钢绞线斜拉索防护应用分析

钢绞线斜拉索防护应用分析

结合现有技术对钢绞线斜拉索自由段、过渡段和锚固段三部分的防护方式进行了研究分析，同时结合当前应用分析了各种防护材料和防腐蚀措施的优劣性，以供参考。

标签：钢绞线斜拉索；防蚀；应用

Abstract： Based on the existing technology， the protection methods of free section， transition section and anchor section of steel strand cable are studied and analyzed. At the same time， in combination with the current application， the advantages and disadvantages of various protective materials and anticorrosion measures are analyzed.

Keywords： steel strand stay cable； anticorrosion； application

前言

斜拉索作為斜拉桥的重要受力构件，保证其安全可靠具有非常重要的意义。从桥梁的耐久性来说，几乎所有的标准或规范都对斜拉桥的使用寿命作了明确的规定。对耗费大量资金的桥梁投资方来说，斜拉索的设计使用寿命应尽可能延长。斜拉索的某些组件可以是短寿命的，比如索导管定位器、减振装置或防腐蚀涂料，这些组件需要定期的维护或更换来达到斜拉索体系的设计寿命。对实施多层防护的斜拉索，其设计目标是使整个生命周期成本最小化。随着大跨度斜拉桥的大量建设，斜拉索的设计寿命提高到了100年甚至120年。为了确保桥梁的安全性，斜拉索腐蚀防护显得尤为重要。

斜拉索结构通常由自由段、过渡段和锚固段三部分组成，桥梁拉索结构受到腐蚀破坏的主要原因有以下几方面：HDPE管的损坏；锚头表面的锈蚀；钢丝表面锈蚀[1]。笔者结合当前设计规范的要求，对拉索设计采取的防护方式进行了研究分析，供大家探讨。

1 自由段的防护

钢绞线斜拉索自由段主要由钢绞线及其保护层组成。国际斜拉索规范即国际混凝土协会发布的fib bulletin 30“Acceptance of stay cable system using prestressing steel”、美国的PTI DC45.1-12“Recommendations for stay cable design，testing and installation”和法国的CIP2002“Cable Stay-Recommendation of French intermiinsterial commission on Prestressing”都对斜拉索主受力筋提出了在设计使用寿命期间免受腐蚀的防蚀系统要求。目前，大量的斜拉索均采用整束钢绞线外加HDPE外护套管的形式，来形成整个自由段的四层防护体系，即钢绞线上的镀锌/环氧层+油性蜡+钢绞线热挤PE护套+HDPE外护套（如图1）。他们的作用分别是：

内层镀锌/环氧涂层直接覆盖钢绞线，对钢绞线起到直接的防腐蚀保护。

油性蜡作为中间层，填充在钢绞线和PE护套之间以及钢绞线每根钢丝空隙中，能够阻止水或水气通过外层进入到内层。油性蜡符合 fib bulletin 30中的要求，其性能如表1。

钢绞线热挤PE护套作为第三层防护，对油性蜡进行包裹和支撑，可以阻止油性蜡直接暴露空气中，保护钢绞线锌层和油性蜡。

HDPE外护套采用具有抗紫外线老化性能的材料，同时外护套管设计有双螺旋线或凹坑等形式，可以抵抗风雨引起的激振，减少振动疲劳带来的拉索损伤。

2 过渡段的防护

过渡段位于锚固段与自由段之间，HDPE外护套管与预埋钢管的连接，斜拉索减振器及防水罩等结构附件安装于此，因锚固段和自由段结构不一样，为了保证整根拉索防腐的连续性，需解决过渡段的防护。从应用分析来看，除在梁端预埋管最低点设置排水孔外，还可以通过以下特殊设计有效防止雨水的进入。

（1）在桥面预埋管口设置防水罩和HDPE连接头，

HDPE连接头通过焊接成为外护套管的有机组成部分，然后套在防水罩外面，防水罩安座于预埋管端部，能有效防止外部雨水进入预埋管内部。利用整体式钢质防水罩，在防水罩附近的外层钢绞线位置增加垫套，垫套材料选择HDPE材料，结构为哈弗扣合式，可以解决钢绞线振动时若碰到钢质预埋管和钢质防水罩产生摩擦而造成的直接疲劳损伤。这样的方式，发生摩擦损伤时，可以先消耗垫套，后期维护发现垫套破坏可以更换垫套。

（2）预埋管内填充防护材料。早期的斜拉索一般采用混凝土或水泥浆对预埋管进行填充，随着技术进步和新型防护材料的出现，聚氨酯发泡剂、防护油脂等作为灌注料对预埋管和拉索之间的空隙进行填充[2]，但上述方式都有各自的弊端，如采用混凝土或水泥浆，由于斜拉索振动会破坏填充浆体的完整性，达不到永久防腐性能，同时，该方法增加了拉索的更换难度。聚氨酯发泡剂由于自身孔隙率较大，有一定的吸水性，达不到密封阻水的效果；而油脂存在高温性能不稳定、易老化变性，钢网分油量大，易产生泄漏而导致吸收水份，油脂的酸败变性使得本身有一定的腐蚀性。上述三种方法对桥梁预埋管内索体都达不到永久防腐的目的。目前，市场上出现的灌注油性蜡或不干性防腐密封胶+聚硫防腐密封胶的方法，从材料性能上是满足填充要求的，但价格也相当的昂贵，由于灌注预埋管内用量非常大，仅灌注材料的费用就很高，而且应用的效果需要时间来考量。综合国内外斜拉桥应用经验，做好斜拉索梁端防水罩的设计，规范安装，有效防止外部水进入拉索索体，梁端预埋管设置排水孔，保证排水畅通从而使拉索内温度变化产生的冷凝水及时排出，保持拉索内环境干燥或低湿度，更方便桥梁运营期间对拉索的检查与保养。

3 锚固段的防护

锚固段的防护分为三个方面来考虑。一是锚具内部的密封防护，二是钢绞线外露部分的防护，三是锚具表面的防腐蚀处理。

（1）锚具内部的密封需要做到：第一，要求拉索锚具本身具有密封性能，必须设计特殊的密封装置，能够经受fib、CIP、PTI规范规定的水密性试验验证[3]。第二，在施工过程中，钢绞线下料时，需根据锚具尺寸、拉索长度及设计索力精确计算剥除PE防护钢绞线HDPE护套的长度，保证钢绞线PE层能进入到锚具锚板与密封装置之间的密封腔内。第三，锚具内灌注防腐填充料，保证填充饱满，目前油性蜡为较优选择。

（2）钢绞线外露部分的防护，采用在外露钢绞线表面和锚具端面涂抹一层防腐油脂或喷涂一层油性蜡，再加盖保护罩，使之与外部环境隔离，达到双层保护的目的。

（3）锚具表面的防腐蚀处理，根据斜拉索使用的环境，即根据ISO12944-2规定腐蚀环境等级（C1-极低腐蚀、C2-低度腐蚀、C3-中度腐蚀、C4-高度腐蚀，C5-极高腐蚀）选择合理的防腐蚀措施，选择的方式有电镀锌、热浸锌、粉末渗锌、电弧喷锌铝或锌和锌粉加涂料等。这几种防腐措施用在锚具上有如下特点，电镀锌形成的锌层薄，通常厚度在10～20um，对夹片和锥孔的配合、螺纹配合没有影响，但防腐性能稍差；粉末渗锌和电弧喷锌铝（锌）的附着力较强，可以根据腐蚀环境确定厚度，防腐性能较好，但对螺纹配合影响较大，螺纹部分厚度以80um为宜，采用这两种方式时需要适当放宽螺纹配合公差，由于这两种方式的锌层表面易形成空隙，需要增加喷涂封闭漆工序；另外，锥孔只能采用涂抹防护油脂的方式防腐。锌粉加涂料的方式，是将锌粉与涂料混合，有研究[4]指出，在锌粉含量为73%～78%时，涂层的附着力最佳，涂层中锌粉的阴极防护作用和涂料的防锈作用能够很好的兼顾，防护性能较强，并且厚度可控，有可能取代电镀锌成为锚具新的防腐措施。

4 结束语

（1）油性密封蜡作为斜拉索用防护材料，可以作为钢绞线中间层或预埋管内填充材料，防腐性能和应用效果较佳，大力推广使用，而新的材料还有待发现和在工程应用中验证。

（2）锚具表面的防腐处理，从防腐效果、工艺和美观方面来看，电弧喷锌铝（锌）是目前的较优选择，而锌粉加涂料的方式在锚具上的应用还没有实例，需进一步研究。

参考文献：

[1]李国芬，陈研，朱华平.南京长江第三大桥斜拉索的防腐系统研究[J].南京

林业大学学报（自然科学版），2006，30（6）：102-104.

[2]冯华，袁培峰.一种新的斜拉桥梁端预埋管填充防腐方法[J].中国工程咨询，2014（3）：65-67.

[3]黃芳玮，黄永玖，庞维林，等.钢绞线拉索锚头内部防腐技术与工艺研究[J].建筑工程技术与设计，2015（12）：15-17.

[4]田东波，高瑾，李晓刚，等.锌防护层修复涂料组分对防护性能的影响[J].中国有色金属学报，2015（4）：982-989.

[5]尹希林.浅议预应力钢绞线伸长量计算方法及施工技术[J].科技创新与应用，2012（18）：35-36.

[6]张建康，张彦涛.预应力钢绞线伸长值的计算与偏差控制[J].科技创新与应用，2017（07）：237.

[7]赵剑琪.预应力钢绞线82B质量缺陷分析与改进措施[J].科技创新与应用，2017（09）：120.