平行鋼絲拉索耐腐蝕技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘要：拉索由于長(zhǎng)時(shí)間處于相對(duì)復(fù)雜的自然環(huán)境中，所以容易被腐蝕，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和安全性。文章以土耳其博斯普魯斯（Bosporus）海峽三橋工程為依托，研究平行鋼絲拉索索體與錨具的耐腐蝕技術(shù)。該技術(shù)采用內(nèi)填油性蠟的方式對(duì)平行鋼絲拉索的索體部分進(jìn)行防腐處理，利用噴淋法填充油性蠟并評(píng)估填充的密實(shí)程度。工藝可靠性試驗(yàn)結(jié)果表明，平行鋼絲拉索內(nèi)填油性蠟后符合標(biāo)準(zhǔn)《斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件》（GB/T 18365—2001）中對(duì)靜載試驗(yàn)的要求。同時(shí)，采取表面刷涂帶蠟油脂的方法對(duì)平行鋼絲拉索的錨具部分進(jìn)行防腐處理，提高了錨具螺紋區(qū)的耐腐蝕性。平行鋼絲拉索耐腐蝕技術(shù)能較好地隔絕水、蒸汽、氧氣的侵蝕，延長(zhǎng)平行鋼絲拉索的使用壽命，為解決橋梁拉索的腐蝕難題提供了一種新方案，對(duì)橋梁拉索的防腐研究具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：平行鋼絲拉索；耐腐蝕；內(nèi)填充；油性蠟；帶蠟油脂

中圖分類號(hào)：TG356" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1674-0688（2024）05-0065-04

0 引言

在纜索類橋梁中，拉索是橋梁的主受力構(gòu)件，它主要由錨固段、過渡段和自由段3個(gè)部分組成。自由段索體內(nèi)的鋼絲長(zhǎng)時(shí)間受復(fù)雜環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。鋼絲拉索是由多根鋼絲組成，鋼絲之間存在空隙，空氣在縫隙間流通會(huì)造成氧化還原反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)冷凝水現(xiàn)象，使拉索內(nèi)部產(chǎn)生積水，導(dǎo)致鋼絲腐蝕嚴(yán)重，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和安全性。拉索內(nèi)部的腐蝕為不可逆損傷，腐蝕嚴(yán)重的拉索需要換索，而換索的費(fèi)用高昂。例如，天津彩虹橋因拉索腐蝕嚴(yán)重而需要換索，換索產(chǎn)生的費(fèi)用高達(dá)5 000萬元，是制索費(fèi)用的4～5倍，不僅給國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)交通通行造成了嚴(yán)重的影響［1］。因此，研究更有效的拉索防腐技術(shù)具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。王靜等［2］探索了新型化工防腐技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用，提出復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)和氧化聚合型包覆防腐蝕技術(shù)，解決了拉索、吊桿等異型部位的腐蝕難題；徐軍等［3］針對(duì)鋼絲防腐難題，提出了熱鍍鋅鋁鎂鍍層的方法，該方法的防腐性能優(yōu)于純鋅和鋅鋁鍍層；孫圣賢［4］針對(duì)矮塔斜拉索鋼絞線的防腐問題進(jìn)行研究，提出在預(yù)埋管內(nèi)灌注油脂或進(jìn)行聚氨酯發(fā)泡的防腐措施，這些措施有效防止了外部復(fù)雜環(huán)境對(duì)鋼絞線的侵蝕。

目前，鋼絲拉索的索體防腐措施主要有鍍鋅層、包覆高密度聚乙烯（PE）護(hù)層、纏繞丁基橡膠帶和填充防腐油脂［3-5］。鍍鋅層法是使用最廣泛的防腐措施，鍍鋅的防腐效力長(zhǎng)，但如果拉索內(nèi)部出現(xiàn)積水，會(huì)極大地降低鍍鋅鋼絲的防腐性能，而且鍍鋅工藝費(fèi)用高昂、污染嚴(yán)重；PE材料的防老化壽命高達(dá)25年，但在施工過程中容易因磕碰產(chǎn)生裂縫，而且復(fù)雜的環(huán)境也會(huì)加速其老化速度，因此防腐性能無法保證；在拉索表面直接纏繞丁基橡膠帶的方法可以起到防水、防霧和密封的效果，但為了保證丁基橡膠帶的黏附力，拉索的外表面必須進(jìn)行高質(zhì)量的粉刷作業(yè)，保證其干燥后再進(jìn)行纏繞，此方法更適用于對(duì)拉索局部性損傷部位的保護(hù)；填充防腐油脂能減少鋼絲間的間隙，從根本上杜絕腐蝕微環(huán)境的存在，但由于拉索一直處于溫度差值大的環(huán)境中，溫度過高時(shí)油脂會(huì)液化，對(duì)拉索性能的穩(wěn)定性十分不利。隨著防腐材料的改進(jìn)，油性蠟的出現(xiàn)使索體內(nèi)部的防腐填充達(dá)到了更好的效果，油性蠟比防腐油脂的性能穩(wěn)定，不容易液化，對(duì)于外護(hù)套管的修復(fù)，理論上采用油性蠟填充要比采用防腐油脂填充容易。然而，目前尚未有拉索工程的索體嘗試采用內(nèi)填充油性蠟防腐的方法，因此沒有可借鑒的工藝及技術(shù)。此外，拉索錨固段具有較長(zhǎng)的螺紋區(qū)域，該區(qū)域的一端處于拉索的最低端，受惡劣環(huán)境的影響，極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，對(duì)成品索的錨固性能危害極大。目前，錨具的防腐方式主要采用電鍍鋅，電鍍鋅發(fā)揮防腐作用主要依靠鍍鋅的鈍化層。對(duì)于冷鑄錨，在工藝上需要通過加熱使冷鑄料固化，而加熱溫度為200 ℃，該溫度對(duì)電鍍鋅的鈍化層具有破壞作用。因此，電鍍鋅對(duì)錨具的保護(hù)只能依靠鍍層的厚度實(shí)現(xiàn)，增大了成本和工藝的復(fù)雜性。綜上原因，本文依托土耳其博斯普魯斯（Bosporus）海峽三橋吊索工程，提出一種內(nèi)填油性蠟的索體防腐方法，探索填充油性蠟的工藝，并檢測(cè)內(nèi)填油性蠟后拉索的錨固性能。同時(shí)，對(duì)平行鋼絲拉索的錨具部分采用刷涂帶蠟油脂的防腐方法，并通過試驗(yàn)檢驗(yàn)其防腐效果。

1 平行鋼絲拉索索體耐腐蝕技術(shù)研究

根據(jù)拉索的結(jié)構(gòu)特性，針對(duì)平行鋼絲拉索索體耐腐蝕技術(shù)的研究大致可以分為以下4個(gè)階段：①選擇填充防腐材料；②選擇填充方法；③檢驗(yàn)填充效果；④檢驗(yàn)填充防腐材料后平行鋼絲拉索的錨固性能。

1.1 材料選擇

內(nèi)填充材料如果選擇不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)滲油的現(xiàn)象，因此選擇內(nèi)填充材料時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：①良好的防腐性能；②對(duì)鋼鐵、鋅等金屬材料無腐蝕作用；③不析油；④易于清除；⑤成本低。按照以上要求，通過市場(chǎng)調(diào)研，共收集到7種防腐材料，將這7種防腐材料放置在相同的環(huán)境中進(jìn)行綜合性能對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。綜合比較防腐性能、不流淌性能、工藝性及成本后發(fā)現(xiàn)，Kluber K01-298油性蠟的綜合性能最好，因此本文選擇Kluber K01-298油性蠟作為平行鋼絲拉索的填充材料。

1.2 填充方法

采用攪動(dòng)涂覆、壓注和噴淋3種填充方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其中噴淋方法的填充效果最好。噴淋法內(nèi)填充工藝原理如下：將油性蠟熔化后淋到還未收攏的鋼絲束上，由于鋼絲的表面溫度低于蠟的熔點(diǎn)，所以蠟液會(huì)在鋼絲的表面凝結(jié)并形成一層蠟?zāi)?，?dāng)鋼絲束經(jīng)過繞包模時(shí)，在收攏擠壓的作用下，油性蠟即可填滿鋼絲束內(nèi)的間隙。噴淋法工藝原理示意圖見圖1。

1.3 填充質(zhì)量檢驗(yàn)

評(píng)估索體內(nèi)填防腐材料填充的密實(shí)程度需要有一個(gè)合適的檢驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，這是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。關(guān)于索體內(nèi)填防腐材料填充質(zhì)量的檢驗(yàn)方法，目前還沒有制定相關(guān)的規(guī)范。本文將參照標(biāo)準(zhǔn)《索體用PE護(hù)套鋼絞線》（Q/OVM 036—2011）中“第7.2條”所述的防腐潤(rùn)滑脂重量的試驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，并將該測(cè)量方法稱為稱重法。

將稱重法應(yīng)用到平行鋼絲拉索索體填充物的檢驗(yàn)步驟如下：①裁取樣品，測(cè)量樣品軸線的長(zhǎng)度；②用精度不低于1.0 g的量具稱量樣品的重量（W1）；③剖開PE（聚乙烯）護(hù)套，除凈護(hù)套及鋼絲上的填充材料后稱量護(hù)套及鋼絲的重量（W2），則樣品所含填充材料的重量為W3=W1-W2。本試驗(yàn)采用的樣索規(guī)格為OVM 7-109，試驗(yàn)樣索填充量的檢測(cè)結(jié)果見表2。測(cè)試結(jié)果表明，樣索內(nèi)填充材料與索體空隙的體積比≥65％，從樣索的截?cái)嗝婵?，鋼絲間的三角縫隙均已填滿油性蠟，說明采用噴淋法對(duì)鋼絲拉索進(jìn)行油性蠟填充的工藝方案可行，該法能有效地將油性蠟灌注到鋼絲束內(nèi)的空隙中。

1.4 錨固性能檢驗(yàn)

本文采用靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)油性蠟填充對(duì)鋼絲拉索錨固性能的影響。按照常規(guī)工藝，在填充了油性蠟的拉索上裝配冷鑄錨具，制錨前需參照標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB/T 8923.1—2011）中的要求清洗鋼絲的表面，具體方法如下：用AC-M溶劑型金屬清洗劑擦拭鋼絲表面直至目視無可見的油性蠟黏附；用干凈白紙巾擦拭鋼絲表面，紙巾上無油污則視為清洗工序合格。

參照標(biāo)準(zhǔn)《斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件》（GB/T 18365—2001）對(duì)OVM 7-109試驗(yàn)樣索進(jìn)行靜載性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)錨具靜載的要求，證明內(nèi)填油性蠟的鋼絲拉索表面按要求清洗后不會(huì)影響拉索的錨固性能。

2 應(yīng)用實(shí)例

土耳其博斯普魯斯（Bosporus）海峽三橋?yàn)樾崩獞宜鲄f(xié)作體系的公鐵兩用跨海大橋，全橋長(zhǎng)2.16 km，主跨為1 408 m，共有68根吊索，索體防腐方式均采用內(nèi)填充油性蠟。為配合土耳其Bosporus三橋吊索的生產(chǎn)，項(xiàng)目組在驗(yàn)證了索體填充工藝可行的基礎(chǔ)上，研制出適合在生產(chǎn)線批量生產(chǎn)的灌注設(shè)備，該設(shè)備不僅能提高操作的便利性，還提升了對(duì)油性蠟的加熱及保溫功能。

土耳其Bosporus海峽三橋吊索采用克魯勃潤(rùn)滑劑（上海）有限公司生產(chǎn)的Kluber K01-298油性蠟進(jìn)行填充，采用本文新研制的灌注設(shè)備在索體內(nèi)填充油性蠟。填充過程如下：首先在灌蠟工序前約8 h開始加熱熔化油性蠟，加熱爐溫度設(shè)置為120 ℃；其次進(jìn)行噴淋工藝，噴口處油性蠟液的溫度保持在90～100 ℃，當(dāng)溫度低于85 ℃或臘池內(nèi)油性蠟余量不足時(shí)，需及時(shí)添加預(yù)熱熔化的油性蠟；最后將索體絞制成型，并且及時(shí)清理回收絞合模處冗余的油性蠟。

表3為土耳其Bosporus海峽三橋各種規(guī)格的拉索內(nèi)填充量的檢測(cè)結(jié)果，抽樣檢測(cè)結(jié)果表明，采用改進(jìn)的灌注設(shè)備對(duì)索體進(jìn)行油性蠟內(nèi)填充，其填充的密實(shí)度有了提高。同時(shí)，索體內(nèi)填油性蠟后的OVM 7-223、OVM 7-367規(guī)格的平行鋼絲拉索，在美國(guó)權(quán)威的結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)室（Structural and Transportation Laboratory）通過了靜、動(dòng)載性能試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，并且試驗(yàn)后錨頭性能良好，未發(fā)現(xiàn)裂紋或損壞，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

3 平行鋼絲拉索錨具耐腐蝕技術(shù)研究

為了提高對(duì)拉索錨具的防腐保護(hù)，產(chǎn)品出廠前通常會(huì)在錨具表面涂抹一層油脂，但油脂會(huì)造成施工不便，因此施工時(shí)通常會(huì)去除油脂，因此廠家出于施工便利性的考慮，通常僅在錨具的外露部分涂抹油脂。錨具的防腐受限于螺紋的配合間隙，無論是采用熱鍍鋅還是油漆防腐，均會(huì)對(duì)螺紋的旋合產(chǎn)生影響?；谏鲜鲈?，需要尋找一種防腐材料，在起到防腐作用的同時(shí)，既不會(huì)對(duì)施工造成不便，又不會(huì)對(duì)螺紋的旋合產(chǎn)生影響。本文選用的是“福斯”ANTICORIT BW 366帶蠟油脂（以下簡(jiǎn)稱帶蠟油脂），該帶蠟油脂的不流淌性表現(xiàn)優(yōu)異，刷涂后30 min即可形成一層有彈性的固狀防護(hù)蠟保護(hù)層，不會(huì)給施工帶來影響。本文將采用露天暴露跟蹤對(duì)比試驗(yàn)和中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)錨具螺紋區(qū)的帶蠟油脂進(jìn)行防腐效果檢驗(yàn)。

3.1 露天暴露跟蹤對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)對(duì)象為同一根拉索兩端的錨具，將兩端的錨具分別刷涂帶蠟油脂和噴涂油漆后，將螺母旋合1次。采用油漆噴涂的一端經(jīng)過3 d的雨淋后出現(xiàn)了白銹，而采用帶蠟油脂刷涂的一端11個(gè)月后仍未出現(xiàn)白銹，露天暴露跟蹤對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表4。

3.2 中性鹽霧試驗(yàn)

為了驗(yàn)證帶蠟油脂是否可以提高錨具的耐腐蝕性，按照標(biāo)準(zhǔn)《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》（GB/T 10125—2012）進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，選取3個(gè)試塊（依次編號(hào)為S1、S2、S3）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試塊表面的狀態(tài)如下：S1的金屬表面噴涂20～30 μm的鋅易代鍍鋅，再噴涂一層著色漆；S2的金屬表面噴涂10～15 μm的鋅易代鍍鋅，再噴涂一層著色漆；S3刷涂一層帶蠟油脂，再噴涂一層著色漆。用塑膠包裹3個(gè)試塊的棱邊。中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果見表5，試驗(yàn)到120 h時(shí)，S2表面出現(xiàn)紅銹；到348 h時(shí)，S1表面也出現(xiàn)紅銹；到1 000 h時(shí)，S3仍然完好，表面無紅銹產(chǎn)生。試驗(yàn)結(jié)果表明，帶蠟油脂能滿足1 000 h的中性鹽霧試驗(yàn)要求，證明采用刷涂帶蠟油脂的方法能提高錨具螺紋區(qū)的耐腐蝕性，滿足工程使用要求。

4 結(jié)語

本文提出一種平行鋼絲拉索索體與錨具的耐腐蝕技術(shù)。針對(duì)索體部分，采用了內(nèi)填油性蠟的防腐方法，經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)，選擇“克魯勃”K01-298油性蠟作為內(nèi)填充防腐材料，并采用噴淋法進(jìn)行油性蠟的填充；此外，研制了適于批量生產(chǎn)的灌注設(shè)備，該設(shè)備生產(chǎn)的拉索通過了標(biāo)準(zhǔn)《斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件》中對(duì)錨具靜載的要求，并且成功應(yīng)用在土耳其Bosporus海峽三橋工程中，充分驗(yàn)證了該防腐方法的可靠性，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。針對(duì)錨具部分，提出刷“涂福斯”ANTICORIT BW 366帶蠟油脂的防腐方法，并且通過試驗(yàn)證明其可以提高錨具螺紋區(qū)的耐腐蝕性。本文提出的方法為解決橋梁拉索的防腐蝕難題提供了一種新方案，相比其他的防腐方法，本文方法能很好地抵御水、蒸汽、氧氣的侵蝕且材料屬性穩(wěn)定，有助于提高鋼絲拉索的耐久性和安全性，對(duì)保障橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行具有重要意義。

5 參考文獻(xiàn)

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*柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司研發(fā)項(xiàng)目“大跨徑懸索—斜拉協(xié)作體系高性能吊索”（2015006）。

【作者簡(jiǎn)介】譚柳芳，女，廣西柳州人，工程師，研究方向：預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究與應(yīng)用；石偉（通信作者），男，廣西資源人，高級(jí)工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)及路橋工程預(yù)應(yīng)力拉索技術(shù)；田澤旭，女，黑龍江雙鴨山人，研究方向：預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究與應(yīng)用；陸德智，男，廣西靈山人，工程師，研究方向：路橋工程預(yù)應(yīng)力拉索制造工藝技術(shù)；劉丹丹，男，湖南邵陽人，研究方向：預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究與應(yīng)用；經(jīng)鳳明，女，廣西桂林人，高級(jí)工程師，研究方向：預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究與應(yīng)用。

【引用本文】譚柳芳，石偉，田澤旭，等.平行鋼絲拉索耐腐蝕技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（5）：65-68.