主纜腐蝕及其除濕防護方法分析

許鑫

(重慶交通大學 土木工程學院，重慶400074)

1 概述

懸索橋主纜的腐蝕一直是橋梁中的重大問題。有些情況下，必須以巨大的成本更換主纜，甚至關閉這座橋。實例表明，傳統(tǒng)的主纜防護系統(tǒng)，即所謂的羅布林系統(tǒng)，不能防止腐蝕，而只是減緩腐蝕。舊式懸索橋由于主纜的安全系數(shù)相當高，盡管受到腐蝕，仍然能夠運營，所以主纜性能的降低在一定程度上是可以接受的。目前，新懸索橋上的主纜通常設計的安全系數(shù)低得多，這使得它們對腐蝕更加敏感。人們早已在橋梁上發(fā)現(xiàn)相對嚴重的腐蝕，影響橋梁結構的安全。因此，無論橋齡如何，都必須防止主纜的腐蝕。

2 除濕概念

許多橋梁的主要構件是鋼結構。為了確保較長的使用壽命和提供適當?shù)陌踩?，必須保護這些結構免受腐蝕。腐蝕防護傳統(tǒng)上是通過表面處理來提供的，即套筒和噴漆。在過去的幾十年中，一種替代方法——除濕——已經被開發(fā)、實施和證明。除濕系統(tǒng)通過吹干主纜空氣，并保持主纜中的大氣干燥，從而不會發(fā)生腐蝕。除濕在技術、經濟和環(huán)境等方面都已被證明優(yōu)于噴漆。

除濕在橋梁中最廣泛的應用是保護封閉箱梁的內表面。除濕系統(tǒng)也已在許多其他橋梁結構中設計和安裝，包括：(1)懸索橋上的錨碇；(2)懸索橋上的索鞍；(3)基座室；(4)斜拉橋塔頂?shù)腻^固箱。

經驗證明，如果鋼結構附近的相對濕度保持在60%以下，就不會發(fā)生腐蝕。這是除濕防腐的基本概念。

除濕設備，例如用于橋梁結構的除濕設備，是使封閉空間的相對濕度保持在可接受水平之下的眾所周知和可靠的手段。在過去的四十年中，COWI 已經開發(fā)了使用除濕來保護橋梁中封閉鋼表面的腐蝕。在此期間，橋梁除濕概念已得到國際認可，并且成為許多國家的標準要求。

實踐證明，除濕法在各方面都是較優(yōu)的方法。除濕的主要優(yōu)點是：(1)除濕幾乎100%有效，提供比油漆高得多的保護；(2)除濕初始成本只是油漆成本的一小部分；(3)除濕設備的維護費用比油漆的低得多；(4) 除濕設備的生命周期成本要低得多；(5)容易監(jiān)測和核實有效性；(6)除濕是環(huán)境友好的，它沒有噴漆造成的環(huán)境問題。

有兩種主要的除濕方法：冷凝和吸附。吸附可以是被動的，也可以是主動的，主要區(qū)別在于使用強制氣流。對于橋梁結構，采用主動吸附是最有效的方法。

通過吸附除濕的被動手段是眾所周知的，例如硅膠的小袋，通常用電子設備或其他濕敏產品包裝在封裝中。大部分的吸附材料也用于降低潮濕的地下室的相對濕度。被動法不適合于鋼橋結構的腐蝕防護，而采用更為有效的主動法。吸附除濕法通過將空氣中的水分與吸濕材料（吸附劑）結合來工作。

吸附系統(tǒng)包含由許多小管構成的轉子，這些小管涂有吸附劑，最常見的是氯化鋰。工藝空氣被迫通過轉子，在此工藝下其水分被吸收，使空氣干燥。轉子轉動非常慢，為過程留出時間。在轉子的對面，加熱的進氣被吹過，使吸附劑涂層干燥。這種空氣變得充滿水分，隨后被排出。

該方法對于所有空氣條件都是有效的，沒有與冷凝法相同的溫度和相對濕度限制，適用于各種橋梁結構，效果良好。

3 主纜除濕系統(tǒng)

主纜除濕系統(tǒng)通?；谂c上述應用相同的技術。有三個主要組成部分：(1)用于主纜的密封系統(tǒng)，包括主纜帶、鞍座和其他連接的部件；(2)一種除濕系統(tǒng)，能夠產生和吹干主纜周圍空氣；(3)控制和監(jiān)測系統(tǒng)。

4 壽命周期成本分析

對于箱梁內表面的腐蝕防護，除濕法較之傳統(tǒng)的涂裝防護早有研究。得出的結論是，除濕凈現(xiàn)值僅是油漆系統(tǒng)凈現(xiàn)值的百分之幾，從而在橋梁的使用壽命期間產生了巨大的節(jié)省。

如果將下列成本考慮在內，除濕將更有利：(1)當采用涂裝方法時，主纜將在一定程度上惡化。這導致非常昂貴的侵入性檢查和康復工作。這些費用不包括成本和由于劣化（降低承載能力）而造成的損失值。(2)如果要應用紅色鉛漆，由于環(huán)境成本，涂裝方法將更加昂貴。(3)涂裝方法需要長時間的交通中斷，包括交通中斷的成本和用戶損失的時間。

對于新的主纜，應用除濕可以節(jié)省更多的費用。除了上述節(jié)余，還有以下節(jié)余：(1)可以省去鋅膏和包線；(2)由于減少以上過程，時間縮短——間接節(jié)省了費用；(3)承載的恒載更少，間接提高了結構（主纜、塔架、錨固和地基）安全性。

5 案例

高地海岸大橋于1998 年開通，主跨長1210 米，邊跨長310米和280 米，總長1800 米。每根主纜大約有1900 米長。主纜腐蝕防護系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的鍍鋅線、鋅膏、包線和涂料體系。

2004 年初，COWI 進行基于上述橋梁的除濕經驗的新型腐蝕防護系統(tǒng)的項目研究?；谠摳乓O計研究了一個具有流程段的應用程序布局。該系統(tǒng)在塔頂和跨中箱梁中設置有干燥空氣緩沖罐，干燥的空氣從塔架流到錨地處的排氣點，并流到中間跨度的一半。干燥空氣從跨中箱梁流動到相互的排氣點，一半到塔架。

盡管由于惡劣的天氣導致25%的停工時間，但在2005 年4月至10 月工程僅用了6 個月就完成了。該系統(tǒng)現(xiàn)已運行約7 個月，來自有關監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據表明，該系統(tǒng)運行良好，主纜的密封工作做得很好。

6 結論

一種除濕系統(tǒng)，由密封系統(tǒng)、干燥空氣系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)組成，其總體上是用于保護主纜免受腐蝕的最新方法。這是唯一能完全防止腐蝕的系統(tǒng)，而其他系統(tǒng)最多只能減緩腐蝕。除濕系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：

6.1 有效防止腐蝕；

6.2 監(jiān)測確保對此進行良好的記錄；

6.3 生命周期成本要低得多，低50-80%；

6.4 環(huán)境友好——去除或應用油漆或漿料時沒有有毒廢物；

6.5 對工人更安全- 不暴露于油漆或漿料的去除或應用的工作條件；

6.6 對天氣條件不那么敏感，而且速度要快得多；

6.7 由于不需要鋅膏，所以包裹線可以比常規(guī)快得多，既能直接節(jié)省時間，又能間接節(jié)省時間。