博士课程论文_缆索防腐技术探究.doc

缆索防腐技术探究Research on Anticorrosion Technology ofBridge Cable Structure专 业：水工结构工程姓 名：喻 江学 号：150202020013指导老师：吉伯海 傅中秋河海大学水利水电学院2016年1月7日缆索防腐技术探究缆索防腐技术探究喻 江作者简介：喻 江(1989)，男，重庆云阳人，博士研究生，从事水工组合结构研究(E-mail: ).（河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098）摘 要：缆索是悬索桥、斜拉桥和拱吊桥等大跨度桥梁的核心部件，为主要承重结构。由于处在跨越江河湖海的自然环境之下，既有应力腐蚀、疲劳腐蚀，又有金属腐蚀，极易遭受腐蚀破坏。为了保证桥梁结构及缆索的安全，有必要对桥梁缆索进行防腐蚀研究。文中结合国内外工程案列，从悬索桥主缆、斜拉桥斜拉索、拱吊桥吊杆索，以及锚具结构几方面出发，对桥梁缆索防腐关键技术进行了分析和探讨。关键词：桥梁缆索；主缆索；斜拉索；吊杆索；防腐技术Research on Anticorrosion Technology of Bridge Cable StructureYu Jiang(College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098China)Abstruct: Bridge cable structure, which is as the core component of the large-span suspension bridge, cable-stayed bridge and arch bridge, is the most important load-bearing structure. Under natural environment of the rivers and lakes, it is easy to corrosion damage result from stress corrosion, fatigue corrosion, and metal corrosion. In order to ensure the safety of bridge structure and its cable, it is necessary to research on corrosion resistance of bridge cable. Combined with engineering cases abroad and home, analysis and discussion on anticorrosion technology of bridge cable structure were launched from the several aspects of main cables of suspension bridge, stay cables of cable-stayed bridge, derrick cable of arch bridge, and the anchorage structure.Keywords: Bridge cable; main cable; stay-cables; derrick cable; anticorrosion technology1 引言悬索桥、斜拉桥和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又是悬索桥、斜拉桥和拱吊桥的主要承重结构，也可以被认为是桥梁工程的“安全生命线”，如图1所示。（a）悬索桥结构示意图（b）斜拉桥结构示意图（c）拱吊桥结构示意图图1 不同形式缆索桥梁结构图由于处在跨越江河湖海的自然环境之下，长期暴露在风雨、潮湿和污染空气的环境中，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、疲劳腐蚀，又有金属腐蚀。其中，缆索结构和锚具结构极易遭受腐蚀破坏。一旦缆索系统发生腐蚀破坏，其后果将不可设想。为了保证桥梁和缆索结构的安全，必须对缆索进行防腐保护。2 桥梁缆索种类根据目前工程所使用情况来看，桥梁用缆索有各种不同的结构形式。而一般情况下都是由锚具构件和索体结构经过一定工序组合而成，索体结构包括钢丝、钢绞线和钢丝绳。其组成结构相对比较简单，其特点主要是用于承受张力荷载。按照其用途可分为：斜拉桥用斜拉索、悬索桥用吊索、拱桥用吊索、锚固索、预制钢丝组合索，以及施工用锚固索和检修用扶索等等；按索体材料又分为平行钢丝索、钢绞线索、钢丝绳索等；按照其锚固结构分为冷铸镦头锚索、热铸锚索、夹片锚索等。具体分类如图2所示。桥梁缆索种类斜拉桥用斜拉索缆索用途缆索材料锚固结构悬索桥用吊索拱桥用吊索锚固索预制钢丝组合索施工用锚固索检修用扶索平行钢丝索钢绞线索钢丝绳索冷铸镦头锚索热铸锚索夹片锚索图2 常用桥梁缆索的种类及特点3缆索结构的防护3.1 悬索桥主缆防护悬索桥是目前跨越能力最大的一种桥梁结构形式，其设计寿命一般为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；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。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，如何保证主缆的耐久性至关重要，因此其防腐涂装倍受关注。3.1.1 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，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，如图3所示。图3 主缆外层防护结构示意图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；二是合成护套防护法；三是S形缠绕钢丝代替圆形钢丝。3.1.2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，并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。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Du Pont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。表1国外悬索桥主缆涂装体系国家桥梁名称主缆涂装体系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+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。3.1.3国内悬索桥主缆的涂装体系20世纪90年代以来，我国的悬索桥建设取得了突飞猛进的发展，先后建成了汕头海湾大桥、西陵长江大桥、虎门大桥、江阴长江大桥、厦门海沧大桥、宜昌长江大桥和润扬长江大桥等10余座大跨径悬索桥。国内悬索桥主缆腐蚀防护基本上采用“防腐腻子+缠绕钢丝+外防护涂层”的方法，不同之处在于腻子材料不同和外层涂料系统组成的差异。到目前为止，国内悬索桥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对主缆钢丝进行阴极保护。该种方法存在较多缺点，其密度大大增加，能达到70008000kg/m3，造成主缆的质量加重，而且粘接性也较差。另外，在经过缠丝后采用重防腐涂料进行外层防护，在理论上可行的，但是圆形钢丝缠丝不可避免会出现不均匀缝隙，因此涂料不能达到完全有效防护。我国江阴长江大桥和香港青马大桥都采用到了这种技术，经过一段时间，主缆表面局部出现涂膜开裂脱皮的现象，导致了主缆个别部位进水，维修保养任务加重。（2）在缠丝前、后均采用一种美国进口的聚氨酯腻子，防护总厚度达到5cm，形成一个整体的橡胶防护层。这种防腐方案具有较高的防护等级。我国虎门大桥主缆采用到了这种防腐方案。（3）采用S型钢丝缠丝加装送干燥空气除湿系统。这种方案可有效地除去主缆空隙中的水分，维持主缆内部空气相对湿度在40%以下，从而达到防腐的目的。（4）北京航空材料研究院( BIAM)开发了一套系统全面的主缆防护涂装体系，主要结构为“不干性密封膏+缠丝+聚硫橡胶包覆层+881系统重防腐涂装材料”，索夹等结构缝隙采用聚硫橡胶密封剂做防水密封。该体系在近10年的时间内已成功应用于国内新建造的20余座悬索桥。从材料和工艺来看，技术较成熟，能够满足主缆防护技术的要求。（5）一种新的“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”的主缆防护体系被用于丰都长江大桥维护中。国内悬索桥主缆的涂装体系见表2所示。表2国内悬索桥主缆涂装体系桥梁名称主缆涂装体系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+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主缆除湿防腐系统传统的防腐方法无法从本质上阻止腐蚀的发生，只是减缓了腐蚀的速度。要阻止主缆钢丝腐蚀的发生，只有将主缆内的水分排出，才能确保主缆内的空气环境不会引起钢丝腐蚀。主缆除湿系统通过向主缆内输送干燥空气将主缆的水分排出，其原理是降低主缆内部的相对湿度，使主缆处于一个相对封闭、干燥的环境中，避免主缆内的钢丝锈蚀。主缆除湿系统通过送气管和送气罩将干空气注入主缆钢丝空隙，干空气在主缆空隙内流动，降低主缆空隙内的空气湿度，最后干空气变成湿空气从排气罩排出。主缆护套层将干燥的主缆内部环境与外界大气隔离，保持主缆内干燥状态。主缆除湿系统工作流程为: 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。主缆除湿系统工作流程见图2。图4 主缆除湿系统的工作流程悬索桥主缆腐蚀是个世界性的难题，国内外主缆防腐涂装体系主要采用“防腐腻子+缠绕钢丝+外防护涂层”的防护结构，由于防护腻子、嵌缝材料和外涂装材料容易出现老化开裂，致使后期的维护费用非常昂贵。美国和日本对多座悬索桥主缆进行检查，主缆均发生了严重腐蚀，说明主缆防腐涂装体系防腐效果不太理想，其原因是主缆防腐涂装体系无法除去主缆内部的水分。主缆除湿防腐系统是悬索桥主缆钢丝防腐新技术，我国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和主缆除湿防腐系统相结合的方法。3.2 斜拉桥斜拉索防护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，近年以来，我国修建了数百座斜拉桥。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举措的实施显得尤为重要。3.2.1 斜拉索防腐机理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。目前，从运营中的桥梁中发现，混凝土斜拉桥病害的两个主要方面就是索体和索体与锚具结合部位。索体防腐蚀是斜拉索防护的基础。一是对基材钢丝的防护，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保护，防止锈蚀。二是对整个索体的保护，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。3.2.2 国外斜拉索防腐根据调查发现，到目前为止，国外斜拉桥使用的拉索主要有以下几种：（1）封闭索；（2）平行钢丝索；（3）平行钢绞线索；（4）高强粗钢筋索。根据不同拉索的使用，其防护方法又分别分为以下几种：（1）封闭索防护。索的面层为z线，互相嵌合，防水性好，但生产制作麻烦，费用高。（2）平行索用塑料罩套防护。一是用聚乙烯薄板卷成筒状，然后用乙烯布固定；二是用聚乙烯薄膜在聚乙烯薄板上呈绑腿状卷裹，日本有10多座桥的工程实例。（3）采用聚乙烯管、钢管、铝管，其间压注水泥浆，或防锈脂、防锈油之类的防护方式。这种方式效果较好，特别是掺炭黑的聚乙烯管，简单经济。（4）采用预应力混凝土索套防护。国外有7、8座桥的工程实例。这种防护套的索，刚度大，防锈蚀较完全得到解决。（5）其它方式。也有采用聚氨脂、锌铬酸混合液作涂料，起到良好的防护效果。日本荒川桥用玻璃纤维加强的丙烯树脂塑料作为防护层；加拿大一座桥在制造过程中就涂以5 mm厚的聚乙烯防护层。3.2.3 国内斜拉索防腐从我国第一座斜拉桥四川云阳汤溪河桥于1975年2月建成，我国的斜拉索己经发展了30余年。从最初的四川三台涪江桥所采用的涂沥青后缠包玻璃纤维布然后涂环氧树脂缠绕三层玻璃丝布防护方案，到后来的现场铅皮套管或PE管压注水泥浆的防腐工艺，再到现在的镀锌钢丝外面热挤PE护层的生产工艺。平行钢丝拉索的防腐体系也经过了几十年的发展，当中也出现了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。从20世纪80年代起，热挤PE（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。在斜拉索防腐体系的发展历程中，采用涂沥青后缠包玻璃纤维布最后用三层环氧树脂缠绕三层玻璃丝布防护方案的三台涪江桥和上海卯港桥的斜拉索至今仍在正常使用，但该防腐工艺相当复杂繁琐。而采用现场铅皮套管或PE管压注水泥浆的防腐工艺方案的斜拉索由于受到灌浆工艺的限制，很多斜拉索都出现了问题。采用该防腐体系的桥梁有山东济南黄河桥、海南西樵桥、天津永和桥、南海九江桥、重庆嘉陵江石门大桥和广州海印桥等。其中建于1982年的山东济南黄河桥在13年后被证明防腐已失效而被迫于1995年进行换索。广州海印桥的拉索于1995年发生断索事故，调查表明管道压浆工艺未能保证拉索顶部的浆水饱满而造成拉索锈断，被迫在使用仅6年后全面换索。采用硫化橡胶作为斜拉索护套的防腐方案由于受到橡胶材质本身性能的限制而没有较多使用。采用现场热挤PE的斜拉索防腐体系由于受到现场条件的限制和当时工艺水平的限制，造成斜拉索外层PE厚度不均匀，同时，由于当时对PE选材的不恰当，该防腐体系也被淘汰了。当前我国斜拉桥常用的斜拉索系统主要有两种，一种是用热挤高密度聚乙烯（PE）防护的半平行钢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，采用单根钢绞线张拉夹片群锚体系。单根钢绞线采用热镀锌、涂专用防腐油脂或石蜡、热挤套管、环氧涂层等防护措施，整索外套套管防护。两种系统的斜拉索有各自的防护特点，如表3所示。（a） 半平行钢丝拉索（b） 平行钢绞线拉索图5 我国常用斜拉索构造表3两种索体结构的防护比较索体结构基本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3.2.4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，由于自然环境和原材料特性对目前常用的斜拉索(HDPE)外护套性能影响较大，而护套原材料聚乙烯属于热塑性材料，其耐紫外线老化性能并不十分优越，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。基于前面介绍的斜拉索防腐措施，从以下几方面来探讨目前斜拉索防腐体系存在的问题及斜拉索的发展。（1）在热挤HDPE护套的成型过程中，很容易出现2个问题。一、由于HDPE受自重和索体影响，护套厚度容易产生局部不均匀和偏心现象，且由于斜拉索牵引距离长,护套处于固化过程，经过滚轮时易造成挤压变形。特别是现在为减少斜拉索风雨振动，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。二、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，用于不同的使用环境。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。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0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。（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。另一方面可以减轻斜拉索自重,提高桥梁的跨越能力。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。3.3 拱吊桥吊杆索防护吊杆索结构基本上与斜拉索相同，索体材料主要有热镀锌高强度钢丝、钢绞线、钢丝绳。吊杆索与主缆的连接方式通常有骑跨式和销接式两种；吊杆索与主梁和主拱的连接方式通常有锚箱套筒承压式和销接式两种。吊索一般采用与斜拉索相类似的防护形式。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。3.3.1 索体的防腐经过多年探索，现在大部分吊索索体均采用了镀锌钢丝，通过热镀锌工艺，在钢丝表面形成铁-锌合金层和纯锌层，镀锌钢丝的锌层与周围的介质也会发生化学和电化学反应，镀锌层对钢丝有防腐蚀的作用，但这个保护层是不可能完全致密的，在较恶劣的环境下还是会继续腐蚀直至伤及钢基。在钢丝和索体制造、储运和安装过程中，可能伤及镀锌层，为了可靠地保护索体钢丝，还需要采取一些其他保护措施。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，如表4所示。表4 几种吊索索体实用防护方式大桥名称防蚀方式索体结构防蚀结构广东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挤塑除钢丝绳、钢绞线、平行钢丝束外，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如图6所示。PE材料的良好性能和热挤塑工艺使索体与PE之间有较紧密的附着性，具有良好的抗拉、延伸抗冲击等机械力学特性。这种整体覆盖隔绝保护的方法优点是储运保管和架设过程中减少损伤，减少了工地现场实施防腐蚀施工困难和后期维护工程量，双层PE的应用还方便了业主选择索体的外观颜色。图6 索体结构PE防护剖面图3.3.2 吊索结构防腐技术吊索被认为是一种可替换结构，故防腐重视程度较少，在营运过程中会暴露和反映出一些问题；雨水等渗入锚固护筒可能造成锚具及索体腐蚀；索体与锚具之间存在一个未能密封的间隙，保留了空气或其他污染源进入索体的通道；各种热塑套、橡胶套，还有PE套的使用寿命有限等。虽然应用了一些防护措施，但只要索体、锚具的长效防腐，索体与锚具之间的密封问题不彻底解决，就会存在腐蚀破坏的隐患，吊索就不可能与主缆同寿命，吊索的完全密封防腐，是目前实际应用中的一个难题。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PE热塑防护帽阻断水流；在接长筒内填充油脂阻断水渗入；在锚固防护筒口用玻璃钢制模密封等；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；用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等；目前这些方法尚在试验之中。在日本，已推出了可密封套筒锚具和索体的N.S锚具技术和在PE套内填充油脂(室外高温不熔)的钢绞线吊索，这两款索结构均未用于悬索桥。作为一项实用课题，润扬大桥工程的业主、设计、监理、施工各方在大桥建设中，已将吊索防腐蚀技术列为一项重点内容，在进行进一步探讨、试验的基础上，力求推出更有效的防腐蚀技术。吊索结构本身较为简单，结构上通常对疲劳考虑较多，对防腐保护专题讨论较少。目前吊索应用的防腐蚀技术主要是参考国外经验，应用的是金属材料保护中的一些有效措施，有些还是材料保护的前沿技术，这些技术的应用使吊索结构件的安全使用寿命得以沿伸。目前从设计角度，吊索是可更换的，但实际操作很困难，工程量和投资都很大，延长吊索安全使用寿命，其社会效益和经济效益都是显而易见的。目前的吊索结构，仍然存在腐蚀破坏的隐患，从防腐蚀的角度，较为有效的方法是在索体内填充防腐材料，各种结构件全面密封，采用干燥空气除湿。3.4 锚具结构的防护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。按锚固方式分，常用的锚具结构主要有冷铸镦头锚、热铸锚、夹片锚（群锚）等；按支承结构分，常用的有支承型、拉杆型、螺母型、叉耳型等，详细分类见表5所示。表5 锚具类型及特点项目支承型、拉杆型螺母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助措施端口密封密封胶、防腐胶带防水盖、密封圈锚固护筒防腐料填充、密封胶防腐料填充、密封胶防水盖、密封圈锚具镀锌、涂料涂装、涂油脂镀锌、涂料涂摸镀锌、涂料涂装锚具端部尾端加盖密封尾端加盖密封密封、涂料涂装热铸锚的特点是将索体端头钢丝在锚具内均匀分散用锌铜合金锚固为一体，传递张力。有的锚具为了减小端部疲劳，在锚具上端口或接长筒部分灌注冷铸填料或其他填充料。冷铸锚是锚具在组装后灌注环氧铁砂，安装好接长筒后灌注环氧胶浆，在安装好挡板并完成养护后，最后还要压铸环氧树脂密封胶。张拉检验结束后，在锚索连接处按图压铸密封胶，缠防腐胶带，检查修补损伤的护套，包缠保护拉索护套的包带。如果不对拉索的端部和锚具进行较好的防护，使预埋护筒管内积水、进杂物或锚具发生锈蚀，不仅严重影响斜拉索的使用寿命，而且严重影响斜拉桥中期索力调整及将来的换索工作。近年来有采用封闭性聚氨酯发泡，填充在斜拉索锚具与预埋护筒管的间隙内，钢管表面和索体表面层粘合成较牢固的整体，防止水分进入护筒管，使导管内的锚具与雨水、潮气及其他腐蚀介质相隔离，能在较长时间内防止索端锚具锈蚀。同时在两端锚具外露部分的表面涂刷一层锚具专用的防护油脂，然后在锚具外加盖不锈钢护罩。主缆索股和吊索等外露锚具一般要进行表面涂料涂装防护处理。吊索锚具一般采用与主缆（主拱）或桥面钢梁相同的涂装系统和表面色彩，表面镀锌的锚具要注意表层处理和底漆涂料选择。4缆索防护关键技术（1）防腐蚀涂料长期以来一直是简单方便的防腐蚀方法，它不仅防止结构腐蚀，而且具有美化外观的作用。随着现代工业的发展，环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、氟碳漆、工程聚硅氧烷涂料、富锌漆和玻璃鳞片涂料以及聚脲涂料等重防腐涂料已逐步开发并被广泛应用，为新型涂料涂装防护系统应用提供了基本条件。（2）外套是电线、电缆行业沿用的一种有效的防腐蚀方法，而且还兼有美观作用。但如何选用材料，现在使用的材料的质量是否能在承诺期限内不失效，一直是值得关注和探讨的问题。世纪年代初建成使用的斜拉桥，经过年的使用，维护检查时发现斜拉索聚乙烯套管外壁表面已经开始老化，为此不得不进行斜拉索管外壁的涂装防护或缠带防护。材料的种类较多，一定要选用适合钢桥梁使用环境的防护外套。（3）制造技术工艺和工装设备是影响防护效果的重要因素。索体热挤温度和冷却控制不当，成盘半径较小，制造和架设过程保护不当，都可能造成应力变形和损伤，影响防护套性能。冷、热铸锚配方不合理，配制加工不规范和灌注填充不实，可能造成锚固不牢和防腐效果较差。其他填充料和密封料的防腐效果也受到材料配方和填充工艺的影响。（4）密封材料是解决大气、水环境腐蚀的有效措施之一。由于腐蚀环境、水和水汽是钢丝生锈的主要原因，为此索体和锚具密封隔绝空气仍是防护的有效手段，需要开发应用新型的密封材料，在密封不完备的条件下，内部干燥空气除湿是一种有效的腐蚀防护方法。（5）新型材料、新技术和新工艺的开发是缆索防腐另一种有效手段。在索体和锚具密封不能完全保证的情况下，吊杆索和斜拉索方面已经应用了增设盖帽结构、现场热塑阻水帽、接长筒内填充耐温油脂、平行钢绞线涂抹耐温不熔油脂、（橡胶自粘带、热收缩带、醋酸乙烯带）密封索体和锚具连接部位、特殊涂料封堵填充、钢丝表层覆盖防护保护层、索体钢丝内部注入防腐填充物等措施和技术。这些材料和技术已经得到了开发和试验，需要改进提高并逐步投入工程应用。（6）有必要进一步开发缆索无损跟踪检测技术以便及时发现和解决问题，避免造成不必要的损失。结合桥梁安全监测系统和目前已经具备的开发智能缆索条件，缆索断丝和锈蚀监测系统已被开发并试用，应用先进的光纤技术、传感器技术、计算机技术，制造能显示温度、湿度、张力、应变、腐蚀、锈蚀的专用缆索。5结语目前，缆索的防护仍然是以钢丝防护、外套防护以及涂料涂装、油脂和其他耐腐蚀材料填充为主，通过密封、填充的方式隔绝和阻止腐蚀源渗入钢丝等金属本体，防止缆索腐蚀破坏。由于缆索主要承受动荷载，新的结构防护和密封防护方案应结合缆索的