论:“由于腐蚀，纽约市区的几乎所有大型悬索桥都存在强度损失的问题，主缆强度损失的范围从微乎其微到约35%(Williamsburg桥)”［3］。因此，主缆的寿命直接影响甚至决定着悬索桥的使用年限，如何保证主缆的耐久性至关重要，因此其防腐涂装倍受关注。

    1悬索桥主缆腐蚀防护机理

    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+缠绕钢丝+外防护涂层”的方式来进行防腐(如图1所示)，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止水分侵入其内部以达到防腐蚀目的。目前国内外主缆防腐主要采用3种方法:一是圆钢丝缠绕涂层法(19世纪40年代早期由JohnReobling开发);二是合成护套防护法(20世纪60年代早期由Bethlehem钢铁公司和DuPont化学公司开发);三是S形缠绕钢丝代替圆形钢丝。

    2国内外悬索桥主缆的涂装体系

    2.1国外悬索桥主缆的涂装体系

    美国是现代悬索桥技术的起源地，建有100多座悬索桥，自1883年美国建成布鲁克林大桥(主跨486m)至今，悬索桥的建造已经有100多年的历史。世界各国专家围绕“防腐腻子+缠绕钢丝+外防护涂层”的主缆防护结构进行了大量研究，开发出多种防护材料，主缆防腐涂装体系得到了快速的发展，并形成了多种多样的主缆防腐体系，如表1所示［4－6］。

    美国的悬索桥大部分是老桥，主要采用“腻子+缠丝+涂装”的防护体系。20世纪60年代早期Bethlehem钢铁公司和DuPont化学公司开发了合成护套防护法，因其施工难度大而未能得到推广。针对圆钢丝缠绕的密封间隙和传统防护体系不能完全防护腐蚀等问题，经过大量的检查、观测和试验研究，日本在20世纪90年代开发了主缆S形缠绕钢丝代替圆形钢丝，并对悬索桥主缆内送干燥空气除湿系统进行了研究。随着技术的不断进步，涂料体系的性能越来越优异，如缠丝前的防腐腻子，欧美国家早期采用铅丹油膏，后来采用锌腻子等;日本在20世纪60年代发展了铬酸锌腻子，在80年代发展了以铅酸钙高分子有机铅、铅酸钙类密封膏、磷酸铝密封膏为主的不干性高分子材料，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涂料做底涂层和中间涂层、聚氨酯涂料做面涂层，也有直接采用橡胶包覆带缠绕而不用涂料的方法［4］。