摘要：斜拉索橋跨度較大，造型優(yōu)美，是目前被廣泛應(yīng)用的橋型。斜拉索是斜拉橋的主要承重傳力結(jié)構(gòu)件，主要由高強(qiáng)度鋼絲和錨固構(gòu)成。由于其長(zhǎng)期置于江河湖海不利外部條件下，導(dǎo)致鋼絲和錨索結(jié)構(gòu)件極易被腐蝕，嚴(yán)重影響橋梁的美觀和使用壽命。如何采取方法防止斜拉索的腐蝕是橋梁工作者要研究的重要課題。本文首先分析了斜拉索腐蝕的原因，對(duì)斜拉索原材料的防腐要求進(jìn)行了說(shuō)明，重點(diǎn)探討了斜拉索的防腐措施，最后從檢測(cè)和新材料應(yīng)用方面探討了斜拉索防腐的保證措施。

　　關(guān)鍵詞：斜拉索,防腐,腐蝕,錨具,新材料

　　一、斜拉索易被腐蝕的原因

　　斜拉索長(zhǎng)期處于跨江河、跨海灣的地域，長(zhǎng)期暴露在風(fēng)雨、潮濕和污染空氣的環(huán)境中，且主要材料為鋼材，若防護(hù)不當(dāng)，極易受到腐蝕。斜拉索的腐蝕主要是索體中的鋼材與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生電化作用，造成氧化還原反應(yīng)所致。引起斜拉索腐蝕的常見(jiàn)因素有空氣、水、氯離子以及持續(xù)作用于高強(qiáng)鋼絲的拉應(yīng)力等，這些因素都會(huì)引起鋼材腐蝕，產(chǎn)生應(yīng)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(gòu)成陰極，鐵元素構(gòu)成陽(yáng)極，當(dāng)斜拉索表面凝結(jié)吸附水汽而形成水膜時(shí)，就構(gòu)成了無(wú)數(shù)微電池，空氣中的氧、二氧化硫及二氧化碳等還會(huì)不斷地溶解到水膜中去，促進(jìn)鐵元素電離，加快鋼材的腐蝕速度，最終致使斜拉索被腐蝕。

　　二、斜拉索原材料的防腐要求

　　(一)高強(qiáng)度鋼絲的防腐蝕

　　高強(qiáng)鋼絲是拉索的重要原材料。在電化學(xué)腐蝕中，處于陽(yáng)極的金屬首先被溶解，則會(huì)在鋼絲表面鍍上較活潑的金屬。因此對(duì)斜拉索的鋼絲采取熱鍍鋅穩(wěn)定化處理，要求鍍鋅層應(yīng)均勻、連續(xù)、附著牢固，不允許有裂紋、斑痕和未鍍上鋅的地方。在斜拉索生產(chǎn)中，應(yīng)對(duì)每批鋼絲取不小于5%的盤(pán)數(shù)進(jìn)行鍍鋅層質(zhì)量檢驗(yàn)，要求不得有裂紋、小刺、機(jī)械損傷、氧化鐵皮、油跡和無(wú)連接點(diǎn)。鍍鋅層的單位重量不小于300g/m2。鍍鋅層的均勻性檢驗(yàn)，應(yīng)采用浸CuSO4溶液實(shí)驗(yàn)，要求不小于5次/min。鍍鋅層的附著力，要求在鋼絲公稱(chēng)直徑5倍的芯棒上纏繞2圈，以鍍鋅層不剝落為合格。

　　(二)纏包帶

　　對(duì)于熱擠聚乙烯半平行鋼絲拉索，為了便于其運(yùn)輸，用聚酯類(lèi)薄膜復(fù)合纏包帶將鋼絲索纏包。纏包帶除需要有足夠的拉力強(qiáng)度和韌性外，還應(yīng)對(duì)鋼絲無(wú)腐蝕作用，其pH 值在61.5～81.5，防止加工好的纏包帶受潮含水。

　　(三)熱擠PE護(hù)套

　　熱擠PE護(hù)套是斜拉索的第一道防護(hù)層，直接暴露在自然環(huán)境下，除經(jīng)受南方地區(qū)的高溫、北方地區(qū)的嚴(yán)寒外，還受空氣中各種有害氣體的浸蝕。這就要求PE護(hù)套具有較高的耐候性、耐腐蝕性和耐光性等抗老化能力。

　　(四)錨具的防銹

　　錨具是斜拉索的重要傳力構(gòu)件。為防止錨具生銹，錨具各構(gòu)件表面均應(yīng)作防銹處理。

　　三、斜拉索防腐措施探討

　　(一)對(duì)拉索內(nèi)部進(jìn)行除濕處理

　　所謂除濕是將干燥空氣通過(guò)機(jī)械方式送入拉索內(nèi)部, 在拉索內(nèi)外形成正氣壓差, 保持一定量的干燥空氣在拉索內(nèi)流動(dòng), 從而盡可能降低拉索內(nèi)空氣的相對(duì)濕度。1999 年丹麥的Little Belt 大橋首先采用除濕技術(shù)。日本建成于1998 年的Akashi Kaikyo 大橋，采用除濕技術(shù)歷經(jīng)6個(gè)月時(shí)間使拉索內(nèi)的相對(duì)濕度低于60%以下。我國(guó)潤(rùn)揚(yáng)大橋的主纜也采用了這種除濕技術(shù)。至今這些除濕技術(shù)均運(yùn)行良好,有效地延緩了鋼絲的腐蝕。

　　(二)對(duì)拉索表面涂覆復(fù)合緩蝕劑

　　這種復(fù)合緩蝕劑由鉛酸鈣、有機(jī)鉛、碳酸鈣、亞麻油等組成，涂覆于熱鍍鋅鋼絲的外表，然后在復(fù)合緩蝕劑涂層外沿拉索的徑向均勻纏繞經(jīng)過(guò)退火處理的熱鍍鋅鋼絲，最外層涂覆耐候性較好的有機(jī)涂料。這是美國(guó)紐約布魯克林(Broo klyn)大橋100多年前采用的防腐方法。日本也曾采用這種技術(shù)，但隨著拉索內(nèi)部除濕技術(shù)的采用。在拉索外涂復(fù)合緩蝕劑的方法逐漸失去了其固有的優(yōu)勢(shì)。

　　(三)在拉索鋼絲表面涂覆防銹油脂

　　拉索腐蝕損傷的主體是鋼絲，在拉索鋼絲表面涂覆防銹油脂也能提高拉索的耐候能力。防銹油脂還可以通過(guò)拉索內(nèi)附加的麻芯引入，因受拉力和壓力的作用，油脂被擠壓至各股鋼絲之間的表面上起到防銹和潤(rùn)滑作用。1997年建成的香港汲水門(mén)橋的斜拉索，采用鍍鋅高強(qiáng)度鋼絲并涂覆防銹油脂，最外層用HDPE包裹。汲水門(mén)橋的拉索防護(hù)方式是大跨度斜拉橋防腐處理的新嘗試，已有多座大橋采用，但需要關(guān)注的問(wèn)題仍然是防銹油脂在自然環(huán)境中的穩(wěn)定性。一般而言，油脂在自然環(huán)境中有酸化傾向，而鋼絲表面的熱鍍鋅耐酸性和堿性介質(zhì)的能力較弱，油脂酸化產(chǎn)物在拉索內(nèi)部的聚集，對(duì)熱鍍鋅鋼絲產(chǎn)生何種影響進(jìn)而對(duì)拉索強(qiáng)度產(chǎn)生什么影響是值得認(rèn)真研究的問(wèn)題。

　　(四)錨具的永久防護(hù)

　　由于斜拉索的錨具一部分外露在自然環(huán)境中，一部分進(jìn)入橋體預(yù)埋的鋼索導(dǎo)管內(nèi)。如果外露部分長(zhǎng)期暴露在大氣中，會(huì)引起錨具腐蝕、生銹。對(duì)兩端錨具外露部分的內(nèi)、外壁應(yīng)涂刷一層錨具專(zhuān)用防護(hù)油脂，并加設(shè)不銹鋼防水護(hù)罩，以防止油脂損壞而導(dǎo)致錨具銹蝕。對(duì)索導(dǎo)管內(nèi)應(yīng)采用封閉性處理，采用特制的填充材料(如聚氨酯發(fā)泡塑料)，使導(dǎo)管內(nèi)的錨具與水氣及其他腐蝕介質(zhì)相隔離，可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)防止索端錨具銹蝕。

　　(五)斜拉索的減振

　　斜拉橋由于鋼度相對(duì)較小，在車(chē)輛、風(fēng)雨等載荷作用下，極易發(fā)生振動(dòng)。引起拉索根部積水，加速拉索腐蝕，縮短拉索的使用壽命。為此應(yīng)在拉索兩端的接口部位設(shè)置黏彈性高阻尼材料減振塊，發(fā)揮減振作用，達(dá)到保護(hù)斜拉索的目的。另外必要時(shí)也可在拉索之間設(shè)置分隔索夾，使幾根拉索互為約束不易起振。

　　(六)錨索與索體結(jié)合部的防腐

　　斜拉索索體與錨具結(jié)合部位是斜拉索防腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，其原因是索體與錨具結(jié)構(gòu)不同，結(jié)合部位存在結(jié)構(gòu)差異，錨固區(qū)有一段鋼絲索的PE要?jiǎng)冮_(kāi)，以方便錨固。這一區(qū)間密封困難，容易造成腐蝕，必須采取有效的結(jié)構(gòu)措施和合適的材料、工藝進(jìn)行特殊處理，防止水分和其他污染源進(jìn)人。

　　1、平行鋼絲索結(jié)合部是冷鑄錨(或熱鑄錨)錨固，填充料是耐蝕性能較好的環(huán)氧鐵砂配方料(或鋅銅合金)。考慮到PE剝開(kāi)區(qū)特點(diǎn)，利用抗疲勞結(jié)構(gòu)的連接管，在管內(nèi)用耐蝕的填料密封PE剝開(kāi)區(qū)段。在連接管和PE索體分界處用橡膠密封圈或熱收縮管密封口。

　　2、平行鋼絞線(xiàn)索是夾片群錨錨固，結(jié)合部位應(yīng)用過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或水泥砂漿密封，考慮到換索需要，在錨固區(qū)用防腐油脂保護(hù)。在室外環(huán)境中長(zhǎng)期使用的防腐油脂，需具備滴點(diǎn)高、漏失量小、防腐蝕、耐候抗氧化等性能。主要保護(hù)區(qū)是錨具延伸管內(nèi)的鋼絞線(xiàn)PE剝開(kāi)區(qū)和錨具端口，為此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)錨具防護(hù)配件使夾片端口浸在油脂中，用密封配件將剝開(kāi)PE的一段鋼絞線(xiàn)密封在延伸管內(nèi)，保持結(jié)合區(qū)內(nèi)的防腐油脂，隔絕水和空氣，延伸管內(nèi)的防護(hù)油脂采用專(zhuān)用工具和工藝注入。如圖所示。

　　四、 斜拉索防腐的保證措施

　　(一)定期對(duì)斜拉索進(jìn)行檢測(cè)

　　采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)定期對(duì)使用過(guò)一段時(shí)期的斜拉索進(jìn)行檢測(cè)，如已經(jīng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的電磁檢測(cè)方法和聲波檢測(cè)方法，以及成像技術(shù)，及時(shí)檢查和發(fā)現(xiàn)拉索腐蝕缺陷，采取有效措施。這方面應(yīng)引起橋梁管理部門(mén)重視。

　　(二)加強(qiáng)新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

　　例如應(yīng)用纖維加勁塑料(FRP)材料代替鋼絲和鋼絞線(xiàn)，這種材料的特點(diǎn)是高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐疲勞、質(zhì)量輕。瑞士己在1996年4月將此材料斜拉索應(yīng)用于斯多克〔stork)斜拉橋，并進(jìn)行試驗(yàn)觀察，取得了一些數(shù)據(jù)。但這也有其局限性，尚需通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，才可能推廣應(yīng)用在纜索結(jié)構(gòu)中。近年來(lái)對(duì)憎水納米復(fù)合涂層的研究也取得了一定進(jìn)步。這種材料主要采用溶膠凝膠方法, 合成有機(jī)無(wú)機(jī)雜化溶膠, 在拉索鋼絲熱鍍鋅層表面形成高憎水性的納米復(fù)合涂層, 減少拉索內(nèi)部水汽的凝結(jié), 最大限度降低相對(duì)濕度, 保護(hù)基體金屬免受環(huán)境的侵蝕。通過(guò)添加不同種類(lèi)和不同含量的溶膠組分, 控制納米復(fù)合涂層的固化時(shí)間，優(yōu)化憎水性能以及耐候性能。由于這種涂層固化后具有較好的環(huán)境穩(wěn)定性, 其對(duì)熱鍍鋅層、PE外套等均具有較好的相容性, 因而有望在拉索鋼絲的防腐過(guò)程中獲得廣泛應(yīng)用。

　　結(jié)語(yǔ)

　　腐蝕會(huì)直接影響斜拉索橋的使用壽命和運(yùn)營(yíng)安全，因此對(duì)其的防腐工作必須高度重視。目前的防腐手段還需進(jìn)一步研究和深化，要加強(qiáng)更高性能的防腐材料的研究和應(yīng)用，不斷將此項(xiàng)研究推向前進(jìn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]吳文明，李闖.斜拉索防腐技術(shù)探討[J].公路交通技術(shù)，2008.8.

　　[2]趙軍，朱建龍，薛花娟，劉曉磊，何建平.橋梁拉索環(huán)境腐蝕損傷控制的有效途徑[J].公路，2007.7.

　　[3]李國(guó)芬，陳研，朱華平.南京長(zhǎng)江第三大橋斜拉索的防腐系統(tǒng)研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.6.