桥梁缆索构件的养护与病害处置分析

桥梁缆索构件的养护与病害处置分析

赵明辉

宁波市市政设施中心 浙江省宁波市 315010

摘要：我国国土面积广大，且江河众多。桥梁作为江河交通的枢纽起着举足轻重的作用。而随着我国工程技术的发展，不同型式的桥梁数目猛增，桥梁的养护压力随之剧增，因此提升桥梁的养护效率有极大的实际价值。本文主要通过目前主流的索承式桥梁结构的主要承载构件的病害机理进行较为详细的分析，并提出相应的养护意见。

关键词：桥梁缆索；桥梁养护；病害处理

近年来，我国工程技术发展迅速，为了方便交通在长江与黄河架设了许多索承式桥梁，缆索包括了斜拉索、吊杆、主缆、系杆，是索承式桥梁的主要承载构件，对于环境的变化也较为敏感。在江海等较为恶劣的工作环境下，尤其存在污染的区域，缆索构件暴露在外，极易出现腐蚀、疲劳破坏，从而造成巨大的经济损失与人民的生命财产危险。

1 桥梁缆索病害主要原因

1.1 护套损坏

在桥梁的施工阶段由于保护措施的不足，索体护套可能出现损伤，而运营阶段，护套体系受到长时间的阳光暴晒、早晚气温的变化、腐蚀介质以及受到风力或震动的影响，护套发生老化至出现大量的微孔、裂纹，进而发展为裂缝乃至开裂破损。而护套的破损会导致钢丝直接与外界的空气雨水等腐蚀介质直接接触，加速腐蚀进程。根据实验分析，当护套出现老化破损之后，内部钢丝的腐蚀程度会随之加剧，实验分析表明由于重力因素的影响，雨水会在破损处下方出现沉积，腐蚀介质的浓度较高，钢丝的腐蚀进程加速。

1.2 缆索锚具锈蚀

拉索与桥梁主体的连接需要锚具，而锚具与拉索的锚固区需要去除钢索的外在护套，因此锚具结构更容易发生雨水出现沉积的现象。而锚具锈蚀的不断累积将继续引起端部钢丝锈蚀，最终极大地威胁缆索的安全性。

2 缆索钢丝腐蚀病害机理

通过上述分析缆索病害的直接原因主要是钢丝腐蚀，腐蚀的进程容易受到环境与材料因素的影响。温度、湿度以及腐蚀介质的构成，甚至外力影响下的应力状况都会带来缆索腐蚀状况的变化，具体将腐蚀情况分为两种。

2.1 化学腐蚀

化学腐蚀是金属与腐蚀介质中的氧化剂发生了氧化反应，是存粹的化学变化过程。就缆索能够接触的腐蚀介质而言，危害最小的是干燥气体，干燥的空气对于钢丝的腐蚀速率很慢。而在高温天气，受到气温影响，空气与金属物质的化学性质更加活泼，出现高温氧化腐蚀。在一些污染区域，空气中含有较多的硫与卤族元素，这一类介质的腐蚀速度与钢丝的金属性质密切相关。总体而言，虽然化学腐蚀对桥梁缆索的腐蚀效果没有电腐蚀严重，但是化学腐蚀中出现的氧化、脱碳、氢蚀、硫化现象对于钢丝性能的损伤是极为严重的。

2.2 电腐蚀

金属在腐蚀介质中出现电化学腐蚀现象是金属腐蚀的主要因素，在腐蚀过程中会出现腐蚀电流，且服从电化学动力学规律。电化学腐蚀包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀,，缆索钢丝腐蚀损伤主要表现为吸氧腐蚀。溶液中的中性氧分子在阴极上还原反应引起的电化学腐蚀。多因阴极过程由于氧的扩散困难受阻滞，或受阴极反应过程阻滞所致，金属在中性或碱性水溶液中的腐蚀就属于吸氧腐蚀。

2.3 力学干预下的腐蚀

除了化学反应下的腐蚀外，还存在物理因素导致的应力腐蚀，在外力干预下的腐蚀现象的危害性极大，它造成的腐蚀结果表现为表面出现细微的腐蚀裂纹，这种局部腐蚀的危害极大，细微的损伤不但不易检查出来，并且对于缆索的力学性能带来的损伤确是所有腐蚀结果中最严重的。局部腐蚀的现象的成因有许多，比如化学腐蚀与电腐蚀，但是最为典型的局部腐蚀还是在应力腐蚀与摩振腐蚀中出现。应力腐蚀与上文所说的化学腐蚀、电化学腐蚀等的不同之处在于受到了应力的影响。而应力作用是桥梁结构缆索腐蚀损伤较之其他结构更为严重的主要原因，不稳定的应力作用长期于缆索，极易出现应力腐蚀，是力学影响与腐蚀现象相互影响的结果，这二者是相互促进的。由于应力作用，钢丝可能出现极为细微的裂纹，这样的裂纹对于钢丝的力学性能影响过程较慢，但是由于腐蚀现象的存在，细微的裂纹也会出现腐蚀，腐蚀会加速钢丝力学性能的变化，进而对应力的作用更加敏感，二者相互影响之下腐蚀进程被极大地加快。而且腐蚀会在裂纹内部扩展，表面的腐蚀现象不明显，这就导致在整体腐蚀不严重的情况下出现突然断裂。除了内部应力的影响，外力因素也会加剧腐蚀作用，其作用机理与应力腐蚀类似，但是由于主要造成因素是外来风力与车辆行驶带来的振动，在振动中钢丝与钢丝之间会出现磨损，磨损部位出现腐蚀，称作摩振腐蚀，是振动磨损与腐蚀磨损的耦合作用，加剧钢丝的破坏。

3 防护措施

针对上文中的腐蚀问题，从两个角度来进行防护，一是缆索的预处理，来避免腐蚀情况的发生；二是腐蚀不可避免的发生后进行适当的处理来延缓腐蚀情况的加剧。

3.1隔绝腐蚀介质

桥梁缆索使用护套来避免外界腐蚀介质的接触，但是护套出现磨损破裂的概率较高。因此为了更好的提升缆索寿命与安全性，需要进行金属表面的二次防护。金属结构表面残留的各类油脂会影响金属表面涂层附着力，因此桥梁缆索在使用前需要进行完善的清理，清除可能存在的氧化皮，确保上涂料之前表面有较好的表面粗糙度，确保涂料能够较好附着，在之后的震动与摩擦中较为长久地保护钢丝表面。在清理表面后加上喷镀防护，目前主要采用热浸镀和喷镀两种方法。热浸镀主要有热浸镀锌，是通过一套专用的设备将锌丝熔融喷射到金属结构表面上，成为均匀覆盖的镀锌层，起到防护作用。喷镀的金属主要有锌、铝。金属镀层是纯金属的，不含黏合剂或溶剂。金属喷镀已在很多工程中应用，效果明显优于涂料涂装，简单且易于控制，防护寿命长并可预测，由于喷镀后无需干燥，装卸较为容易，具有较好的耐磨性。然而金属镀层主要在高温环境下喷涂金属粉末，需要注意安全措施。

3.2 预养护

缆索构件预养护技术较为常见的是除湿技术和缠包带技术。除湿技术是将干燥空气通过送气管和送气夹将干空气送入吊杆、斜拉索、主缆内部。干空气在内部流动从而带走湿空气，降低构件内部相对湿度，从而避免钢丝锈蚀。缠包带技术是利用专有设备在PE护套外表面增加一种缠绕带，防止紫外线等直接照射护套，且多与除湿技术结合使用。

电化学保护，电化学腐蚀对金属造成的腐蚀较为严重，但是通过分析电化学腐蚀的原理提出了一种电化学保护法，在许多的水下作业金属结构防护中有试用。较为常见的是在金属结构外接上电源，采用的是阴极保护法，通过牺牲阳极来保护金属阴极，或者利用外加电流来降低腐蚀电流的作用，当然这些手段主要用于水下金属结构，是否真正适用于桥梁防护还需要作进一步的验证。

4.结语

桥梁对于我国南方水系众多的交通现状是极为必要的，而索承式桥梁充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，在各种体系桥梁中的跨越能力最大，成为江河主要桥梁结构。本文对我国主要的索承式桥梁结构的核心承重部件缆索的病害机理进行分析，希望可以对桥梁防护技术的发展有所帮助，同时也提出了一些个人对于防护手段的想法，但是缺乏科学的验证分析需要进一步进行研究探索。

参考文献

1. 叶华文, 王义强, 孙鹏鹏. 桥梁缆索腐蚀镀锌钢丝的疲劳强度试验研究[J]. 世界桥梁, 2013, 41(004):44-49.

2. 叶华文, 段熹, 王义强, et al. 桥梁缆索腐蚀防护方法试验研究[J]. 中外公路, 2015(04):103-106.

3. 徐科英, 肖海珠. 缆索协作体系桥梁静力特性研究[J]. 世界桥梁, 2018, v.46；No.193(03):52-57.