【《特大桥梁主缆钢索主缆除湿防腐蚀建议》17000字】

特大桥梁主缆钢索主缆除湿防腐蚀建议摘要钢索桥具有高强度，低重量等优点，在各地需要大跨径桥梁的时候，大都会选择悬索桥这种建造形式。但任何桥梁形式都是有利有弊，作为悬索桥的主要承重构件，主缆的主要构成是钢材，而钢材的腐蚀是一大问题。为了达到延长使用寿命和保证服役期间的绝对安全这样的目的，发生的各种类型腐蚀都不可忽视，尤其是发生在沿海地带最为严重的电化学腐蚀。本文主要以跨海大桥为研究对象，对实际工程运用的钢丝的进行宏观观察，钢丝腐蚀分级以及拍摄扫描电镜照片，观察微观情况下锈层的形貌和组织以及成分分析。通过阅读综述论文和进行电化学实验确认得到镀锌层对钢丝的保护作用及保护机理，并且在电化学腐蚀下镀锌层的保护并不完善。最后研究讨论得出在多样性的腐蚀因素中，电化学腐蚀才是最主要的类型，而且是危害大，难防治的类型。根据电化学腐蚀的机理和需要的条件为源头，从根本腐蚀条件上入手，得出主缆除湿的防腐蚀建议。该论文有图41幅，表12个，参考文献50篇。关键词：钢索桥；电化学实验；防腐蚀；目录1绪论 11.1研究背景及意义 11.2腐蚀主要类型 21.3国内外研究现状 41.4开缆检查及评估标准 51.5国内外主缆防腐蚀研究现状 71.6论文研究意义和内容 92宏观腐蚀形貌及实验方案 112.1开缆检查 112.2 宏观腐蚀形貌 132.3实验方案 133SEM照片和EDS数据分析 163.1主缆钢丝腐蚀形貌 163.2缠绕钢丝的腐蚀形貌 184XRD图谱和电化学实验分析 204.1腐蚀产物分析 204.2电化学电位测试 214.3腐蚀机理分析 215结论 26参考文献……………………271绪论1绪论1.1研究背景及意义(ResearchBackgroundandSignificance)随着社会科技的发展，桥梁的建造方式也越发的先进，从原来的铆钉连接到现在更为稳定，强度更高的焊接，桥梁变得能经受住更大的拉应力，更多的人流量，能满足更多的功能需求。桥梁的建造结构变得更加轻便，跨度更大，这些都会对桥梁自身产生要求，于是不仅桥梁的强度韧性要好，还要满足使用寿命尽可能地延长，为了达成这个目的，全世界的许多学者都在为之奋斗。悬索桥由许多构件组成，其中缆索是主要承重构件。悬索用于承受拉应力，所以相较于其他构件，缆索对力学性能的要求更为苛刻。悬索桥跨越能力最为出色，跨径可达1000m以上。我国道路交通行业这几年迅猛发展，修建的悬索桥越来越多[1]。图1.1-1湖北四渡河大桥Figure1.1-1HubeiSiduRiverBridge现代桥梁的使用寿命备受关注，人们都关心耗资巨大的悬索桥能使用多久。主缆的防腐蚀手段研究至今可以根据功能性区分为传统被动式防腐涂装体系（腻子+缠绕钢丝+防护涂层）和主动式主缆空气干燥防腐蚀一体化系统。前者只能被动延长腐蚀时间，而且无法保证主缆服役寿命，被动式防腐只能按期限选择去检查，如果在检查期间主缆钢丝上出现了漏洞，致命缺陷等等可能会直接对桥梁使用寿命造成影响。全新的技术是空气干燥除湿系统，该系统优点显著，可有效的限制腐蚀发生，因为电化学腐蚀必不可少的就是电解质液，如果钢丝表面保持干燥，可以很大程度上减少电化学腐蚀。同时系统还可实时监测抑制效果。这样的系统安装后可以保证后期保养工作量大大减小。因为主动式防腐系统的种种优点，近些年已经在新建的大型悬索桥中普及使用，旧桥改造中也增设了主动式防腐蚀系统，以后这项技术会更加普及。表1.1-1国内外悬索桥病害案例桥名国家建成时间缆索出现的问题处治对策Maracobo桥日本1959年主缆出现严重腐蚀新增加两根主缆因岛大桥日本1977年主缆底部存在积水，两侧和下部钢丝都有锈蚀对主缆进行修复BearMountain等桥美国20世纪主缆钢丝出现了锈蚀情况，部分主缆钢丝断面损失较大，在索夹处甚至出现了锈断的钢丝对主缆进行修复威廉斯堡桥美国1903年少量钢丝出现明显锈蚀，曼哈顿侧锚旋出现数百根断丝，断丝端头锈蚀严重重新拼接断裂的钢丝，涂刷新的防护油汕头海湾大桥中国1995年吊索的钢丝绳、夹具、锚板和减震器的涂装出现老化剥落更换全部吊索江阴长江公路大桥中国1999年防护层开裂、构件锈蚀、钢丝锈蚀、索体渗水和轴套磨损等更换部分吊索Table1.1-1Suspensionbridgediseasecasesathomeandabroad1.2腐蚀主要类型(Maintypesofcorrosion)缆索的主要腐蚀类型有应力腐蚀、疲劳腐蚀、化学腐蚀及电化学腐蚀。几种腐蚀相互之间既有关联又有区别。绪论这里先简单介绍一下，原理分析留到第四章详细说明。（1）应力腐蚀应力腐蚀的发生需要满足两个条件，一是在腐蚀介质中，其次一点是要承受静拉应力作用，满足了以上两点会表现出延迟破环，称之为应力腐蚀。应力腐蚀的主要特点有：腐蚀速率随拉应力增大而增加。并且应力腐蚀具有普适性，基本上所有金属和合金在满足条件的环境中都有应力腐蚀敏感性。应力腐蚀比较危险的一点在于它是一种低应力脆性断裂，主要表现特征是断裂时不会出现宏观塑性变形，这会使检测难度大大增加，因为对于桥梁来说静拉应力是不可避免地，而且桥梁的存在就一定会承受静拉应力，所以只能在避免接触腐蚀介质上下功夫。应力腐蚀通常难以察觉，但危害大，而且特别值得注意的是主缆的材料，是高强镀锌钢丝，它的应力腐蚀敏感性高，在使用过程中还容易发生应力腐蚀，所以千万不可忽略应力腐蚀的危害。（2）疲劳腐蚀疲劳腐蚀是一种脆性断裂，是动载荷和环境对钢丝造成腐蚀的共同结果。桥梁钢丝发生的疲劳腐蚀通常属于液相疲劳腐蚀。疲劳腐蚀和应力腐蚀的相似性在于都是脆性断裂，但在任何情况下都可能产生疲劳腐蚀，疲劳腐蚀对环境没有特定的需求。疲劳腐蚀诱因起源于腐蚀坑或者小缺陷，疲劳腐蚀产生的裂纹会在动载和其他腐蚀的相互作用下快速伸展，并且伴随着材料内含碳量的增加，腐蚀开裂也会更加敏感。（3）化学腐蚀化学腐蚀在其他腐蚀情景下可能包括更多含义，在桥梁腐蚀专业领域就是指金属氧化。主缆钢丝被氧的腐蚀产物不稳定，也不致密，无法对内部的基体起到保护作用，所以腐蚀过程会持续不断发生，钢丝最终遭到破坏断裂。（4）电化学腐蚀电化学腐蚀指的是桥梁钢丝被电解质液腐蚀。沿海区域的城市一般经济发达，基础设施修建程度完善，大跨径桥梁多，然而在沿海区域的大气中含有许多氯化物微粒，并且空气常年潮湿。氯化物微粒吸水后成为电解质液，液膜导电性强，加上氯离子本身也有一定的腐蚀性，这些因素都是发生并且加速电化学腐蚀的原理。综上所述，现实生活中桥梁的腐蚀不像实验室里的控制变量，为了研究，会避免其他诱因，而是多种腐蚀共同作用的结果，情况复杂，为了防腐蚀需要考虑的点很多。1.3国内外研究现状(Researchstatusathomeandabroad)1.3.1国外腐蚀研究现状在国外，关于桥梁防腐蚀的研究开展相较于国内早。主要经历了三个阶段：第一阶段于20世纪40年代，由于那个时候社会发展的局限性，人们首先能想到防腐蚀的手段就是在钢丝表面进行喷涂漆料。利用油漆，在钢丝表面形成一层保护涂层，力在隔离空气和水分等可能会造成锈蚀的介质。第二阶段于20世纪50年代之后到70年代约20年间。人们通过实践，实验发现光是喷漆可能效果不好，那有没有可能改进喷涂的介质呢，于是对防腐蚀的涂料进行了研究，改进了喷料，涂料更稳定，性能更优异。再进一步，人们发现还可以改进喷涂的方式。最原始的是用刷子刷，后来可能采取更加规整的手动工艺，但还远远不够，人工刷漆错刷少刷的地方难免会存在，而防腐蚀的这个就要求不能有漏洞。于是人们想着改进工艺，再用电弧喷射来进行喷涂。这项技术比人工速度快，效率高，更加规整，效果好。由于产品反馈效果优秀，在很多领域都开始使用这项技术。第三个阶段于80年代到现在，很多工艺在刚发明的时候人们还无法注意到缺点，但是伴随着时间的流逝，研究越发深入，人们发现以前使用的电弧喷射技术也有缺陷，喷涂的金属保护层易挥发，会对大气造成污染。于是人们转向研究更稳定，更绿色环保的技术。1.3.2国内研究现状我国幅员辽阔，地域气候多变，环境差异大，不同气候下的腐蚀情况也各不相同，很具有研究价值。随着我国经济的快速腾飞，沿海地带的城市纷纷高楼林立，以前没有有技术建造的大桥，无法连接的两岸也纷纷都建造起来。随着基础设施的快速发展，在海洋大气环境气候下的材料腐蚀问题也成了一门受到重视的研究方向。李琳等人用09CuPCrNi钢和Q420qENH桥梁钢进行比对，对比腐蚀效果，研究了不同钢种在海洋大气环境中的耐蚀性。研究表明Q420qENH桥梁钢的耐蚀性远高于09CuPCrNi钢。在进行失重腐蚀实验后发现Q420qENH桥梁钢表面能够形成致密的氧化层，可以起到保护基体的作用，相当于钢材表喷涂了一层镀锌层的效果，可以阻挡大气中的氯离子和氧气和基体接触，从腐蚀介质上减慢电化学腐蚀速率。还有的研究机构设计了两种Cr-Ni-Cu系列桥梁支座用钢，实验研究表面耐蚀性较好，尤其针对海洋性气候。随着时间增加，腐蚀速率逐渐降低趋于平缓。原理是Cr元素聚集在锈层中并且呈带状，与α-FeOOH中的Fe3+发生反应形成没有定形的羟基氧化物。厉害的一点在于这个物质有阴离子原则性，可以有效阻碍Cl-与基体的接触，从而锈层有了防腐蚀的效果。而添加Ni元素的原因是Ni元素可以提高钢材的自腐蚀潜力，解释一下机理就是Ni元素可以促进γ-FeOOH向α-FeOOH的转变。α-FeOOH相较于前者热力学性能更加稳定，从而可以保证锈层更加稳定，受温度，拉力的影响较小，能更好的保护基体。张宇等人的研究发现，实验中使用的3种实验钢腐蚀速率都是符合一个先增后降的规律。而且在反应刚开始的阶段，Q460q钢的主要金相组织是粒状贝氏体，它的腐蚀速率比F+PQ355NHD和Q450NQR1更慢，原因是组织结构也会影响腐蚀速率。和人们常了解的在金属里面添加其他金属元素可以增加合金的强度一样，锈层中的合金元素富集可以增加锈层的致密性，隔绝腐蚀介质的效果更加出色。1.4开缆检查及评估标准(Standardforinspectionandevaluationofcableopening)1.4.1开缆检查结果国外悬索桥建设开展时间较早，为保证桥梁能够安全长久运行，自80年代以来，欧美、日本相继开展了主缆检查，以评估主缆的运行性能并针对不同腐蚀情况，采取相应的应对措施[19]。根据国内外同类桥梁的检查结果，主缆上部钢丝表面状况通常良好，而主缆下部钢丝会出现较为严重的锈蚀。具体情况见图1.4-1。图1.4-1国外主缆检查情况Figure1.4-1Inspectionofmaincableabroad1.4.2主缆性能评估标准很长一段时间，世界上都没有学术统一关于桥梁钢丝强度和状态的定义规范。很重要的一点是因为各个国家对于桥梁腐蚀的研究还不够深刻。从80年代开始美国政府便立法通过了关于悬索桥主缆的检查工作，旨在加强研究工作，尽快出版一个可靠且实用的规范[20]。1998年，美国国家公路局开展了一个关于桥梁评估安全的讨论班，旨在研讨制定出一个可靠的规则。经过开会通过一致认为，主缆的取样、检查和实验是最需要优先确定的规则，其次是主缆的退化模型评估。最后研讨班讨论出的章程将镀锌钢丝的腐蚀程度分为四个级别（表1.4-1），用肉眼便可观察出，规则制定的易于实施，方便实用。在表内等级3和等级4有断裂的风险，已经属于严重腐蚀。表1.4-1镀锌钢丝腐蚀程度分级钢丝等级表观状况等级1钢丝上出现点状锌的氧化物等级2锌的氧化物覆盖了钢丝的整个表面等级3在76-152.4mm长的钢丝表面，有30%的面积覆盖有褐色铁锈斑块等级4在76-152.4mm长的钢丝表面，有超过30%的面积覆盖有褐色铁锈斑Table1.4-1Galvanizedsteelwirecorrosiondegreeclassification1.5防腐蚀手段研究现状(Researchstatusofcorrosionpreventionmethods)上文简单提到传统的主缆防腐系统是由主缆表面防腐腻子+镀锌钢丝缠丝+缠丝表面涂装共同组成，原理就是阻碍外部腐蚀介质与钢丝接触。但这项技术只是起到了减缓作用，涂层总会慢慢的被腐蚀完，涂层一直在被消耗，当消耗出漏洞时，对基体的腐蚀便无法阻止。于20世纪60年代，那时候对于防腐的手段还停留在被动防腐蚀的认知中，所以人们千方百计在防腐蚀层上下功夫，多层，加厚等等，便催生了美国和日本的公司用合成聚氯丁橡胶缠包带、聚丙烯树脂带、异丁橡胶和双组分改良硅系密封层组成多层防护，连续几层材料包裹在主缆外层，以达到防护效果[22]。然而经过检测发现，这样的防护层也不是万无一失，在材料防护层的接口处难免会出现漏缝，水就会趁虚而入，而且这种防护方法繁琐，施工难度大，后期还不好维修。2000年后，国内悬索桥主缆防腐层主要由防腐腻子、S型缠绕钢丝、外防护涂层构成。但是这种防护方法说到底只是通过减缓了水蒸气深入主缆内部的速度，来延长使用寿命。一旦湿空气进入主缆，就无法将其从主缆排出。排出主缆内部的水分和其他腐蚀性气体，对延长主缆服役时间和安全运行有着决定性作用，因此主缆干空气送风除湿系统应运而生。1994年，日本一家承包公司首先对桥梁主缆采用了高气密性材料包裹，然后对主缆内部进行除湿，通过排入干燥空气以达到目的。检查后证明，主缆除湿系统可以有效达成目的，主缆内部的空气湿度保持在一个较低的水平，腐蚀速率大大降低[23]。经过成功的案例，日本明石海峡大桥就采用“S型缠丝+干空气除湿系统”作为防护手段。并且经过两年的相对湿度数据监测发现，经过8个月干空气送风除湿后，主缆内部开始变干、相对湿度趋于稳定。之后，湿度会受到外界湿度季节性变化的影响，但系统在目标湿度为40%条件下运行，湿度可以控制在60%以下[24]。表1.5-1日本悬索桥主缆防腐体系和措施Table1.5-1Anti-corrosionsystemandmeasuresformaincablesofsuspensionBridgesinJapan桥名建成年份防腐体系检查年份采取措施因岛大桥1983高铅酸钙、高分子有机铅+圆形缠绕钢丝+氯化橡胶涂层1989已添加主缆除湿大鸣门桥1985高铅酸钙、高分子有机铅+圆形缠绕钢丝+环氧、聚氨酯涂层1991已添加主缆除湿关门桥1973高分子有机铅+圆形缠绕钢丝+苯二甲酸1993研究添加主缆除湿平户桥1977高分子有机铅+圆形缠绕钢丝+氯化橡胶1992已添加主缆除湿濑户大桥1988高铅酸钙、高分子有机铅+圆形缠绕钢丝+环氧、聚氨酯涂层1993已添加主缆除湿大岛大桥1988高铅酸钙、高分子有机铅+圆形缠绕钢丝+环氧、聚氨酯涂层1992已添加主缆除湿明石海峡大桥1998圆形缠绕钢丝+弹性氯丁橡胶带+氯磺化聚乙烯涂装+主缆内干燥空气送气除湿2008已有主缆除湿英国Christodoulou等在Humber大桥上采用了“弹性缠包带+干空气除湿系统”对主缆进行防护[25]。首先移除设计位点的缠丝和防腐腻子移除，楔开主缆，然后将送气和排气不锈钢管安装到主缆内部，合上主缆并在最外层缠绕弹性缠包带，最后使用气动加热毯加热外层缠包带使其与其他保护层牢固结合在一起。用于主缆除湿的干空气从桥面钢箱梁抽取到干空气制备站，先经过转轮除湿机除湿之后排放到设备室，该设备室对干空气进行加压后送入HEPA过滤器，最后干净的空气通过进气管道送入主缆内部。最初，为了加速主缆内部干燥过程，干空气制备站的相对湿度设置为10%，随着主缆干燥，该参数逐渐增加以降低运行成本，同时使主缆内部保持较低的相对湿度。在运行3个月后，主缆内部相对湿度已显著降低。但该系统在除湿前未对空气进行过滤，会导致转轮除湿机运行一段时间后转轮受到污染，除湿能力下降[26]。图1.5-1明石海峡大桥送风除湿系统Figure1.5-1Airsupplydehumidificationsystemofakashistraitbridge我国的主缆除湿系统一开始主要是借鉴日本在悬索桥主缆防护方面的成功经验，润扬大桥成为国内首座采用“S型缠丝+干空气除湿系统”进行主缆除湿防腐的悬索桥[27]。润杨长江公路大桥的除湿系统通过空隙在密封层里输入干燥空气，保证了空气持续不断流通，湿度大的气体不断被排除，主缆内部空气湿度得到有效控制。但是该体系中大部分材料全部使用的是进口材料和设备，较高的成本限制了该体系在国内的应用推广[28][29]。在2009年泰州大桥也采用了相同的举措，与之不同的是泰州大桥这次全面采用国产设备并针对部分细节进行了创新[30]。除了除湿系统，涂层和缠丝这两项技术也实现国产化。南京长江四桥、泰州长江大桥实现了完全自主创新，并自主研发了除湿系统，并达到了节能指标。中国也宣告摆脱了国外进口设备的依赖，价格下来后也更方便在国内进行大面积推广。2010年以来，国内防腐除湿一体化系统也开始采用“弹性缠包带+干空气除湿系统”这一除湿防腐技术，进行悬索桥主缆腐蚀防护[31]。1.6论文研究意义和内容(Significanceandcontentofthispaper)主缆时桥梁的主要承重结构，但其工况却相当恶劣，同时作为桥梁还要承受动载和静载，很容易性能退化，最后断裂。如果主缆被破坏，那么桥梁的使用年限也基本上宣告结束。为了保证桥梁和缆索结构的安全，缆索的防腐蚀是重中之重。文章主要的内容有：（1）阅读桥梁钢索腐蚀研究的相关文献资料，论述总结大型钢桥梁主体结构和钢桥梁腐蚀与防护现状，阐述钢的腐蚀机理和实验方法。结合桥梁环境与结构条件，重点针对海洋环境的金属腐蚀，分析钢缆的腐蚀过程。（2）模拟对已经发生腐蚀的桥梁钢索钢丝进行宏观和微观两种角度观察，并对表面进行x射线衍射测试，分析其中的元素含量，明确腐蚀速率、腐蚀特征、产物组成等结果，了解钢丝发生的腐蚀状况。（3）进行电化学试验研究，确定钢丝发生腐蚀的类型，分析了腐蚀发生的机理，在多样性的腐蚀因素中，找出主要的影响因素是空气中的水分，湿度较高的地区桥梁会发生“湿腐蚀”，会大大减少桥梁使用寿命。提出了一些防止或减缓腐蚀的方法，为大桥主缆钢索的腐蚀防护提供一定的理论依据。2宏观腐蚀形貌及模拟实验2宏观腐蚀形貌及实验方案2Macrocorrosionmorphologyandexperimentalscheme2.1开缆检查(Openlineinspection)2.1.1开缆检查实施情况本文引用一份虎门大桥的检测中期报告里面的开缆检查照片来了解现实桥梁服役阶段的真实腐蚀形貌。开缆过程的部分照片如下图所示：图2.1-1中跨主缆开缆检查1Figure2.1-1Opencableinspectionofmiddlespanmaincable1图2.1-2中跨主缆开缆检查2Figure2.1-2Opencableinspectionofmiddlespanmaincable2图2.1-3中跨主缆开缆检查3Figure2.1-3Opencableinspectionofmiddlespanmaincable3图2.1-4中跨主缆开缆检查4Figure2.1-4Opencableinspectionofmiddlespanmaincable4从四张照片可以看到真实桥梁在使用阶段表面仿佛是层已经锈迹斑斑，部分开缆检查的部位腐蚀情况良好，部分腐蚀严重。在腐蚀严重的区域可能主缆基体已经遭到严重破坏，如果不即使更换钢缆，很可能会造成重大安全事故。表2.1-1服役前后主缆钢丝化学成分元素CMnSiPSCu服役前0.820.200.0170.0130.05服役后0.800.680.210.0750.010.052Table2.1-1Chemicalcompositionofmaincablewirebeforeandafterservice主缆钢丝是镀锌高强钢丝，牌号为85钢。截取一段主缆钢丝，除锈后，用车床取基体铁屑做成分测定。上表为虎门大桥服役前后主缆钢丝化学成分的对比，从表内可以发现，主缆钢丝的成分与镀前所给出的成分几乎相同。初步判断腐蚀主要发生在镀锌层上，钢丝基体本身的腐蚀程度还有待实验测定。宏观腐蚀形貌(Macroscopiccorrosionmorphology)从孙老师准备的真实桥梁开缆检查得到的钢丝部分腐蚀试样中可以发现，进行区分后缆内钢丝的腐蚀情况主要（根据绪论部分列出的腐蚀等级划分表）分为四个腐蚀等级。如下图所示：图2.2-1主缆钢丝腐蚀分级Figure2.2-1Corrosionclassificationofmaincablewire一级钢丝几乎没有发生锈蚀，依然有金属光泽；二级钢丝表面出现了大量的白色氧化锌粉末并伴随局部的褐色钢丝基体腐蚀；三级钢丝基体腐蚀加重，出现局部点腐蚀坑，但仍可见明显的白色镀锌粉末；四级钢丝全部覆盖褐色基体腐蚀，密布点状腐蚀坑，出现严重的基体腐蚀。2.3实验方案(Theexperimentalscheme)通过阅读实际桥梁开缆检测结果报告，本文实验拟采用桥梁一次开缆检查获得的部分钢丝来进行微观观察和检测，并进行XRD和电化学实验来研究和分析腐蚀机理。2.3.1实验试样评价材料的大气腐蚀性能，除了评价其平均腐蚀速率大小之外，还应从锈层的结构，成分分布，物相组成等方面，从机理层面发掘耐候钢具有良好耐蚀性的原因。可从形貌，成分物相以及电化学行为三个方面评价锈层对基体保护作用的强弱。准备试样主要有两种办法，第一种是大气条件下暴露实验，还有一种是干湿周浸加速腐蚀。第二种方法相较于前一种有显著优点：腐蚀环境腐蚀条件可控；环境再现性好，不同地区的大气成分有明显区别，普通的大气暴露实验难以模拟跨海大桥的腐蚀条件；实验模拟时间大大缩短，节约人力财力物力。实验采用从孙老师那获得的一次大桥服役途中开缆检查获取的钢丝试样，钢丝在实验之前处于干燥柜内储存，经过检查后状况良好，可以用来进行实验。试样分为两种不同使用条件的钢丝，一种是主缆钢丝截断试样，一种是保护主缆的缠绕钢丝截断试样。两种试样各截取3片，1片用于进行锈层物相检测，另外2片用于进行锈层形貌观察，分为除锈前1片和除锈后的1片，最后用这2片试样进行电化学实验。2.3.2锈层形貌观察和腐蚀区域元素分析扫描电子显微镜（SEM）可观察金属在不同腐蚀周期下的腐蚀产物表面及截面形貌，适用于多种精度的锈层表征。扫描电子显微镜也可用于表征锈层表面及截面元素分布。但是由于工作环境限制，扫描电子显微镜需要在真空度很高的环境下成像。且由于电子束只能穿过样品表面很浅一层，因此只能用于表征样品表面形貌。使用扫描电子显微镜（SEM）观测两种不同腐蚀条件下钢丝锈层的表面微观形貌以及截面腐蚀形貌和除锈后钢丝表面的微观形貌。并对截面形貌进行线扫，分析各元素含量。除锈溶液使用NH4Cl溶液（100gNH4Cl加去离子水配制成的1000mL的溶液）对主缆钢丝和缠绕钢丝除锈。2.3.3锈层XRD物相分析常用分析腐蚀产物物相种类的方法是X射线衍射法（XRD）。通过将腐蚀产物衍射数据和标准PDF卡片进行比较可得腐蚀产物中的物相种类。而进一步根据衍射强度可半定量的确定各物相的相对比例。但X射线衍射很大程度依赖于腐蚀产物的结晶程度，因此对于部分非晶态物质，XRD无法分辨[32]。所用设备：Ｘ射线衍射仪。实验流程为：使用小刀片轻轻将主缆钢丝试样和缠绕钢丝试样的表面的锈层刮下，分开标记存储，然后用研钵将锈层研磨成200目粉末，最后用Ｘ射线衍射仪对两种锈层粉末进行XRD物相组成分析。2.3.4电化学电位测试电化学腐蚀本质就是金属失电子，氧去极化的过程，因此电化学分析方法可以更为深入的反应出大气腐蚀发生的机理，但无法实时原位检测腐蚀发生及发展情况，因此也逐渐开始联合微观原位测试手段来分析材料的腐蚀开始及发展过程[33]。电化学阻抗谱可以测量带锈试样和无锈试样的电化学行为，并进一步等效成电路图，根据数据对比可以发现锈层对钢丝的防护作用。其中测试溶液是模拟海洋大气的3.5%的NaCl溶液。所有测试均在室温进行。3SEM照片和EDS数据分析3SEM照片和EDS数据分析3SEMphotosandEDSdataanalysis3.1主缆钢丝腐蚀形貌(Corrosionmorphologyofmaincablewire)图3.1-1(a)为主缆钢丝除锈之前的的局部表观形貌，从中可以看出，主缆钢丝发生了整体腐蚀。通过能谱图对A区域的元素进行分析，结果如(b)所示，且在表格中给出了元素含量，Fe元素和Zn元素的含量都超过30wt.%，这表明基体可能已经受到了腐蚀。其中Cl元素的含量只有0.32wt.%。图3.1-1（a）主缆钢丝锈层表面形貌；（b）能谱图及元素含量表Figure3.1-1(a)Surfacemorphologyofrustlayerofmaincable;(b)energyspectrumandelementcontenttable图3.1-2（a）主缆钢丝除锈后表面形貌；（b）能谱图Figure3.1-2(a)Surfacemorphologyofthemaincablesteelwireafterrustremoval;(b)Energyspectrum用NH4Cl溶液（100gNH4Cl和离子水配制成成1000mL的溶液）对主缆钢丝除锈，图3.1-2(a)是处理后的表观形貌。从图上看可以发现钢材的表面经过锈蚀之后已经变得较为粗糙，表面的存在一些小蚀坑。由图(b)可以看出，Fe元素的含量显著多于Zn元素，这表明主缆钢丝表面的镀锌层已经基本被腐蚀完。图3.1-3（a）主缆钢丝锈层截面电镜图；（b）线扫描方向；（c）主缆钢丝锈层各元素分布能谱图Figure3.1-3(a)Electronmicroscopyofthecrosssectionofrustlayerofthemaincable;

(b)Linescanningdirection;

(c)Distributionenergyspectrumofeachelementintherustlayerofthemaincablewire图3.1-3(a)为主缆钢丝锈层截面电镜图，从图中可以看出主缆钢丝锈层的平均厚度约为98.09微米。(c)为主缆钢丝锈层的各元素沿图(b)箭头方向分布的能谱图。从Fe、Zn、O、C元素的变化可以看出进行线扫的区域可以分为三层，沿箭头方向首先是主缆的基体，接着是锈层，最后是封样的环氧树脂。其中锈层中含有大量的Zn、Fe、O元素，可以知道锈层的组成为ZnO和铁氧化物。3.2缠绕钢丝的腐蚀形貌(Thecorrosionmorphologyofwoundwire)图3.1-4（a）缠绕钢丝锈层表面形貌;（b）能谱图及元素含量表Figure3.1-4(a)Surfacemorphologyofrustlayerofwoundwire;(b)energyspectrumandelementcontenttable图3.1-4(a)为缠绕钢丝除锈之前的的局部表观形貌，从中可以看出，缠绕钢丝发生了全面腐蚀，点蚀较少。通过能谱图对A区域的元素进行分析，结果如(b)所示，且在表格中给出了元素含量，Zn元素含量最多，Fe元素含量较少，其中Cl元素的含量只有0.21wt.%。图3.1-5（a）缠绕钢丝除锈后表面形貌；（b）能谱图Figure3.1-5(a)Surfacemorphologyofwoundsteelwireafterrustremoval;

(b)Energyspectrum用NH4Cl溶液（100gNH4Cl和去离子水配制成1000mL的溶液）对缠绕钢丝除锈，图3.1-5(a)是处理后的表观形貌。从图上来看可以发现钢材的表面的小蚀坑并不多，受到全面腐蚀。由图(b)可以看出，Zn元素含量很高，Fe元素较少，这表明缠绕钢丝表面的镀锌层可能还存在。图3.1-6（a）缠绕钢丝锈层截面电镜图；（b）线扫描方向；（c）缠绕钢丝锈层各元素分布能谱图Figure3.1-6(a)Electronmicroscopyofthecrosssectionoftherustlayerofthewoundwire;

(b)Linescanningdirection;(c)Energyspectrumofeachelementdistributionintherustlayerofthewoundwire图3.1-6为缠绕钢丝锈层截面的电镜图，从图中可以看出缠绕丝锈层的平均厚度为27.31微米。(c)为缠绕钢丝锈层的各元素沿图(b)箭头方向分布的能谱图。从Fe、Zn、O、C元素的变化可以看出进行线扫的区域可以分为三层，沿箭头方向首先是环氧树脂，接着是锈层，最后是缠绕钢丝的基体。其中锈层中含有大量的Zn、O元素，Fe元素的含量很少，可知道锈层组成主要是ZnO。Zn元素在靠近基体部分含量更高，进一步说明缠绕钢丝的镀锌层还未被腐蚀完。3.3小结(Summary)从上面实验得到的几张扫描电镜图中可了解到截取的试样里面主缆钢丝表面的镀锌层基本腐蚀完，基体也遭到了部分腐蚀，锈层的主要成分是氧化锌和铁氧化物。缠绕钢丝的镀锌层还未完全腐蚀完，锈层的主要组成是氧化锌。4XRD图谱和电化学实验分析4XRD图谱和电化学实验分析4XRDpatternandelectrochemicalexperimentanalysis4.1腐蚀产物分析(Corrosionproductanalysis)图4.1-1主缆钢丝和缠绕钢丝腐蚀产物XRD图谱；（a）缠绕钢丝；（b）主缆钢丝Figure3.2-1XRDpatternsofcorrosionproductsofmaincablewireandwindingwire;

(a)windingsteelwire;

(b)Maincablewire分别截取一段主缆与缠绕钢丝，将用刀片刮下的腐蚀产物做XRD分析，对所得谱图进行分析处理，结果如图4.1-1所示。两种钢丝腐蚀产物的主要成分均为ZnO和少量的Zn(OH)2，说明腐蚀主要发生在镀锌涂层上，这是因为经过镀锌处理后，采用牺牲阴极的方法，保护钢缆不受腐蚀。同时，在主缆钢丝的腐蚀产物中含有极少量的ZnFe2O4，说明主缆钢丝的基体也发生了腐蚀。图4.1-2是刮去腐蚀产物前后的宏观形貌图，可以看出，通过刀片除锈，只是去除了表层的浮渣，结合力较好的锈层并没有被除去。图4.1-2刮去腐蚀物前后形貌图；（a）主缆钢丝；（b）缠绕钢丝Figure3.2-2Morphologybeforeandafterscrapingcorrosion;

(a)Maincablewire;

(b)Windingsteelwire4.2电化学电位测试(Electrochemicalpotentialtest)分别对有锈和无锈的主缆钢丝和缠绕钢丝进行电化学实验，测试其开路点电位，其结果如图4.2-1所示：图4.2-1有锈和无锈的主缆钢丝和缠绕钢丝开路电位图Figure3.3-1Opencircuitpotentiometricdiagramsofmaincablewiresandwoundwireswithandwithoutrust对带锈和不带锈的主缆钢丝和缠绕钢丝进行开路电位测试，从图4.2-1以及表4.2-1中可以发现无锈的钢丝相比于有锈的钢丝开路电位有一定电位的降低，这说明锈层对腐蚀有着一定的抑制效果，这可能是因为钢材表面存在着一层致密的含Zn的腐蚀产物层，除完锈以后，钢材的这种保护层被除去，就会出现开路电位降低的情况，即有着更大的腐蚀倾向。表4.2-1有锈和无锈的主缆钢丝和缠绕钢丝开路电位名称状态主缆钢丝OCP/V缠绕钢丝OCP/V-0.702-0.839Table4.2-1Opencircuitpotentialofmaincablewireandwoundwirewithandwithoutrust4.3腐蚀机理分析(Analysisofcorrosionmechanism)4.3.1镀锌层性能退化为什么首先研究镀锌层的腐蚀呢，因为镀锌层是钢丝最基本的防护。之所以会采用镀锌来进行防护，基本原理是金属的活泼性，锌是比铁更为活泼的金属，所以在镀锌之后，钢丝和镀锌层就组成了一个局部电池，锌来担任牺牲的角色（成为阳极），来钢丝担任被保护的角色（阴极）。那比铁活泼的金属多了去了，为什么偏偏选择锌呢？这就得从锌的角度来分析，锌这个金属本身在pH值约为6~12，也就是偏中性环境下，存在一个钝化区，这是锌这类金属的特点，锌会和氧气发生反应形成稳定且致密的氧化锌，钝化层就这么形成了，这层钝化区也能对里层还没有被氧化的锌起到保护作用，等氧化锌被慢慢侵蚀，里层的锌就会顶替上来，继续起到保护作用[34]。上段讲到尽管锌是两性金属，但锌本身在有条件的环境下（干燥+污染小），可以生成致密的氧化膜。锌与氧气反应生成氧化锌：2Zn+O2→2ZnO(4.1)但是凉爽干燥的天气不会一直保持，在下雨天或者潮湿闷热的气候，此时的空气湿度很高，这也是桥梁经常所处的环境。空气中水蒸气就会液化附着在主缆表面，在镀锌层完好的时候液膜还未于钢丝直接接触，但镀锌层表面很难说是完整无缺，致密的一丝空隙都没有。电解质液会顺着缝隙流入，此时的钢丝和镀锌层便构成了一个电池结构（局部）。在这个电池里面镀锌层扮演牺牲的角色做阳极，钢丝做阴极，但这于干燥的时候发生的反应不同，锌不会再简单的生成氧化锌，可能会生成氢氧化锌或者碳酸锌。锌和空气中的水分发生反应生成Zn(OH)2:Zn-2e-→Zn2+(4.2)1/2O2+H2O+2e-→2OH-(4.3)Zn+2OH-→Zn(OH)2(4.4)接着氢氧化锌可能会与各种来源排放的CO2发生反应生成碳酸锌：Zn(OH)2+CO2→ZnCO3+H2O(4.5)如果当地空气质量较差，附近有印刷厂、纺织厂、垃圾焚烧厂等往大气中排放废气，往河流里排放废水。空气中含有SO2就会形成酸雨，此时云朵密集，大气内湿度增加，开始降雨，淅淅沥沥无孔不入的酸雨滴落在缆索表面形成液膜，酸雨腐蚀性便开始催生与镀锌层的化学反应。锌失去电子溶解在酸雨中，析氢反应得以进行：Zn-2e-→Zn2+(4.6)2H+2e-→2H-(4.7)Zn2+与SO42-结合生成ZnSO4，ZnSO4与水分子结合生成ZnSO4·H2O,ZnSO4·6H2O和ZnSO4·7H2O等宏观表征呈白色的物质。总结一下镀锌层发生“湿腐蚀”反应流程，有哪些参与了反应，发生反应需要满足哪些条件，就能从根源上避免镀锌层与反应物接触，从而避免腐蚀的产生。需要满足的条件有：(1)镀锌层上要有液膜附着，液膜为电解质液;(2)需要存在比锌电位正的阴极，比如铁就是很完美的对象。这是为了保证电子能够发生迁移，腐蚀也就能继续[35]。酸雨环境就完美契合条件且腐蚀性强，所以一直以来酸雨都是对桥梁，建筑等侵蚀效果极为显著的存在。4.3.2钢丝腐蚀机理分析和镀锌层类似，钢丝的腐蚀也是受到周围环境的很大影响。下雨天，在春秋季节昼夜温差大，夏天温度高，冬季气温低等以温度为代表的环境条件会对钢丝的锈蚀产生不同的影响。把钢丝的腐蚀根据腐蚀机理来区分，主要可以分为应力腐蚀、疲劳腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀这四种[36]。桥梁作为一个道路交通的工具，那必然会承受极大的载荷，再根据桥梁自身的特性，拉应力是最主要的。随着桥上车流通过，会有一定幅度的应力变化。在桥梁新建成，防护措施都还完好，可以保持效果的时候，钢丝的保护还是很完善的，但是难免防护层会有失效的时候，如果没有及时进行维护，那么没有受到保护的钢丝便暴露在腐蚀环境下，会受到水汽，氧化，污染物等等的侵蚀，其工作环境就满足了以上几类腐蚀的条件。在现实生活中，桥梁发生腐蚀断裂的案例是几种腐蚀同时共同作用的结果。本文接着就会根据机理不同分类得顺序来逐个剖析腐蚀的过程和本质以及该如何防范。首先是应力腐蚀和疲劳腐蚀，这两类有明显的区别，也有相似之处。（1）应力腐蚀应力腐蚀的特点是它是一种低应力脆断现象。如果缆索钢丝发生应力腐蚀，便会在远低于实验室测得的材料屈服强度某个值突然脆断，毫无征兆。可以说应力腐蚀断裂是一种极其危险的情况[41]。上段讲到应力腐蚀特点，突然发生，没有预兆，所以相对于其他几类腐蚀，应力腐蚀瞬间破坏力更强，更加危险。但应力腐蚀并不是不可避免，它的主要诱因是特殊环境。一般来说触发应力腐蚀的发生必须满足以下3条:1)桥梁一直在承受应力，主缆作为主要的受力构件，这是不可避免的;2)环境周围满足缆索上出现电解质液膜，也就是需要在潮湿环境或者说有特别的污染物，例如腐蚀气体等;3)在周遭环境中不仅要有电解质液，普通没有腐蚀性的电解质液不行，得是让主缆钢丝敏感的腐蚀物，对金属腐蚀性强的腐蚀介质。满足了上述三种条件，应力腐蚀才可能会发生。因为应力腐蚀的危险性，所以必须从触发条件上避免发生腐蚀。（2）疲劳腐蚀第二点是腐蚀疲劳。疲劳腐蚀是一种动载应力和腐蚀物共同作用的结果。是钢丝上的裂纹快速扩展导致断裂的一个过程。本文绪论部分也介绍到，与应力腐蚀相同的地方在于都是一种脆性断裂，而不同的点在于疲劳腐蚀更普遍，疲劳腐蚀不需要满足主缆在某种特定腐蚀环境下，在任何情况下疲劳腐蚀都可能发生。上段讲到疲劳腐蚀发生的过程，需要有裂纹产生，在完整的钢丝上裂纹产生的途径主要有两点：1）桥梁一直在经受行人，车流的通过，应力时而高时而小，在这种变化的载荷反复作用下，钢丝可能会出现滑移最后形成滑移带，裂纹也就产生；2）钢丝与腐蚀介质发生电化学腐蚀。当上述两种都满足的时候，并不是简单的1+1=2，而是可以发生成倍的效果，裂纹的产生更加容易并且延展的更加迅速[42]。疲劳腐蚀的主要表现形式有反复动载造成的滑移，电化学腐蚀造成的点蚀，再逐渐形成裂纹等。总结一下，疲劳腐蚀和应力腐蚀的共同点在于它们都是由腐蚀物和应力共同触发导致的，所以损伤的形式主要表现为金属（阳极）溶解以及脆断（氢脆）。而两者的区别在于疲劳腐蚀受的是动载，持续不断变化的应力作用，应力腐蚀强调的是静载，一个长时间持续不变的应力[43]。（3）化学腐蚀到了第二大类的腐蚀类型，化学腐蚀是其中较为常见，也是人们最开始在钢丝表面镀锌的主要原因。化学腐蚀很常见，桥梁腐蚀学术领域对于化学腐蚀的定义就是广义的化学腐蚀，也就是生活中的金属物件被氧化，表面形成锈，这就是化学腐蚀，从学术领域来准确下个定义就是金属发生了氧化还原反应，俗称“干腐蚀”。生成物通常都是些金属氧化物、硫化物、卤化物、氢氧化物等，这些锈蚀一般都比较疏松，难以起到保护基体的作用。化学腐蚀的反应原理是金属与介质进行电子交换并在表面生成反应物[37]。周围的氧气和大晴天长时间暴晒温度升高会提升氧化反应的反应速率。缆索钢丝处于高应力状态，在使用中反复受到应力作用，金属持续与氧化物接触，不断发生化学腐蚀[38]。化学腐蚀通常有三个阶段，也就是绪论中提到的肉眼观察钢丝腐蚀程度分级:首先氧化形成薄薄的一层;其次氧化层慢慢变成绿色锈蚀，也就是熟悉的铁锈;最后铁锈再发生反应生成另外一种氧化物和氢氧化物，宏观表现为褐色，质地疏松，强度极低，易碎变成粉末。氧化反应流程如下:钢丝与腐蚀介质发生反应生成亚铁离子：Fe→Fe2++2e-(4.8)阴极产生氢氧根离子与失去电子的亚铁离子发生反应：Fe2++2OH-→FeOH2(4.9)接着氢氧化亚铁与氧气发生反应，产生氢氧化铁：4FeOH2+O2+4H+→4FeOH2+2H2O(4.10)铁锈是FeOH2部分脱水形成的，化学表达式为FeOOH或Fe2O3·H2O。这层锈层与锌氧化生成的致密氧化锌不一样，铁锈较为疏松，对里面的基体没有保护作用。（4）电化学腐蚀电化学腐蚀是这次研究的重点，腐蚀的本质是游离在电解质溶液中的电子发生转移，从而将金属氧化，还原电解质。化学腐蚀的过程不需要水，所以俗称“干腐蚀”。电化学腐蚀与之不同的点在于腐蚀需要在电解质中发生，而且反应是发生在很多独立部位的，是一个个独立的局部微电池，俗称“湿腐蚀”。总结下来就是电化学腐蚀和化学腐蚀发生要求的腐蚀环境不同。电化学腐蚀分为两个部分：阳极反应和阴极反应。阳极反应就是金属失去电子变成离子游离在电解质液中或者直接生成某种固态物。阴极反应是氧离子和氢离子得到电子被还原的过程。比较奇特的是它们是在不同地方发生的，独立且同时[39]。表面附着着水珠或者浸泡在水中时，电化学腐蚀是个持续发生、腐蚀速率快，危害大的首要腐蚀，也就是最需要预防的腐蚀。通常在有大河大江或者临近海边的桥梁所处的环境就是空气湿度相当大的。空气中的水汽与钢丝接触，表面会有液膜附着，并且液膜里面包含着氧气。因为发生了去极化作用，钢丝加速在电解质液中溶解。这时候钢丝的组织缺陷会被放大，钢丝中的杂质会起到影响，镀锌层被腐蚀的产物和钢丝表面散落的灰尘亦或者表面水膜厚度不均匀，甚至两边不略微不同的氧气含量也会成为局部电池的正极负极。伴随着反应进行，电解质逐渐被还原，电解质液里面的电解质越来愈少，金属失去电子的反应变得困难。由上文的腐蚀流程可以发现电化学腐蚀反应需要满足的条件，就是在潮湿气候的区域，沿海和大气污染严重的地方，空气中的水蒸气与微粒海盐或者和大气中的污染物微粒相遇，也就形成了电解质液，电解质液和钢丝接触，电化学腐蚀也就发生了。氢化物和硫酸盐微粒与水蒸气接触形成电解质液的导电性优异，氯离子和硫酸盐离子则相对于导电性，腐蚀性更强，这两种不同的效果最终都会导致电化学腐蚀的发生[40]。电化学腐蚀的化学反应方程式如下:Fe→Fe2++2e-(4.11)O2+2H2O+4e-→4OH-(4.12)Fe2++2OH-→FeOH2(4.13)Fe(OH)2+O2→FeOOH+2e-(4.14)6FeOOH+2e-→2Fe3O4+2H2O+2OH-(4.15)当工业生产排放的污染气体中含有一定量的SO2时便会形成酸雨。酸雨在钢丝表面形成薄膜，硫酸盐电解质与钢丝直接接触便发生反应，生成FeSO4，接着FeSO4与附着的电解质溶液里面的水发生氧化还原生成硫酸，这样腐蚀过程不断循环进行，对钢丝损害极大。腐蚀介质的种类会对钢丝的腐蚀速率产生影响。一般河流湖泊的潮湿大气环境和工业污染的酸雨大气环境和海洋大气环境中的缆索钢丝腐蚀相比情况较轻。酸雨大气环境中的主要腐蚀介质有SO2,SO3,H2S,NO,NO2,NH3,HNO3,CO,CO2；海洋大气环境中的主要腐蚀介质为NaCl和MgCl，这些都会加速缆索钢丝的腐蚀速率，其中SO2和NaCl颗粒的造成危害最大[44]。缆索钢丝的腐蚀速率还跟pH值有关系。当pH值较低，呈酸性时，钢丝锈蚀情况较为严重，此时钢丝极限应力变形下降的很快；pH值约为7时，钢丝的锈蚀程度较轻，速率相对较慢。由此可见偏酸性环境中钢丝的腐蚀速率会显著增加。通常缆索钢丝处于酸雨环境中，会因为雨水呈酸性，腐蚀程度和速率比一般环境更严重。其他因素对钢丝腐蚀速率也有着很多的影响。例如电位差大的腐蚀速度快；钢丝裂纹深的，腐蚀速度快；荷载大，应力水平高，腐蚀速率更快。4.4小结(Summary)经过XRD实验测试表明，锈层由大量的氧化锌和少量的氢氧化锌组成，其中主缆的锈层还有部分铁酸锌，说明主缆基体也遭到了腐蚀。电化学实验表明镀锌层被腐蚀后会产生致密的锈层，可以起到保护基体的作用。5结论5关于论述课题与社会，经济，环境和法律的关系5AbouttheRelationshipBetweentheTopicandSociety,Economy,EnvironmentandLaw随着世界经济的不断发展，各地对道路交通的追求也在不断提高，希望各处都能四通八达，促进经济文化的交流。桥梁就是这其中的典型。在古代一座小石桥连接河岸两端，方便人们去对岸赶集，促进了商品流通；现代桥梁的规模和作用大大提高，一座桥可以连接大河或者海岸两端的百姓，一座桥可以让以前只能渡河的人们开车几分钟就到对岸，一座桥连接着千千万万民众的羁绊。随着桥梁的规模增大，桥梁的安全性也越来越受到重视。过去的小石桥中间会留有空隙防止下暴雨河流涨潮，水势汹涌会直接将石桥冲垮，桥身身上留有的空隙可以有效减弱冲击力。现代的悬索桥因为主跨很长，承重量极大，维护费用高昂等需要考虑的问题很多。其中缆索的防腐蚀就是重要一环。计算机模拟技术已经非常成熟，很少会因为桥身本身设计结构不合理导致坍塌，一般都是在后期维护上会出问题。腐蚀就是其中最关键的。所以现代桥梁对防腐蚀手段需求大大提高。通过对桥梁进行开缆检查并进行实验研究腐蚀发的原因和其中的机理便可以对症下药，因地制宜，极大延缓腐蚀程度，延长桥梁使用寿命。6结论6Conclusion缆索钢丝的锈蚀往往是从镀锌层开始，随之钢丝开始锈蚀，其性能也随之发生改变。本文主要针对镀锌层和钢丝基体的锈蚀进行机理分析，对照比较了几种腐蚀类型之间区别和共通之处。最常见的情况是主缆钢丝发生了整体腐蚀。特征表现为分布在整个表面，腐蚀介质到达了金属表面的各个地方。文章讨论总结出空气中的水分和氧气是发生电化学腐蚀的主要原因，而电化学腐蚀也是沿海地带桥梁钢索面临的最严峻的挑战。影响腐蚀速率的因素有许多，其中温度和空气中的污染物是主要因素。很多地区昼夜温差较大，足以对钢丝的腐蚀速率产生明显影响。夜晚来临温度从中午的炙热到晚上的凉爽，温差可能有十几摄氏度。此时大气中水蒸气不仅会在树叶，花朵上结露，在钢丝表面也会存在。水滴凝聚在钢丝表面形成液膜，低温还会增加一些气体和海水内盐类的溶解度，这些都会大大加速腐蚀速率。在城市建的悬索桥难免会受到工厂排放物的影响，CO2、SO2是比较常见的污染物，这些溶于水后生成碳酸，硫酸都会呈现出酸性，而pH呈酸性的溶液对金属尤其是缆索采用的碳钢和锌，腐蚀效果显著。除了那两种常见的气体之外，还有很多氯化物的小颗粒，由于自身的强吸水性，也会存在于钢丝表面的液膜内，变成电解质液，加速金属的腐蚀。不仅仅是污染物，尘埃也有一定的影响，这跟当地气候密切相关，当地如果气候湿润，可能尘埃少，如果气候干燥，行驶汽车多，工业生产废弃排放不达标，有大量大颗粒排出，形成漂浮在空气中的尘埃，附着在钢丝表面上后让钢丝本身更容易吸附水分，即使空气湿度较低，洁净的钢丝不会出现液膜的环境，附着尘埃的钢丝表面也会形成水膜。所以在了解主缆钢丝的腐蚀机理后，对于防腐措施其中重要的一点就是主缆除湿，当然之前常用的防腐手段例如表面镀锌等等还是必不可少的，因为实验证实了镀锌层在发生反应后可形成致密的锈层，也能起到保护内部钢丝的作用。主缆除湿主要方法可以在桥上增设除湿系统，对主缆内部进行通风，保证主缆内部空气干燥，可以大大减缓腐蚀的产生，延长使用寿命。翻译部分参考文献[1]洪东.缆索承重桥梁的钢索腐蚀机理与使用性能评估[D].东南大学,2016.[2]唐莉.高速公路沥青路面预防性养护费用模型的研究[D].重庆交通大学,2012.[3]兰成明.平行钢丝斜拉索全寿命安全评定方法研究[D].哈尔滨工业大学,2009[4]许化,史家钧.济南黄河公路大桥主桥换索过程的索力检测[D].同济大学学报(自然科学版),1998[5]杨家东.三达地怒江大桥斜拉索换索施工技术分析化[J],科技资讯,2010[6]王力力,易伟建.斜拉索的腐蚀案例与分析[J]中南公路工程,2007[7]YulcikazuYanaka,etal.Maintenanceofsteelb