淺析各種涂層在橋梁纜索上的應(yīng)用

李權(quán)，金萬平，楊少軍

(重慶萬橋交通科技發(fā)展有限公司，重慶 400047)

摘  要：目前，國內(nèi)外橋梁纜索用鋼絲、鋼絞線以及錨具等的各種防腐涂層應(yīng)用側(cè)重方向不同，采取的方法主要是跟蹤研究、跟蹤應(yīng)用。現(xiàn)對近年橋梁纜索中所應(yīng)用各種涂層的基本概念、工藝特點和應(yīng)用情況進行淺析，供橋梁工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：各種涂層；橋梁纜索；應(yīng)用

文章編號：1009-6477（2010）·2-0000-00   中圖分類號：U448.27   文獻標識碼：B

Analysis of a Variety of Coating Applications on Bridge Cable

LI Quan  JIN Wanping  YANG Shaojun

Abstract: At present, steel wire ropes, steel strand and the anchor use the various anti-corrosion coating in the bridge both at home and abroad, It is taken by follow-up study to track the application. We list the application of various coating on bridge cable in recent years, such as the basic concepts, characteristics and application of technology, bridge engineers can reference and understand it by analyzing.

Key words: all kinds of coating; bridge cable; application.

在21世紀，隨著橋梁技術(shù)的發(fā)展，對橋用拉索也提出了更高要求，斜拉索的未來發(fā)展方向是輕質(zhì)、高強、密封防腐性能好及操作簡便。目前我國斜拉橋應(yīng)用較多的是平行鋼絲斜拉索，平行鋼絲斜拉索的制造和應(yīng)用在國內(nèi)約有20多年的歷史,設(shè)計拉索的使用壽命**初要求能夠保證30年，但一些斜拉橋因斜拉索防腐問題，運行僅15年左右就出現(xiàn)斜拉索失效或存在隱患，不得不實施換索。斜拉索是斜拉橋的基本命脈構(gòu)件，由于大跨度斜拉橋增多，長、大規(guī)格斜拉索大量使用，而其換索難，經(jīng)濟成本較高，因此對拉索的防腐蝕性能就提出了更高要求。

索體鋼絲、鋼絞線和錨具是制造斜拉索的**基本原材料，鋼絲、鋼絞線和錨具總是在有腐蝕介質(zhì)的條件下服役，隔離（或減緩）鋼基的介質(zhì)腐蝕是斜拉索防腐的關(guān)鍵。因此，一些鋼絲生產(chǎn)廠家、斜拉索生產(chǎn)企業(yè)和科研院所不僅加強拉索外部防護（HDPE等防護），同時也積極進行橋梁纜索中各種涂層的研究創(chuàng)新和生產(chǎn)應(yīng)用。

1 橋梁纜索用表面涂層簡述

1.1 金屬涂層

    金屬涂層是金屬產(chǎn)品的主要防腐涂層，在橋梁纜索上的應(yīng)用非常廣泛，并有多項**標準，包括GB/T17101—2008《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲標準》和GB/T 18684—2002《鋅鉻涂層技術(shù)條件》。橋梁纜索上的金屬涂層主要指熱鍍鋅涂層、鋅鉻涂層、Zn-Al-Re涂層。其中熱鍍鋅涂層應(yīng)用時間較長，技術(shù)也較成熟，其余2種涂層是**近興起的有望代替熱鍍鋅涂層的具有更好防腐性能的涂層，具有極大的應(yīng)用前景。

1.1.1 熱鍍鋅涂層

熱鍍鋅是由較古老的熱鍍方法發(fā)展而來，自1836年法國把熱鍍鋅應(yīng)用于工業(yè)以來，已經(jīng)有140年的歷史。然而，熱鍍鋅工業(yè)是近30年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發(fā)展而得到了大規(guī)模發(fā)展。橋梁纜索用高強度熱鍍鋅鋼絲的生產(chǎn)工藝流程為盤條復(fù)驗→表面預(yù)處理→拉絲→熱鍍鋅→穩(wěn)定化→檢驗入庫。橋梁纜索用鋼絲盤條經(jīng)幾道冷拉后，晶格發(fā)生變形，然后進行熱鍍鋅，熱鍍鋅溫度在450～460℃之間，并由自動溫控裝置顯示鋅的溫度。隨后穩(wěn)定化處理在傳感器控制的橫張力F下通過短時間的低溫退火，溫度由中頻感應(yīng)加熱并控制在350～450℃之間，以消除拉拔產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和達到低松弛的目的。熱鍍鋅具有生產(chǎn)成本低、工藝簡單、鍍層牢固、外觀漂亮、使用壽命長等優(yōu)點，是一種歷史**為悠久的鍍層防腐方法。我國于2008年頒布了*的GB／T 17101—2008《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲標準》[1]。

1.1.2 鋅鉻涂層

鋅鉻涂層技術(shù)起源于美國。1963 年，美國大洋公司為了解決冬季汽車行駛時，汽車底盤零件遇到含鹽分的雨雪發(fā)生銹蝕，威脅車輛運行安全而發(fā)明了這種金屬表面防護技術(shù)。1972年，美國人申請了第1個鋅鉻涂層技術(shù)專利，從此,鋅鉻涂層技術(shù)作為一種金屬表面防腐處理方法開始得到應(yīng)用。該技術(shù)已先后在美國、歐洲、日本及我國獲得專利權(quán)。

鋅鉻涂層是將水基鋅鉻涂料浸涂、刷涂或噴涂于鋼絲或錨具表面，在300℃左右的溫度下烘烤，經(jīng)烘烤形成以磷片狀鋅和鋅的鉻酸鹽為主要成分的無機防腐蝕涂層。鋅鉻涂層的基本色調(diào)呈銀灰色，經(jīng)改性也可以獲得其他顏色，如黑色等。鋅鉻涂層是一種高耐蝕涂層，生產(chǎn)過程對環(huán)境基本無污染，我國于2002年頒布了GB/T 18684—2002《鋅鉻涂層技術(shù)條件》[2]。

1.1.3 Zn-5%Al-RE合金鍍層（Galfan）

鋅-鋁合金,是**上推廣的高耐蝕金屬鍍層，美國伯利恒鋼公司于1972年開發(fā)了含鋁55％的金屬鍍層（稱為Gelvalume或Zincalume），由于其熔點高、工藝裝備較復(fù)雜，起初主要用于鋼板，在鋼絲和鋼絲繩的應(yīng)用不多。直到1982年，**鉛鋅組織(ILZRO)限供含鋁5％的合金鍍層（Galfan）生產(chǎn)許可證，在1984年迅速發(fā)展。研究表明，Galfan是Zn-Al的共晶合金，能在熱鍍鋅作業(yè)線上稍加改造便可投入生產(chǎn)，具有良好的耐蝕性、明顯的鍍層粘附性、**的可塑性和可拉拔性能,由此在橋梁纜索用鋼絲上得到了迅速的推廣應(yīng)用。鋅鋁合金鍍層在**上具有成熟和穩(wěn)定的工裝技術(shù)，國內(nèi)在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件及橋梁纜索上的應(yīng)用開發(fā)還處于起步階段[3-4]。

Zn-5%Al-RE合金鍍層既有鋁元素把鋼基與環(huán)境分隔的屏障保護作用，又有鋅元素優(yōu)異的電化學防護性能，在大氣中的抗蝕能力是同厚度熱鍍鋅層的2～3倍，其加工成型性、涂掛性優(yōu)于熱鍍鋅層。這種合金的熔點只有382℃,比鋅的熔點低37.5℃，熱鍍鋅溫度在420～450℃之間，較鋼絲的熱鍍鋅能耗低,且可保持有鍍鋅鋼絲同樣的力學性能，因此是取代鍍鋅鋼絲及其制品的理想產(chǎn)品，我國于2000年頒布了YB/T 180—2000《鋼芯鋁絞線用鋅-5%鋁-稀土合金鍍層鋼絲》，等效于美國ASTM A 855 M制訂的鋼絞線標準YB/T 179—2000《鋅-5%鋁-稀土合金鍍層鋼絞線》，為鋅-5%鋁-稀土合金鍍層鋼絞線在橋梁纜索上的應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)，并為產(chǎn)品質(zhì)量提供了技術(shù)保障。

1.2 有機混合物（涂料）涂層

有機混合物俗稱涂料，一般由成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑等組成，用來保護、裝飾物料表面。如涂料選擇合適，還可使金屬件表面得到優(yōu)良的機械性能，如防銹抗蝕、堅硬耐磨等優(yōu)點，目前已較多用于橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線。

1.2.1  涂料種類

涂料有油脂涂料、天然樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等10多種，纜索中用環(huán)氧樹脂的較多。

1.2.2  涂料噴涂工藝方法

涂料的品種、性能和固化條件不同，噴涂的工藝、方法也不同，可按實際情況進行選擇。噴涂的方法有手動、自動、靜電、電泳等多種方法。

通常為使涂層性能優(yōu)良、堅硬、耐磨，必須待其充分干燥后使用。涂層干燥按涂料本身性質(zhì)分物理干燥和化學干燥。物理干燥指溶劑揮發(fā)和熔融固化干燥，化學干干指氧化、熱聚合、催化聚合、輻射聚合干燥。為快速干燥，常選用溶劑揮發(fā)型涂料或熱固化涂料，通過自然干燥或簡單烘干工藝就能達到理想效果。

1.3  鍍鈦銀涂層

我國是鋅資源的匱乏國，價格受**市場左右。近年來由于鋅價不斷暴漲，為了降低成本和提高鍍層質(zhì)量，國內(nèi)研制出了一種新涂層——鍍鈦銀涂層。鍍鈦銀涂層是以高分子材料為主體，以有機溶劑聚合物和有機顏料、無機顏料及各種助劑和溶劑配合，其具有良好的防腐性能，制造穩(wěn)定。

2   橋梁纜索用表面涂層分析

國內(nèi)外橋梁纜索(鋼絲、鋼絞線、錨具等)表面涂層以熱鍍鋅保護為主流，隨著一些新材料、新工藝的不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)了鋅鋁合金、鍍鈦銀等好的防護技術(shù)，同時環(huán)氧鋼絲、環(huán)氧鋼絞線也步入工程試用階段。各種涂層的應(yīng)用實例如表1所示。

表1  各種涂層的應(yīng)用

金屬涂層因其歷史悠久、工藝成熟和基本設(shè)備的延續(xù)而在工程上占有很大優(yōu)勢[5]，但隨著新技術(shù)的出現(xiàn)這種優(yōu)勢格局是否會被完全打破，由于其它橋梁纜索表面涂層還處在研究階段，目前結(jié)果還不明確，以下分別介紹各種涂層及其特點。

2.1 熱鍍鋅涂層

熱鍍鋅實際上是一種犧牲陽極的陰極保護法，在腐蝕介質(zhì)中，鋅原子失去電子變?yōu)殛栯x子而發(fā)生腐蝕，從而使作為陰極的鋼絲受到保護。熱鍍鋅一般采用熱浸鍍鋅工藝，在熱浸鍍鋅工藝過程中，熔融的鋅充分浸入經(jīng)酸洗或噴砂處理的鋼絲表面，并與基體形成鋅鐵合金層覆蓋于整個鋼絲表面，鍍層自內(nèi)向外分別由鋅鐵合金層、過渡層和純鋅鍍層組成[6-7]。這種方法的特點是：

1）歷史悠久、結(jié)構(gòu)設(shè)備簡單、工藝成熟、造價較低，成品內(nèi)力調(diào)整簡便。

2）鍍層有一定韌性、附著力強，鍍層厚度較均勻。

3）需在較高溫度條件下才能使鋅與鋼絞線或鋼絲表面熔為一體，致使鋼絞線或鋼絲材料強度降低。

4）是犧牲陽極保護法，可能產(chǎn)生氫脆而加速破裂，尤其在不含氧的非氧化性酸環(huán)境中容易發(fā)生。

5）防銹、防腐蝕能力不強，特別是耐酸蝕能力極弱，一旦發(fā)生銹蝕就不能補鋅，重新涂漆附著力很差。

6）顏色單一，不能充分滿足用戶顏色多樣化要求，而且此工藝對環(huán)境會造成極大污染。（接下文）