懸索橋主纜腐蝕問題淺析

駱乾乾

（四川路橋橋梁工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

隨著科技的不斷發(fā)展，建造技術(shù)的不斷升級(jí)，現(xiàn)代的橋梁技術(shù)也是得到了很大的提升。很多大跨度的橋梁在日趨增多，大跨度的橋梁給人類的交通帶來了很大的便利，也進(jìn)一步的促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了使橋梁更加的堅(jiān)固耐用對(duì)主纜的腐蝕問題我們進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。以下對(duì)研究結(jié)果做一下總結(jié)和分析。

1 懸索橋主纜的易被腐蝕的原因

懸索橋的發(fā)明已經(jīng)有了幾百年的歷史了 ，給人們的工作和生活帶來了很大的便利。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，橋梁的技術(shù)也在不斷地升級(jí)，但是主纜的腐蝕問題一直都是一個(gè)關(guān)系到橋梁使用的關(guān)鍵問題。下面就介紹一下懸索橋主纜被腐蝕的幾個(gè)原因。

1.1 懸索橋主纜的材料決定了其易被腐蝕的性質(zhì)

懸索橋主纜的一般是由鋼絲（高強(qiáng)度冷拔碳素鋼絲）鋼纜制成，這種材料擁有很大的強(qiáng)度和很好的延展性。足以承受住很大的重量來承載橋上的重量。但是這種金屬材質(zhì)本身非常容易被腐蝕，其化學(xué)活性很活潑，在環(huán)境的影響下容易發(fā)生反應(yīng)，從而使其被腐蝕。主纜被腐蝕，相對(duì)應(yīng)的懸索橋的強(qiáng)度就會(huì)下降，極易發(fā)生危險(xiǎn)。

1.2 懸索橋主纜所處的環(huán)境促進(jìn)其被腐蝕

懸索橋主纜往往承擔(dān)著巨大的負(fù)荷且工作環(huán)境惡劣，加劇了其相較其他金屬被腐蝕的的速度。

首先是物理方面的腐蝕。懸索橋主纜往往承受較大的應(yīng)力負(fù)荷，大多數(shù)合金，在其他條件相同的情況下，所受應(yīng)力越大，其受腐蝕程度越大。因懸索橋主纜多為高強(qiáng)度冷拔碳素鋼絲，其發(fā)生應(yīng)力腐蝕的可能性更高。其次，在日復(fù)一日的工作中，由于懸索橋材料不可避免的存在裂紋、坑面等缺陷，其在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，會(huì)擴(kuò)大其缺陷面積，不斷增大其缺陷程度，加深其疲勞程度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致其部分?jǐn)嗔?。加之之前談到的?yīng)力腐蝕，不斷交替的應(yīng)力，更會(huì)加深其受物理腐蝕的速度。

其次，懸索橋主纜往往會(huì)受化學(xué)腐蝕。在其所受化學(xué)腐蝕中，最常見的往往是由于合金中金屬的氧化反應(yīng)造成。氧化反應(yīng)會(huì)不斷使合金穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)遭到破壞，往往是由外而內(nèi)的一層層的破壞其表面，改變其化學(xué)性質(zhì)，降低其穩(wěn)定性。其次，由于空氣中存在大量水，金屬離子等，往往沿海地區(qū)的懸索橋或更易受腐蝕的跨海懸索橋則被腐蝕速度更快，懸索橋主纜吸附空氣中的水分后增強(qiáng)其導(dǎo)電性，繼而吸附空氣中細(xì)小微粒，從而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，其中以空氣中的氯離子、硫酸根離子等為主要腐蝕離子。

綜上所述，懸索橋主纜所處工作條件復(fù)雜多樣且往往惡劣，其受腐蝕因素也較為繁多，且往往物理腐蝕同化學(xué)腐蝕同時(shí)存在，互相促進(jìn)，會(huì)進(jìn)一步加深其腐蝕程度。

1.3 主纜膩?zhàn)永p絲涂裝防護(hù)體系在實(shí)際操作中還存在著許多不足

首先，防腐膩?zhàn)油鶗?huì)出現(xiàn)開裂的原因，往往是因?yàn)橹骼|線材在不同的環(huán)境中會(huì)發(fā)生一定的形變，而防腐膩?zhàn)幼陨砜剐巫兡芰Σ蛔銓?dǎo)致。為了改善其所帶來的問題，往往會(huì)采取聚氨酯等材料作為膩?zhàn)又鞑?，但由于纏絲外表漆面在一定日期后必定會(huì)老化導(dǎo)致膩?zhàn)訒?huì)長時(shí)間暴露于空氣之中，與空氣中的水、各種陰陽離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變其物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)，發(fā)生氧化、開裂等現(xiàn)象，并不能有效的改變現(xiàn)狀。其次，我國主要采用退火后的直徑為4mm的圓形鍍鋅軟鋼絲進(jìn)行纏絲，但在實(shí)際操作過程中難免會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的誤差，不可能達(dá)到絲線之間零縫隙，拋去操作產(chǎn)生的誤差外，受工作環(huán)境溫度、應(yīng)力交替的影響，主纜線材本體會(huì)因熱脹冷縮產(chǎn)生一定的形變，不斷的產(chǎn)生細(xì)微的伸縮，會(huì)增大纏絲之間的縫隙，從而使空氣中的水分接觸到主材本身。

2 懸索橋主纜防腐蝕的措施

同上來說物理腐蝕往往難以避免，故懸索橋主纜的防護(hù)工作主要集中在化學(xué)腐蝕防護(hù)部分。

2.1 選用更適合的防腐材料

我國比較主流的懸索橋主纜仿佛方法為主纜鍍鋅后涂抹防腐膩?zhàn)?，最后進(jìn)行纏絲處理。最后涂抹外防護(hù)涂層的方式。其中，防腐膩?zhàn)拥淖饔弥饕獮楦艚^線纜主題同空氣中的水、腐蝕性離子接觸，其主要材料一般為聚氨酯或合成橡膠，輔以桐油等物質(zhì)增加塑性，大多數(shù)防腐膩?zhàn)拥奶畛湮餅閷?duì)懸索橋主纜主材陰極起保護(hù)作用的金屬粉，且采用的防腐膩?zhàn)哟蠖嗑哂醒诱剐院?、揮發(fā)性小、固體占比高等特點(diǎn)，但經(jīng)過實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的防護(hù)方法在經(jīng)過一段時(shí)間后還是會(huì)出現(xiàn)涂層開裂的情況。質(zhì)量輕、強(qiáng)度高且耐腐蝕的熱塑性樹脂基復(fù)合材料或經(jīng)過玻璃纖維和碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂或許是防腐材料的良好選擇之一，該材料增加了大量纖維填充物以增強(qiáng)其強(qiáng)度與耐磨性，同時(shí)拉伸強(qiáng)度也得到了很大的提升，在滿足抗化學(xué)腐蝕應(yīng)變的條件下，額外增強(qiáng)了對(duì)物理腐蝕應(yīng)變的能力。

2.2 加保護(hù)套

經(jīng)過長期的觀察調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的表面覆蓋涂料的方法并不理想，本文建議采用一定強(qiáng)度的纖維復(fù)合卷材替代外層涂料，直接緊密覆蓋在膩?zhàn)訉油饫p絲的外部，然后進(jìn)行加熱固化處理使纖維層完全貼合與纏絲之上。這種做法可極大的縮短后期主纜維護(hù)保養(yǎng)的時(shí)間成本，且纖維卷材穩(wěn)定性較涂料高，不易發(fā)生化學(xué)性質(zhì)改變，從而增強(qiáng)懸索橋主纜整體的防護(hù)性能。若條件允許，或可直接采用高強(qiáng)纖維復(fù)合卷材替代纏絲，減輕主纜負(fù)重。

2.3 采用科學(xué)的方法實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

隨著科技的不斷發(fā)展，應(yīng)在懸索橋主纜特別是年數(shù)較舊上加裝一定量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過超聲波探傷等技術(shù)對(duì)主纜主體健康程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定期對(duì)主纜健康程度進(jìn)行評(píng)估。創(chuàng)新研發(fā)超聲波技術(shù)在主纜檢測(cè)中的應(yīng)用，通過聲波信號(hào)的傳遞判斷主纜的健康程度，建立一套主纜安全性能評(píng)估方法，為實(shí)際工作中懸索橋主纜的檢測(cè)提供依據(jù)。

2.4 主纜內(nèi)部采用改造空氣除濕法

由于在施工過程中，主纜內(nèi)部往往會(huì)積攢一定的水分。拋開因涂層老化，膩?zhàn)幽じ闪褜?dǎo)致的水分侵蝕外，主纜內(nèi)部也需要一個(gè)相對(duì)干燥的環(huán)境。日本曾經(jīng)做過的一個(gè)銹蝕實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明處于干燥環(huán)境中的金屬部件在 3個(gè)月后仍能保持較好的金屬光澤及性能，這充分反映出創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)干燥的環(huán)境對(duì)主纜的防腐有的重要的意義?？諝獬凉穹ㄆ渲饕頌橄蛑骼|內(nèi)部間隙灌輸干燥并持續(xù)流動(dòng)的空氣，將潮濕的空氣帶走。另有日本另一實(shí)驗(yàn)表明在主纜的任何部位，即使不將干燥空氣射入其內(nèi)部，而射入其鋼絲表面，仍能將其內(nèi)層水分帶走。

3 結(jié)語

懸索橋主纜的腐蝕是一個(gè)世界性的難題，傳統(tǒng)的防腐結(jié)構(gòu)不僅在一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生開裂問題，導(dǎo)致后期的檢測(cè)維修費(fèi)用非常的高。從各個(gè)國家的檢測(cè)反饋來看，各國的懸索橋主纜均發(fā)生的一定程度的腐蝕。本文簡(jiǎn)要的分析了懸索橋主纜易發(fā)生腐蝕的主要原因及提出一些可行的解決方案，可供懸索橋主纜腐蝕問題的研究參考。