博士课程论文缆索防腐技术探究.pptx

主要内容主要内容v第第1 1章章 背景背景v第第2 2章章 桥梁缆索种类桥梁缆索种类v第第3 3章章 缆索结构的防护缆索结构的防护v第第4 4章章 缆索防护关键技术缆索防护关键技术v第第5 5章章 结语结语2024年10月8日缆索防腐技术探究第第1章章 引言引言悬悬索索桥桥、斜斜拉拉桥桥和拱拱吊吊桥桥等是目前应用较多的大跨度桥梁结构，而大跨度桥梁的缆索结构缆索结构又是悬索桥、斜拉桥和拱吊桥的主要承重结构主要承重结构。2024年10月8日缆索防腐技术探究第第1章章 背景背景1.1.悬索桥悬索桥旧金山大桥旧金山大桥湖南省悬索吊桥湖南省悬索吊桥2024年10月8日缆索防腐技术探究第第1章章 背景背景2.2.斜拉桥斜拉桥苏通大桥苏通大桥2024年10月8日缆索防腐技术探究3.3.拱吊桥拱吊桥第第1章章 背景背景复兴大桥复兴大桥2024年10月8日缆索防腐技术探究第第1章章 背景背景 长期暴露在风雨、潮湿和污染空风雨、潮湿和污染空气的环境中气的环境中，并承受诸如风荷载、行车车辆荷载等动载和自身重力、附属结构物等静载，既有应力腐蚀、疲劳应力腐蚀、疲劳腐蚀，又有金属腐蚀腐蚀，又有金属腐蚀。一旦缆索系统发生腐蚀破坏，其后果将不可设想。为了保证桥梁和缆为了保证桥梁和缆索结构的安全，必须对缆索进行防腐索结构的安全，必须对缆索进行防腐保护。保护。4.4.腐蚀成因腐蚀成因2024年10月8日缆索防腐技术探究第第2章章 桥梁缆索种类桥梁缆索种类桥梁缆索种类桥梁缆索种类斜斜拉拉桥桥用用斜斜拉拉索索缆索用途缆索用途缆索材料缆索材料锚固结构锚固结构悬悬索索桥桥用用吊吊索索拱拱桥桥用用吊吊索索锚锚固固索索预预制制钢钢丝丝组组合合索索施施工工用用锚锚固固索索检检修修用用扶扶索索平平行行钢钢丝丝索索钢钢绞绞线线索索钢钢丝丝绳绳索索冷冷铸铸镦镦头头锚锚索索热热铸铸锚锚索索夹夹片片锚锚索索根据目前工程所使用情况来看，主要按照用途用途、材料材料和锚固结构锚固结构3种来分类。2024年10月8日缆索防腐技术探究第第3章章 缆索结构的防护缆索结构的防护缆缆索索结结构构的的防防护护悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护主缆腐蚀防护机理主缆腐蚀防护机理斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护拱吊桥吊杆索防护拱吊桥吊杆索防护锚具结构的防护锚具结构的防护国外悬索桥主缆的涂装体系国外悬索桥主缆的涂装体系国内悬索桥主缆的涂装体系国内悬索桥主缆的涂装体系主缆除湿防腐系统主缆除湿防腐系统斜拉索防腐机理斜拉索防腐机理国外斜拉索防腐国外斜拉索防腐 索体的防腐索体的防腐斜拉索防腐探讨斜拉索防腐探讨国内斜拉索防腐国内斜拉索防腐吊索结构防腐技术吊索结构防腐技术锚具结构的防护锚具结构的防护2024年10月8日缆索防腐技术探究3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护3.1.1 主缆防腐必要性主缆防腐必要性 悬索桥是目前跨越能力最大的一种桥梁结构形式，其设计寿命一般为100年，主要由主塔、锚碇、鞍座、主缆、吊索、桥面承载梁体及附件构成。主缆长期暴露在大气环境中，经受着各种不利环境的侵蚀，导致主缆钢丝易产生锈蚀。主缆钢丝腐蚀会严重危及到悬索桥的安全性，因腐蚀会减少有效的索股面积和强度。因此，主缆的寿命直接影响甚至决定着悬索桥的使用年限，如如何何保保证证主主缆缆的耐久性至关重要，因此其防腐涂装倍受关注的耐久性至关重要，因此其防腐涂装倍受关注。2024年10月8日缆索防腐技术探究3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护3.1.2 主缆腐蚀机理主缆腐蚀机理悬悬索索桥桥主主缆缆防防腐腐涂涂装装体体系系普遍采用的技术是:钢丝出厂前进行镀锌处理，主缆成形后通过“防防腐腐腻腻子子+缠缠绕绕钢钢丝丝+外外防防护护涂涂层层”的方式来进行防腐，这种主缆防护体系实际上是通过对主缆外层进行密封包裹来防防止止水水分分侵侵入入其内部以达到防腐蚀目的。主缆外层防护结构示意图主缆外层防护结构示意图2024年10月8日缆索防腐技术探究3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护国家国家桥梁名称桥梁名称主缆涂装体系主缆涂装体系建成时间建成时间美国布鲁克林大桥 铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+铅基涂料1883 年美国金门大桥铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+铅基涂料1937 年美国韦拉扎诺桥铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+铅基涂料1964 年丹麦小贝尔特桥锌腻子+圆形钢丝缠丝+涂料1970 年日本若户大桥铬酸锌腻子+圆形镀锌钢丝缠绕+醇酸类涂装1973 年德国汉堡大桥铅丹腻子+圆形钢丝缠丝+底涂+环氧树脂涂料1979 年日本大鸣门桥铅酸钙高分子有机铅+圆形镀锌钢丝缠绕+环氧树脂+聚氨酯树脂面涂1985 年日本下津井濑户大桥铅酸钙类密封膏+圆形镀锌钢丝缠绕+环氧树脂底涂+聚氨酯树脂面涂+双组分聚硫密封剂罩面1988 年日本明石海峡大桥圆形镀锌钢丝缠绕+胶粘剂+橡胶底涂+弹性氯丁橡胶带半搭接包覆+氯磺化聚乙烯涂装+主缆内干燥空气送气除湿1998 年瑞典高海岸桥锌腻子+圆形钢丝缠丝+涂料1997 年丹麦大贝尔特桥锌腻子+圆形钢丝缠丝+涂料1998 年日本安芸滩桥S形钢丝缠丝+软性涂料+主缆内干燥空气送气除湿2000 年美国塔科马海峡新桥锌聚合物+圆形钢丝缠丝+弹性涂料2007 年日本丰岛大桥S形钢丝缠丝+软性涂料+主缆内干燥空气送气除湿2008年3.1.3 国外悬索桥主缆涂装体系国外悬索桥主缆涂装体系2024年10月8日缆索防腐技术探究3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护3.1.3 国外悬索桥主缆涂装体系国外悬索桥主缆涂装体系随着技术的不断进步，涂料体系的性能越来越优异，20世纪90年代，发展了防腐性能优异的含锌、干性油和体质颜料的腻子，进而又发展了磷酸铝型密封膏。在此期间，主缆缠绕钢丝后的外防护涂料涂装也得到了不断的更新换代。目前主缆的涂料涂装一般采用环环氧氧树树脂脂涂涂料料做做底底涂涂层层和中中间间涂涂层层、聚聚氨氨酯酯涂涂料料做做面面涂涂层层，也有直接采用橡橡胶胶包包覆覆带带缠缠绕绕而不用涂料的方法。2024年10月8日缆索防腐技术探究3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护3.1.4 国内悬索桥主缆涂装体系国内悬索桥主缆涂装体系到目前为止，国内悬索桥主缆涂装体系主缆涂装体系主要采用以下5种防腐涂装体系：（1）借鉴欧美技术，缠丝前采用油性锌粉密封膏油性锌粉密封膏对主缆钢丝进行阴极保护。（2）在缠丝前、后均采用一种美国进口的聚聚氨氨酯酯腻腻子子，形成一个整体的橡胶防护层。（3）采用S型钢丝缠丝加装送干燥空气除湿系统钢丝缠丝加装送干燥空气除湿系统。（4）“不不干干性性密密封封膏膏+缠缠丝丝+聚聚硫硫橡橡胶胶包包覆覆层层+881系系统统重重防防腐腐涂涂装装材材料料”体系，索夹等结构缝隙采用聚硫橡胶密封剂做防水密封。（5）“涂涂刷刷沥沥青青涂涂料料+包包裹裹玻玻璃璃丝丝布布、隔隔热热材材料料+包包裹裹钢钢丝丝网网水水泥泥外外防防护护层层”的主缆防护体系。2024年10月8日缆索防腐技术探究3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护桥梁名称桥梁名称主缆涂装体系主缆涂装体系建成时间建成时间汕头海湾大桥聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+环氧、聚氨酯涂料涂装1995年西陵长江大桥聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+环氧、聚氨酯涂料涂装1996年广东虎门大桥聚氨酯密封剂+圆形钢丝缠丝+聚氨酯密封剂+聚氨酯涂料涂装1997年香港青马大桥红丹腻子+圆形钢丝缠丝+底漆+磷酸锌酯类环氧漆+酚醛面漆1997年丰都长江大桥涂刷沥青涂料+包裹玻璃丝布、隔热材料+包裹钢丝网水泥外防护层1997年厦门海沧大桥聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装1999年江阴长江大桥锌粉腻子+圆形钢丝缠丝+环氧、水性、酚醛、醇酸类涂料涂装1999年重庆鹅公岩长江大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2000年宜昌长江大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2001年忠县长江大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2001年桂林丽君桥热挤 PE 护套2001年润扬长江大桥1490S型钢丝缠丝+柔性环氧、含氟聚氨酯涂料涂装+主缆除湿系统2004年广州珠江黄埔大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+密封剂+环氧、聚氨酯涂料涂装2008年四渡河大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+环氧云铁+密封剂+聚氨酯面漆2009年西堠门大桥磷化底漆+聚异丁烯腻子+圆形钢丝缠丝+磷化底漆+环氧云铁+密封剂+聚氨酯面漆2009年3.1.4 国内悬索桥主缆涂装体系国内悬索桥主缆涂装体系2024年10月8日缆索防腐技术探究3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护3.1.5 主缆除湿系统主缆除湿系统主缆除湿系统工作流程主缆除湿系统工作流程:粗过滤空气精过滤处理除湿机除湿高压风机送风冷却送气管输气送气罩送气主缆内除湿排气罩排气。主缆除湿系统的工作流程主缆除湿系统的工作流程2024年10月8日缆索防腐技术探究悬索桥主缆防护小结悬索桥主缆防护小结:主主缆缆除除湿湿防防腐腐系系统统是悬索桥主缆钢丝防腐新技术，我国又是世界缆索桥梁发展最快的国家，目前国内主缆除湿防腐技术还只能靠全套引进设备和技术，因此有必要进行相关的研究。要阻止悬索桥主缆发生腐蚀现象，应采用主主缆缆防防腐腐涂涂装装体体系系和主主缆缆除除湿湿防腐系统防腐系统相结合的方法。3.1.6 主缆防护主缆防护小结小结3.1 悬索桥主缆防护悬索桥主缆防护2024年10月8日缆索防腐技术探究3.2 斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护3.2.1 斜拉索防腐必要性斜拉索防腐必要性现代斜拉桥由于跨度较大、造型美观、施工方便等原因，越来越受到各国的青睐。其中，斜拉索是斜拉桥的主要承重传力构件，它主要由高强度钢丝（钢绞线）束和锚具组成。由于斜拉索所处的环境和受力情况复杂，钢丝索体和锚具很容易受到腐蚀破坏，从而导致斜拉索锈蚀，直导致斜拉索锈蚀，直接影响到桥梁的结构安全与使用寿命接影响到桥梁的结构安全与使用寿命。随着我国经济的迅速发展，对交通运输能力要求的不断提高，大量斜拉桥的老化和功能退化已呈加速趋势。因此，斜拉桥斜拉索的防腐保护斜拉桥斜拉索的防腐保护举措的实施显得尤为重要举措的实施显得尤为重要。2024年10月8日缆索防腐技术探究3.2.2 斜拉索防腐机理斜拉索防腐机理3.2 斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护引起斜拉索腐蚀的常见因素有空空气气、水水、氯氯离离子子以及持持续续作作用用于于高高强强钢钢丝丝的的拉拉应应力力等，这些因素都会引起钢材腐蚀，产生应力腐蚀裂缝和氢化断裂。在斜拉索钢丝中的合金元素、渗碳体及其它杂质往往构成阴极，铁元素构成阳极，当斜拉索表面凝结吸附水汽而形成水膜时，就构成了无数微电池，空气中的氧、二氧化硫及二氧化碳等还会不断地溶解到水膜中去，促进铁元素电离，加快钢材的腐蚀速度，最终致使斜拉索被腐蚀最终致使斜拉索被腐蚀。对对基基材材钢钢丝丝的的防防护护。主要方式是对高强度钢丝表面实施热镀锌工艺或环氧材料涂层工艺，对钢丝本体进行表面保护，防止锈蚀。腐腐蚀蚀原原因因对对整整个个索索体体的的保保护护。主要方式是对钢丝束和钢绞线热挤高密度聚乙烯（PE）护套，或外套PE管防护，依靠PE材料气密性、水密性、抗紫外线性能好的特点，达到防护效果。腐腐蚀蚀防防护护2024年10月8日缆索防腐技术探究3.2.3 国外斜拉索防腐国外斜拉索防腐3.2 斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护斜拉索种类斜拉索种类封闭索封闭索平行钢丝索平行钢丝索平行钢绞线平行钢绞线高强粗钢筋索高强粗钢筋索防护方法封闭索防护封闭索防护平行索用塑料罩套防护平行索用塑料罩套防护采用聚乙烯管、钢管、铝管，其间压注水泥浆，采用聚乙烯管、钢管、铝管，其间压注水泥浆，或防锈脂、防锈油的防护或防锈脂、防锈油的防护采用预应力混凝土索套防护采用预应力混凝土索套防护采用聚氨脂、锌铬酸混合液作涂料，起到良好采用聚氨脂、锌铬酸混合液作涂料，起到良好的防护效果的防护效果2024年10月8日缆索防腐技术探究3.2.4 国内斜拉索防腐国内斜拉索防腐3.2 斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护国内主要采用国内主要采用2种防护方式种防护方式：一种是用热热挤挤高高密密度度聚聚乙乙烯烯（PE）防护的半半平平行行钢钢丝丝索索配以冷铸墩头锚系统的钢丝斜拉索；另一种是平平行行钢钢绞绞线线索索，采用单根钢绞线张拉夹片群锚体系。半平行钢丝拉索半平行钢丝拉索平行钢丝线拉索平行钢丝线拉索2024年10月8日缆索防腐技术探究3.2.4 国内斜拉索防腐国内斜拉索防腐3.2 斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护索体结构索体结构基本防护基本防护外层防护外层防护半平行钢丝索热镀锌钢丝热挤黑PE高密度聚乙烯热镀锌钢丝热挤PE+PU高密度聚氨脂热镀锌钢丝热挤黑PE+彩色PE平行钢绞线索钢绞线+油脂或石蜡+热挤PEHDPE套管镀锌钢绞线+油脂或石蜡+热挤PEHDPE套管环氧涂层钢绞线HDPE套管两种索体结构的防护比较两种索体结构的防护比较2024年10月8日缆索防腐技术探究3.2.5 斜拉索防腐探讨斜拉索防腐探讨3.2 斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护 基于前面介绍的斜拉索防腐措施，从以下4方面来探讨目前斜拉索防腐体系存存在在的的问题问题及斜拉索的发展斜拉索的发展。存在的问题存在的问题改进措施改进措施在热挤HDPE护套的成型过程中，存在以下问题：1、附加的螺旋筋或压花易变形；2、索股变形。严格控制工艺的各个流程，出现问题及时处理，以减少斜拉索热挤HDPE护套的缺陷。热挤HDPE护套老化问题。针对不同环境选择不同性能的HDPE，同时在HDPE中引入抗氧剂来提高其对热老化的抵抗能力。水对斜拉索中钢丝的影响。严格控制拉索密封措施。自重大，跨越能力小。开发斜拉索新型材料应用研究。2024年10月8日缆索防腐技术探究斜拉索防护小结斜拉索防护小结:腐蚀会影响斜拉索的耐久性和安全性，直接关系到斜拉桥的运营安全。目前采用的以工业化热挤高高密密度度聚聚乙乙烯烯防防护护套套为核心的斜拉索防腐体系还需不断改进和完善。随着斜拉桥建造技术的进步和发展，对斜拉索防腐技术也提出了更高的要求，新新技技术术、新新材材料料、新新工工艺艺也在不断开发、应用，相信斜拉索防腐技术将会得到更大的进步与发展。3.2.6 斜拉索防护斜拉索防护小结小结3.2 斜拉桥斜拉索防护斜拉桥斜拉索防护2024年10月8日缆索防腐技术探究3.3.1 吊杆索防腐简介吊杆索防腐简介3.3 拱吊桥吊杆索防护拱吊桥吊杆索防护吊杆索结构基本上与斜拉索相同，索体材料主要有热镀锌高强度钢丝、钢绞线、钢丝绳。吊吊索索一一般般采采用用与与斜斜拉拉索索相相类类似似的的防防护护形形式式。骑跨式结构的钢丝绳吊索因结构原因，只能采用涂料涂装防护。为了保证吊索的安全使用和桥梁安全营运，最最常常用用的的是是在金属表面覆盖一层坚固的、有防腐蚀功能的保护膜，根据组件的结构特点，分别采取有效措施，提高索体、锚具及连接结构的防腐蚀能力。2024年10月8日缆索防腐技术探究3.3.2 索体防腐索体防腐3.3 拱吊桥吊杆索防护拱吊桥吊杆索防护目前在吊索索体防腐蚀中应用较多的，一是采用特殊涂料涂装形成外保护层；二是采用高密度聚乙烯(PE)套管密封形成保护套。大桥名称大桥名称防蚀方式防蚀方式索体结构索体结构防蚀结构防蚀结构广东汕头大桥涂料涂装钢丝绳881D环氧底漆/881YM聚氯酯面漆宜昌石陵大桥涂料涂装钢丝绳881D环氧底漆/881YM聚氯酯面漆广东虎门大桥涂料涂装钢丝绳Amercoat 68HS底漆/MaxiFlexHD防水漆/Amershi eld聚氯酯面漆江苏江阴大桥双层PE挤塑钢丝绳或平行钢丝束缠包带缠包/内层黑PE挤塑/外层彩色PE挤塑厦门海伦大桥双层PE挤塑钢丝绳或平行钢丝束缠包带缠包/内层黑PE挤塑/外层彩色PE挤塑重庆鹅公岩大桥双层PE挤塑钢丝绳或平行钢丝束缠包带缠包/内层黑PE挤塑/外层彩色PE挤塑2024年10月8日缆索防腐技术探究3.3.2 索体防腐索体防腐3.3 拱吊桥吊杆索防护拱吊桥吊杆索防护除钢丝绳、钢绞线、平行钢丝束外，热热塑塑高高密密度度聚聚乙乙烯烯(PE)套筒是目前应用较多的一种防腐蚀方法。索体结构索体结构PE防护剖面图防护剖面图2024年10月8日缆索防腐技术探究3.3.3 吊索防腐技术吊索防腐技术3.3 拱吊桥吊杆索防护拱吊桥吊杆索防护吊索防腐问题已开始引起专业人士重视,，有些悬索桥在成桥后，对吊索结构增加了一些特殊的改进措施，有的在在接接长长筒筒口口与与索索体体之之间间用用PE热热塑塑防防护护帽帽阻阻断断水水流流；在在接接长长筒筒内内填填充充油油脂脂阻阻断断水水渗渗入入；在在锚锚固固防防护护筒筒口口用用玻玻璃钢制模密封等璃钢制模密封等，其中一些措施已初见效果。其他已探讨和尝试过的密封方法还有：用橡胶自粘带、热收缩带、醋酸乙烯带等密密封封接接长长筒筒和和索索体体；用专专用用真真空空电电缆缆接接头头密密封封连连接接结结构构；向索体内注入性能稳定的防腐填空物注入性能稳定的防腐填空物等。目前这些方法尚在试验之中。2024年10月8日缆索防腐技术探究3.4 锚具结构的防护锚具结构的防护锚具具有不同的类型，各种锚具都有不同的结构特点，主要是承载形式和锚固形式的差别。详细分类见下表。项目项目支承型、拉杆型支承型、拉杆型螺母型螺母型叉耳型叉耳型锚固方式热铸锚、夹片锚冷铸墩头锚、夹片锚热铸锚接长筒改进锚口受力状态改进锚口受力状态接长筒填充冷铸料或聚氨酯等填料冷铸料或聚氨酯等填料过渡结构橡胶紧固件或热缩套等橡胶紧固件或热缩套等辅助措施端口密封密封胶、防腐胶带防水盖、密封圈锚固护筒防腐料填充、密封胶防腐料填充、密封胶防水盖、密封圈锚具镀锌、涂料涂装、涂油脂镀锌、涂料涂摸镀锌、涂料涂装锚具端部尾端加盖密封尾端加盖密封密封、涂料涂装锚具类型及特点锚具类型及特点2024年10月8日缆索防腐技术探究第第4章章 缆索防护关键技术缆索防护关键技术正确合理正确合理进行进行防腐蚀防腐蚀研究和研究和设计设计是是重要环节。重要环节。缆缆索索防防护护关关键键技技术术防防腐腐蚀蚀涂涂料料长期以来一直是简单方便的防腐蚀方法，它不仅防止结构腐蚀，而且具有美化外观的作用。外套外套是电线、电缆行业沿用的一种有效的防腐蚀方法，而且还兼有美观作用。制造技术工艺和工装设备制造技术工艺和工装设备是影响防护效果的重要因素。密封材料密封材料是解决大气、水环境腐蚀的有效措施之一。新型材料、新技术和新工艺新型材料、新技术和新工艺的开发是缆索防腐另一种有效手段。有必要进一步开发缆索无损跟踪检测技术缆索无损跟踪检测技术以便及时发现和解决问题，避免造成不必要的损失。2024年10月8日缆索防腐技术探究第第5章章 结语结语目前，缆索的防护仍然是以钢丝防护、外套防护以及涂料涂装、油脂和其他耐腐蚀材料填充为主，通过密封、填充的方式隔绝和阻止腐蚀源渗入钢丝等金属本体，防止缆索腐蚀破坏。由于缆索主要承受动荷载，新的结构防护和密封防护方案应结合缆索的动、静载试验，检验防护成果和实施工艺。主缆缆索、斜拉索、系杆索和吊索等因腐蚀破坏失效，造成桥桥梁梁事事故故的例子较多。因此，对于营运中的桥梁仍要重视防护，要推广应用先先进进的的桥桥梁梁缆缆索索检检测测和监监测测技技术术，及时检查斜拉索和吊索的钢丝腐蚀钢丝腐蚀和断丝问题断丝问题。由此可见由此可见,桥梁桥梁缆索缆索的防腐的防腐技术研究技术研究对在役对在役桥梁桥梁的运营和安全的运营和安全尤为重要，不容忽视！尤为重要，不容忽视！安安全全第第一一必必须须重重视视谢谢大家！谢谢大家！