2.2國內(nèi)懸索橋主纜的涂裝體系
20世紀(jì)90年代以來,我國的懸索橋建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,先后建成了汕頭海灣大橋、西陵長江大橋、虎門大橋、江陰長江大橋、廈門海滄大橋、宜昌長江大橋和潤揚長江大橋等10余座大跨徑懸索橋。國內(nèi)懸索橋主纜腐蝕防護(hù)基本上采用“防腐膩子+纏繞鋼絲+外防護(hù)涂層”的方法,不同之處在于膩子材料不同和外層涂料系統(tǒng)組成的差異。國內(nèi)懸索橋主纜涂裝體系主要采用5種防腐涂裝體系:①江陰長江大橋主纜涂裝體系采用的是歐美技術(shù),纏絲前采用的油性鋅粉密封膏對主纜鋼絲有陰極保護(hù)作用,但缺點是其密度達(dá)7000~8000kg/m3,對主纜的增質(zhì)量較大,而且粘接性也較差。另外,在經(jīng)過纏絲后采用重防腐涂料進(jìn)行外層防護(hù),在理論上是可行的,但是圓形鋼絲纏絲不可避免會出現(xiàn)不均勻縫隙,因此涂料不能達(dá)到完全有效防護(hù)。香港青馬大橋也出現(xiàn)過類似問題,即主纜表面局部有涂膜開裂脫皮的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致主纜個別部位進(jìn)水,維修保養(yǎng)任務(wù)較重;②虎門大橋主纜防腐方案在世界上是比較獨特的,在纏絲前后均采用了一種美國進(jìn)口的聚氨酯膩子,防護(hù)總厚度達(dá)到5cm,形成了一個整體的橡膠防護(hù)層,具有較高的防護(hù)等級;③潤揚大橋主纜涂裝體系與日本的來島大橋相同,同時采用了S型鋼絲纏絲加裝送干燥空氣除濕系統(tǒng),可有效地除去主纜空隙中的水分,維持主纜內(nèi)部空氣相對濕度在40%以下,從而達(dá)到防腐的目的;④北京航空材料研究院(BIAM)從1995年汕頭海灣大橋開始,利用其獨有的航空密封材料技術(shù),開發(fā)了一套系統(tǒng)全面的主纜防護(hù)涂裝體系,主要結(jié)構(gòu)為“不干性密封膏+纏絲+聚硫橡膠包覆層+881系統(tǒng)重防腐涂裝材料”,索夾等結(jié)構(gòu)縫隙采用聚硫橡膠密封劑做防水密封。該體系在近10年的時間內(nèi)已成功應(yīng)用于國內(nèi)新建造的20余座懸索橋,從材料和工藝來看,技術(shù)較成熟,能夠滿足主纜防護(hù)技術(shù)的要求;⑤豐都長江大橋采用涂刷瀝青涂料+包裹玻璃絲布、隔熱材料+包裹鋼絲網(wǎng)水泥外防護(hù)層的主纜防護(hù)體系;桂林麗君橋主纜采用PE護(hù)套防護(hù)。國內(nèi)懸索橋主纜的涂裝體系見表2[5]。
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3主纜防腐涂裝體系存在的問題
國內(nèi)懸索橋主纜腐蝕防護(hù)最常采用的是圓鋼絲纏繞涂層防護(hù)法,但是涂層的干裂以及圓鋼絲纏繞層的裂縫使得主纜的防腐效果達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo),甚至導(dǎo)致主纜鋼絲發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。要使圓鋼絲纏繞涂層防護(hù)法成為一種行之有效的主纜防護(hù)方法,必須解決圓鋼絲的間隙問題以及外防護(hù)涂層的固化問題。
懸索橋主纜鋼絲的腐蝕是由于施工中或竣工后滲入的水分引起的,水分在主纜內(nèi)因外界氣溫上升而汽化、因外界氣溫下降而在主纜表面大范圍凝結(jié),這種易生銹狀態(tài)反復(fù)進(jìn)行便會導(dǎo)致主纜的腐蝕[7]。防護(hù)膩子容易出現(xiàn)開裂和氧化等現(xiàn)象,嵌縫材料直接暴露于大氣中易產(chǎn)生老化開裂現(xiàn)象,外表面涂裝材料在空氣中也容易出現(xiàn)老化開裂,空氣中的水分容易通過這些開裂位置及鋼絲纏繞層的裂縫侵入主纜內(nèi),導(dǎo)致主纜鋼絲腐蝕,而傳統(tǒng)的腐蝕防護(hù)技術(shù)無法解決這個問題[8-10]。
4懸索橋主纜除濕防腐系統(tǒng)
傳統(tǒng)的防腐方法無法從本質(zhì)上阻止腐蝕的發(fā)生,只是減緩了腐蝕的速度;要阻止主纜鋼絲腐蝕的發(fā)生,只有將主纜內(nèi)的水分排出,才能確保主纜內(nèi)的空氣環(huán)境不會引起鋼絲腐蝕。主纜除濕系統(tǒng)通過向主纜內(nèi)輸送干燥空氣將主纜的水分排出,其原理是降低主纜內(nèi)部的相對濕度,使主纜處于一個相對封閉、干燥的環(huán)境中,避免主纜內(nèi)的鋼絲銹蝕[11-14]。我國潤揚長江公路大橋的主纜是由直徑5.3mm的鍍鋅鋼絲組合而成的,其間有20%左右的空隙,主纜外表設(shè)有密閉護(hù)套層[15]。主纜除濕系統(tǒng)通過送氣管和送氣罩將干空氣注入主纜鋼絲空隙,干空氣在主纜空隙內(nèi)流動,降低主纜空隙內(nèi)的空氣濕度,最后干空氣變成濕空氣從排氣罩排出。主纜護(hù)套層將干燥的主纜內(nèi)部環(huán)境與外界大氣隔離,保持主纜內(nèi)干燥狀態(tài)。主纜除濕系統(tǒng)工作流程為:粗過濾空氣→精過濾處理→除濕機(jī)除濕→高壓風(fēng)機(jī)送風(fēng)→冷卻→送氣管輸氣→送氣罩送氣→主纜內(nèi)除濕→排氣罩排氣。主纜除濕系統(tǒng)工作流程見圖2。
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5結(jié)語
懸索橋主纜腐蝕是個世界性的難題,國內(nèi)外主纜防腐涂裝體系主要采用“防腐膩子+纏繞鋼絲+外防護(hù)涂層”的防護(hù)結(jié)構(gòu),由于防護(hù)膩子、嵌縫材料和外涂裝材料容易出現(xiàn)老化開裂,致使后期的維護(hù)費用非常昂貴。美國和日本對多座懸索橋主纜進(jìn)行檢查,主纜均發(fā)生了嚴(yán)重腐蝕,說明主纜防腐涂裝體系防腐效果不太理想,其原因是主纜防腐涂裝體系無法除去主纜內(nèi)部的水分。
主纜防腐涂裝體系雖然短期內(nèi)有效,但是沒有徹底解決防腐問題。日本從20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行主纜除濕防腐系統(tǒng)的研究,并在明石海峽大橋、來島海峽大橋上安裝了主纜除濕防腐系統(tǒng),實踐證明主纜除濕防腐系統(tǒng)能阻止主纜鋼絲腐蝕。主纜除濕防腐系統(tǒng)是懸索橋主纜鋼絲防腐新技術(shù),我國是世界纜索橋梁發(fā)展最快的國家,目前國內(nèi)主纜除濕防腐技術(shù)還只能靠全套引進(jìn)設(shè)備和技術(shù),因此有必要進(jìn)行相關(guān)的研究。要阻止懸索橋主纜發(fā)生腐蝕現(xiàn)象,應(yīng)采用主纜防腐涂裝體系和主纜除濕防腐系統(tǒng)相結(jié)合的方法。
彭關(guān)中,繆小平,范良凱,賈代勇,隋魯彥,何明來
(解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院,南京210007)
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