悬索桥主缆系统防护方法专利说明书.docx

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悬索桥主缆系统防护方法专利说明书

悬索桥主缆系统的防腐防护方法及体系结构

技术领域

本发明涉及一种悬索桥主缆系统的防护方法及由该方法获得的主缆防护结构，该主缆系统包括由多股高强度钢丝束构成的主缆、固定在主缆上的多个索夹和固定在各索夹上的吊索。

背景技术

现代悬索桥上的支撑在索塔鞍座和散鞍座上一的主缆通过固定在索夹上的吊索与桥面箱梁连接，是全桥的承力结构，也就是说主缆是悬索桥的生命线。

主缆通常由数十束乃至百束以上的钢丝束组成，通过索夹挤紧成具有大体为圆形截面的缆股。

对主缆系统采取有效的防腐保护是至关重要的。

中国发明专利ZL99119397.0发明专利公开说明书，公开了一种悬索桥主缆的防腐方法，在具有圆形截面的给定数量的高强度镀锌钢丝构成的圆形截面钢丝束的最外层表面涂覆非硫化型橡胶不干性密封膏之聚异丙烯不干腻子的防腐涂层，然后缠绕截面近似S形、两侧具有楔形啮合部分的带材，然后在其外周涂覆磷化底漆、环氧云铁底漆、聚硫型防水密封剂及非黄变形聚氨酯面漆的涂料。

由于非硫化型橡胶不干性密封膏的主体胶料不含或仅含有部分的网状交联结构,因此不但它的内聚强度比硫化型密封剂的内聚强度要低得多,最主要的还是非硫化密封膏要比网状交联的硫化型密封剂更容易透过水蒸气。

再者非硫化密封剂在缠丝后不能提供一层完整的密封层。

受长期高温度变化和交变载荷影响以及在索股架设期间主缆密封前就已存在并被裹入主缆内的水分，这些水分在密封后又难以溢出，使其在白天温度高时蒸发，夜晚温度低时冷凝，周而复始的影响,可能出现密封失效，导致防腐性能的降低。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术之不足，提供一种能长期对悬索桥主缆系统实施有效保护的方法和由此形成的改良型悬索主缆防护结构。

特别是在苛刻的海洋腐蚀环境、化学及工业大气污染严重区域,更能显示此悬索桥主缆防护方法及防护结构的优异防腐蚀性能。

上述目的是通过按照本发明的悬索桥主缆系统的防护方法实现的，该主缆系统包括由多股高强度钢丝束构成的主缆、固定在主缆上的多个索夹和固定在各索夹上的吊索以及主鞍座和散鞍座，所述主缆的外周表面经过内层防腐处理后缠绕一层钢丝或者带材，然后在钢丝或者带材缠绕层的外周表面进行外层防护处理。

其一:

包括在所述的在主缆钢丝束内层实施密封前,对主缆钢丝束系统进行预密封除湿处理;其二:

内层防腐处理包括在所述主缆钢丝束的外周表面涂覆硫化型高性能密封弹性体的步骤。

主缆系统是由多股钢丝组成的钢丝束,在由多束钢丝束组成，有18%～20%左右的空隙。

事实上，有一部分水分在索股架设期间就已存在并被裹入主缆内，密封后的主缆内部的水分难以溢出，使其在白天温度高时蒸发，夜晚温度低时冷凝，周而复始，使主缆索股的镀锌层表面存在湿气和结露,表面产生白锈,白锈基本上是一层氧化锌和清氧化锌,其体积非常大,是产生它的锌的500倍。

白锈不但不能很好的附着于镀锌层上,因此当存在潮气时,可提供氧使腐蚀过程继续进行。

镀锌层对索股钢丝而言是阳极,在镀锌层的破损区域和镀层中的小孔隙处能起到牺牲阳极保护的作用。

当镀锌层浸没于海水中时,镀锌层可提供这种形式的电化学保护,但在高电阻的电解液或许多大气环境中,这种镀锌层则不甚有效。

这也是主缆防护失效的重要原因之一。

本发明就是在主缆钢丝束涂覆之前对主缆系统进行预密封除湿处理,旨在通过对主缆系统的预密封保护和除湿处理,去除已包裹在主缆内部的水分和潮气。

杜绝主缆内部存有原始水分对主缆钢丝造成的无法避免和控制的从缆索内部开始的局部腐蚀现象，确保主缆防护能达到预期效果。

在一种防护结构体系优选实施例中,主缆钢丝束密封前预密封除湿处理,是在主缆钢丝股张紧完成后用橡胶防水带将其封闭,并向主缆钢丝束内注入相对湿度在20%左右的清洁干燥空气。

在一种材料优选实施例中该硫化型高弹性密封弹性体采用力学性能优异的高性能脂肪链聚氨酯密封剂，并且在所述涂覆高性能脂肪链聚氨酯密封剂的步骤前，在主缆的外周表面预先涂覆一层锌加涂层。

按照本发明，所述外层防护处理包括如下步骤：

在缠丝或者金属带材的外周表面涂覆锌加涂层；在锌加涂层外表面涂覆聚氨酯-脲密封剂；在聚氨酯-脲密封层外表面涂覆可覆涂弹性聚氨酯面漆或弹性聚硅氧烷面漆或弹性氟碳面漆（具体外层的密封材料和面漆的选择要根据桥梁位置所处的腐蚀环境和业主对桥梁的美化效果要求来选定）。

按照本发明，还提供了一种改良的悬索桥主缆防护结构，该主缆由多股高强度钢丝束构成，在主缆密封防护施工前,对主缆钢丝束进行预密封除湿处理,再在钢丝束外周表面由里向外依次具有内防腐层、钢丝或者带材缠绕层和外防护层，其中在内防护层施工前对主缆系统进行临时密封除湿处理方法、结构和内防腐层包括一层硫化型高性能脂肪链聚氨酯密封剂。

在一种防护结构优选实例中,所述的临时密封材料是丁基橡胶密封带,在缆索的顶部临时吊装行车运行段铺聚脲耐磨垫，聚脲耐磨垫的宽度以确保临时吊装行车行走时车轮破坏不到主缆钢丝为准。

经过滤器除去杂质和盐分的干空气由一个含硅胶的除湿装置产生，由风机将干燥空气通过管线运输由索箍进气口进入主缆内，再由邻近的索箍出气口排出，从而在主缆内形成干燥气流。

进出气口间距离约为80m～120m，每个进气包中流量为2～3m³/min，通过预留的小孔以10～15m/min的流速徐徐注入相对温度为20%左右的清洁干燥空气，并由另一孔泄出。

保持主缆临时密封层内的压力低于0.03个大气压，以不使临时密封层因内部压力过高而破裂。

在一种材料优选实施例中，该硫化型高性能密封弹性体，所述内防腐层还具有设置在主缆钢丝束外周面上的锌加涂层，所述外防护层包括由里向外依次设置在钢丝或者带材缠绕的外周表面上的锌加涂层、聚氨酯-脲密封层、可覆涂弹性聚氨酯面漆或弹性聚硅氧烷面或弹性氟碳面漆层。

按照本发明的悬索桥主缆系统的防护方法，先进行主缆预密封除湿处理,再在主缆钢丝束的外周表面涂覆硫化型高性能密封弹性体，例如脂肪链聚氨酯密封剂，形成的内层防腐层，具有优异的密封防腐性能，对主缆钢丝束有极强的附着性和优异的力学性能（优异的延伸性、抗撕裂性）和气密性。

由于该弹性体内添加了磷酸盐和钛、硅聚合物,能有效地将主缆钢丝束内部的水分和潮气转化为钝化液,保护金属基本不被腐蚀,并使金属表面有“自愈再生”能力。

密封剂中的钛、硅聚合物能对主缆钢丝起到阴极保护作用。

脂肪链聚氨酯密封剂可长期保持弹性状态，不硬化，不干裂，不霉变，在密封空间内，其有效使用寿命长达120年以上，完全可以保证与主缆同寿。

既可长期有效地保护主缆缆索,又减少了维修费用。

防护材料说明

保护主缆钢丝束和钢丝或者带材缠绕层外表面涂覆的锌加底漆，锌加涂料是使用高纯度的锌粉添加特殊树脂而成，是钢铁表面锌涂镀阴极防护的一种新材料，可在常温下喷镀纯锌含量在96％以上的锌涂层。

同时具有阴极保护与屏障保护双重功能，可获得极佳的钢铁防锈性能。

可替代热浸锌、热喷锌（铝）。

对主缆钢丝镀锌层损坏部位有修复作用，工作环境在-60℃～400℃。

涂层柔性较佳，完全能满足主缆钢丝变形。

并能增加有机涂层与金属表面的附着力。

其中一种内密封层采用的硫化型高性能脂肪链聚氨酯密封剂，材料的组成是由二烷基马来酸酯与脂肪族伯二胺经过Michael加成反应制备的弹性密封剂,在制备过程中添加有气相法二氧化硅、改性磷酸盐、铁钛包膜物、甲基膦酸二甲酯等。

具有良好的耐候、耐磨、耐盐雾、耐水、耐潮耐热、耐油、耐大气老化和具有优异的阻蚀保护功能和韧性、抗撕裂性、抗剥离性、阻燃性。

由于该脂肪链聚氨酯密封剂中添加有高性能的防腐颜料和钛、硅聚合物,密封剂中的钛、硅聚合物能对主缆钢丝起到阴极保护作用。

当遇到腐蚀介质时,腐蚀离子首先与钙离子进行离子交换,从二氧化硅表面释放出来的钙盐转移到金属表面形成隔离层从而达到防腐目的，并使金属表面有“自愈再生”能力。

其在固化过程中,完全依靠的是化学反应,而不会象其它密封剂在干燥过程中需要向空气中挥发有机溶剂或者水分。

因此就不会有针孔、气泡、缩孔等缺陷产生,实际上也就杜绝了外界腐蚀介质入侵的途径,所以防腐蚀性能十分突出。

同时具有优异的柔韧性,完全能够抵御昼夜、四季环境温度变化带来的热胀冷缩，在海洋苛刻的腐蚀环境下长期与金属材料有良好的附着力，不会产生开裂和剥落现象。

使用环境温度在-50～120℃。

完全可以做到终身免维护。

其中一种缠丝外的外密封层采用的硫化型聚氨酯-脲密封剂，是一种分子结构高度关联的聚合物弹性体并添加了甲基膦酸二甲酯和高性能助剂，具有高致密性、延伸性，含胶均匀的特性。

其在固化过程中,完全依靠的是化学反应,而不会象其它密封剂在干燥过程中需要向空气中挥发有机溶剂或者水分。

因此就不会有针孔、气泡、缩孔等缺陷产生,形成具有优异的密实和光滑密封层。

实际上也就杜绝了外界腐蚀介质入侵的途径,所以防腐蚀性能十分突出。

这种无孔表面，加之其优异的抗阴极剥离性，专门用来抵御水性溶液或周围环境中存在的水、盐水、酸性液体和多种腐蚀性介质。

是苛刻的腐蚀环境下防潮和抗腐的最佳屏障。

聚氨酯-脲密封剂有极高的抗张强度为其抗磨损和抗撕裂提供了有力的保障。

该产品的坚硬程度，加之其优异的延伸性能，导致了其杰出的柔韧性和抗撞击能力。

完全能够抵御昼夜、四季环境温度变化带来的热胀冷缩，在海洋苛刻的腐蚀环境下长期与金属材料有良好的附着力，不会产生开裂和剥落现象。

可以在-50℃～120℃的温度环境长期工作。

具有超强的耐候性能，完全可以做到50年维护一次。

其中主索鞍两端至距主鞍座最近的第一索夹段和散索鞍至散索鞍最近的第一索夹段,这些段的主缆缆索呈不规则状,是主缆上的非缠丝段。

这些部位的内层密封材料同缠丝段的内密封材料相同,均采用硫化型高性能脂肪链聚氨酯密封剂。

非缠丝段的外层密封层密封材料采用含高强度玻璃纤维的聚氨酯-脲密封剂。

表面层采用可覆涂弹性聚氨酯面漆,是由羟基丙稀酸树脂、脂肪族异氰酸酯固化剂、颜料、填料、助剂和溶剂组成的一种双组份聚氨酯面漆。

具有极佳的耐紫外线老化性能、耐湿热性能、耐化学介质性能、耐盐雾性能、耐水性能、耐黄变性能和保色性能。

良好的柔韧性能和抗拉伸性。

表面层采用弹性氟碳面漆,是由氟碳树脂、六亚甲基二异氰酸酯三聚体，颜料浆、湿润分散剂、醋酸丁酸纤维素、色浆、防沉淀剂、流变剂、溶剂组成的常温固化成膜面漆。

具有优异的耐候性、抗腐性，极佳的耐化学品性能、耐盐雾性能和抗紫外线性能及阻燃性;具有防污性能:

其漆膜表面没有针孔，灰尘污物很难附着，在雨水冲洗下即整洁如新；　　　　环境适应性强,其在-40℃～120℃环境下可以正常使用，能抵御严寒酷暑、干湿交替的复杂环境；具有优异的装饰性,其漆膜高贵典雅，表面细腻光滑，色泽均匀一致，上千种颜色和特殊仿金属色各种装饰效果，确保建筑设计师创意的完美实现。

表面层采用弹性聚硅氧烷面漆,是由无机-有机硅氧烷混接物作为混合基料和环氧、烷基氧官能团作为侧链,用氨基硅烷和聚氨作为固化剂。

是利用有机-无机混接技术使两种材料形成一个具有共价键的聚合体网络。

漆膜的保光保色性能优异，光泽度高、装饰性好，耐候性、耐腐蚀性、耐化学性能优异，并且漆膜物理机械性能好,且耐沾污、易清洗。

附图说明

以结合附图给出的实施例，详细说明本发明，其中：

图1示意示出本发明的悬索桥主缆防护密封前保洁除湿的一种优选实施例；

图2示意示出本发明的悬索桥主缆密封防护涂装结构的一种优选实施例；

图3示意示出本发明的悬索桥主缆非缠丝段的密封防护涂装结构的一种实施例；

图4示意示出本发明的悬索桥主缆索夹直缝及紧固螺栓的密封防护涂装结构的一种实施例；

图5示意示出本发明的悬索桥主缆索夹环缝密封防护结构的一种实施例的剖面图。

具体实施方式

图1示意示出本发明的悬索桥主缆防护密封前保洁除湿的一种优选实施例。

其中主缆1由多股高强度镀锌钢丝构成、通过固定在主缆上的多个索夹（图中未示），形成具有大体为圆形截面的钢丝束。

按照本发明的主缆系统防护方法，主缆1的表面经过常规清理，去除锈蚀和其它污物、污染物后，首先进行临时密封层5安装铺设,临时密封层5是用高强度纤维布涂覆丁基橡胶弹性体制作而成。

再安装干燥空气输入口气包4，连接空气输入管线3，连接空气干燥装置（除湿机）2。

通过空气干燥装置将处理后的相对湿度20%左右的清洁干燥空气输入临时密封层内部。

用临时密封层5保护主缆钢丝，使其不再受水分和腐蚀介质的浸入，保证主缆内部清洁干燥。

如果使用主缆作为吊装行车行走轮承重索的,为了保证临时密封层5不被破坏,采用在主缆顶部铺装特制的聚脲耐磨垫保护临时密封层5。

图2示意示出本发明的悬索桥主缆防护涂装结构的一种优选实施例。

其中主缆1由多股高强度镀锌钢丝构成、通过固定在主缆上的多个索夹（图中未示），形成具有大体为圆形截面的钢丝束。

按照本发明的主缆系统防护方法，主缆1的表面经预处理后涂覆一层锌加涂层7。

该锌加涂层7由高纯度锌粉及特殊树脂等组成。

该锌加涂层具有优良的防锈能力，对镀锌钢丝表面的机械操作有修复功能，并能起到屏蔽及阴极保护双重功能，能增加有机涂层与镀锌层表面的附着力。

该锌加涂层的干膜厚度为60μm。

待锌加涂膜干燥后，进行涂覆硫化型高性能脂肪链聚氨酯密封层8的步骤。

该硫化型脂肪链聚氨酯密封层8采用的高性能脂肪链聚氨酯密封剂。

在苛刻的海洋和严重的化学及工业大气腐蚀环境内，其有效使用寿命长达30～50年，在密封环境内其有效使用寿命长达120年以上,完全可以与主缆同寿。

对各种金属和合金属材料有良好的粘附性，在-50～120℃工作温度范围内，可长期保持可塑性，对普通碳钢和镀锌钢材有阻蚀保护性能，因而具有良好的密封防腐性能。

本步骤后，不仅主缆表面钢丝间的缝隙被填满，而且在主缆表面形成一定厚度，例如1000～3000μm的完整性密封层。

涂覆硫化型高性能脂肪链聚氨酯密封层8的步骤后，即可进行缠绕钢丝或者带材层9的步骤。

然后，进行在钢缠绕层9外周表面洽覆锌加涂层7的步骤。

该锌加涂层的干膜厚度为60μm。

然后，进行在锌加涂层7外表面涂覆硫化型聚氨酯-脲密封层10的步骤。

该步骤完成后，缠丝间的缝隙和凹凸不平被完全填充，密封层的平均厚度在2000微米，形成基本均匀光滑的表面。

最后，进行在硫化型聚氨酯-脲密封剂层10外表面涂覆可覆涂弹性聚氨酯面漆或弹性硅氧烷面漆或弹性氟碳面漆层11的步骤。

在该实施例中，共涂覆三道面漆，干膜厚度约为180μm。

参照附图3。

按照本发明的主缆系统防护方法，还包括对在悬索桥主塔顶部的主鞍鞍座两端至最近的第一个索夹间的主缆引出段和散索鞍座至最近的第一个索夹的主缆入口段的非缠丝区域不规则主缆段（上述不规则主缆段由与鞍座形状一致的外廓形状过渡到圆形外廓形状）进行的防腐处理，包括如下步骤：

除去预密封保护层后，涂覆一层锌加涂层7。

然后，用硫化型脂肪链聚氨酯密封剂填平主缆外周索股间的缝隙，并整形为圆滑过度的曲面，形成内硫化型脂肪链聚氨酯密封层8。

这类密封剂对多种材料表面有良好的粘接性，还由于交联后有致密的分子网络结构，而具有优异的气密性、耐水性、耐油性、耐大气老化性能。

另外，由于密封剂中含有可溶性的磷酸盐阻蚀剂和钛、硅聚合物，在潮湿环境下，能在金属表面形成一层保护性液面，在电化学反应中金属结构的阳极首先吸附铬离子，从而保护金属基本不被腐蚀，并使金属表面有“自愈再生”的能力。

密封剂中的钛、硅聚合物能对主缆钢丝起到阴极保护作用。

之后，用涂覆聚氨酯-脲密封剂的高强度玻璃布缠绕整形后的主缆1，在缠绕两层涂覆聚氨酯-脲密封剂的高强玻璃布后，形成玻璃布层12。

然后在缠绕成的玻璃布层表面再涂覆一层聚氨酯-脲密封剂，形成外聚氨酯-脲密封层10。

最后，涂覆上述可覆涂弹性聚氨酯面漆或弹性硅氧烷面漆或弹性氟碳面漆，共涂覆三道，使干膜厚度达到180微米左右，形成面漆层11。

参见图4和图5。

其中图4示意出本发明的悬索桥主缆索夹及索夹紧固螺栓的防护涂装结构的一种实施例；图5为悬索桥主缆索夹环缝密封防护涂装的剖面结构图。

图中索夹用14代表，由上下两半组成，具有供夹紧主缆用的圆柱形通孔，通过多条紧固螺栓13，将主缆收缩成大体为圆形横截面的缆束。

按照本发明的主缆系统防护方法，还包括对索夹的防腐处理，包括如下步骤：

首先，按照常规清洗干净索夹的接合缝密封面后，再对接合缝压注硫化型脂肪链聚氨酯密封剂8，涂覆厚度不低于3000μm。

然后再向接合缝内压注硫化型聚氨酯-脲密封剂10，保证填满接合缝。

然后，对清理干净的索夹表面涂覆锌加涂层（图中未示），它由高纯度锌粉及特殊树脂等组成，涂覆后，干膜厚度为60μm左右；

最后，在锌加涂层表面涂覆三道上述可覆涂弹性聚氨酯面漆或弹性硅氧烷面漆或弹性氟碳面漆（图中未示），干膜厚度为180μm左右。

按照本发明的主缆系统防护方法的实施例，还包括对索夹上的紧固螺栓的防腐处理，包括如下步骤：

在所述在索夹表面涂覆环氧云铁底漆层的步骤的同时，对索夹上的每个螺栓头13及紧固螺母涂覆锌加涂层（图中未示）；

然后，在螺栓头13及紧固螺母上涂覆聚氨酯-脲密封剂10，并整形为图4所示的的形状；

最后，在紧固螺栓头上涂覆可覆涂弹性聚氨酯面漆或弹性硅氧烷面漆或弹性氟碳面漆11。

按照本发明的主缆系统防护方法的实施例，还包括对吊索（未示）的防腐处理，包括如下步骤：

在清洁后的吊索表面涂覆上述锌加涂料；

在锌加涂层上涂覆可覆涂弹性聚氨酯面漆或弹性硅氧烷面漆或弹性氟碳面漆。

再参见附图2，图中示意示出按照本发明的一种悬索桥主缆防护结构的优选实施例。

在主缆实施预密封除湿处理后,主缆1由多股高强度镀锌钢丝构成、通过固定在主缆上的多个索夹（图中未示），形成具有大体为圆形截面的钢丝束，从主缆外周表面由里向外依次具有内防腐败层、钢丝或者带材缠绕层和外防护层。

其中内防腐层包括涂覆在主缆钢丝股外表面的锌加涂层7，涂覆在该锌加涂层上的硫化型脂肪链聚氨酯密封剂层8，其厚度为3000μm；该硫化型脂肪链聚氨酯密封剂层8上，缠绕有一层直径4毫米左右的镀锌低碳钢钢丝层或金属带材9；外防护层包括设置在钢丝或带材缠绕层9外周表面的锌加涂层7，设置在锌加涂层7外周表面的硫化型聚氨酯-脲密封剂层10，以及设置在该聚氨酯-脲密封体层外表面的可覆涂弹性聚氨酯面漆层或弹性硅氧烷面漆或弹性氟碳面漆11。

以上通过一种优选初稿例对本发明作了描述，但这样的说明仅为便于理解本发明，而不应看作是对本发明的限制。

有关领域的普通技术人员，在此基础上，还可做出多种变化和变型，而不脱离本发明的精神和范围。

本发明的保护范围是由各权利要求所述的技术方案限定的，包括落入各权利要求范围的各种变化和变型，以及它们的等同物。