桥梁缆索防腐与维护-Tedlar-聚氟乙烯胶带.doc

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1、桥梁缆索防腐与维护－Tedlar®聚氟乙烯胶带[摘要]结合桥梁缆索防腐蚀保护系统，介绍了一种具有优良耐候性能的Tedlar®聚氟乙烯缆索保护胶带，同时列举了部分国内外的实际使用案例。[关键词]斜拉桥；悬索桥；缆索；防护；腐蚀1．概述桥梁的缆索系统是现代大跨度桥梁，如斜拉桥、悬索桥和拱吊桥的主要承重结构，缆索系统长期承受动载和静载，暴露在风雨、潮湿和污染的空气环境中，既受“应力腐蚀”、“疲劳腐蚀”，又受“金属腐蚀”作用，很容易遭受腐蚀破坏，一旦发生腐蚀，后果不堪设想。国内外已有桥梁缆索破坏失效的实例，引起的安全事故和经济损失非常严重。1987年，Stafford和Watson对世

2、界范围的近100座斜拉索桥进行现场调查表明，几乎在过去几十年间全球所建的斜拉桥大都因为缆索腐蚀问题而产生极大风险[1]。桥梁缆索防腐一直是人们关注的问题，缆索索体防护主要应用的是类似于电线电缆的防护方法，如热挤HDPE护套防护的平行钢丝索、HDPE套管防护的平行钢绞线索。平行钢绞线索常用的防护方法如图1所示：在镀锌钢绞线外热挤HDPE护套，再采用防腐油脂或石蜡密封钢绞线，以排除管内空隙中的空气和水分，最外层用黑色的HDPE套管，以形成多层防护的钢缆。虽然HDPE是致密的材料，有较好的阻隔水汽作用，但是直接暴露在自然环境中，不仅要经受紫外老化、高温、严寒的考验，还需要抵御各种有害

3、尾气和潮湿空气的侵蚀，HDPE套管上应力集中点容易出现裂纹，极易造成钢索的腐蚀。HDPE护套材料中加入少量碳黑可以增强其耐老化性能，但护套也因此颜色为黑色，在阳光照射下其表面温度可高达65oC,而白色护套在相同条件下温度仅仅为40oC[2]。护套与内部钢索由于收缩率不一致，护套表面温度剧烈变化，会削弱HDPE护套的长期使用性能。为了满足缆索HDPE套管的耐久性需求，在管外缠绕耐候性和耐腐蚀性能极佳的Tedlar®保护胶带（一般重叠50％），不仅能够延长HDPE套管的使用寿命，而且白色或浅色的胶带能降低护套表面温度波动程度。图1.斜拉桥缆索防腐体系2.Tedlar®缆索保护胶带T

4、edlar®保护胶带结构如图2所示，一般由厚25~50微米的Tedlar®薄膜，压敏胶以及一层离型材料构成。图2.Tedlar®保护胶带结构示意图Tedlar®缆索保护胶带具有如下优异性能：1)Tedlar®薄膜为聚氟乙烯塑料，具有优良的耐候性能、化学惰性和耐污易清洁性能，可在户外使用长达20余年[3]。如图3所示，Tedlar®薄膜在美国佛罗里达州以45度角曝晒6年后，其拉伸强度能保持为原来的80％左右[4]。Tedlar®薄膜能够长期为HDPE套管屏蔽紫外线、抵御空气、雨水、汽车尾气的侵蚀。而一般涂料在使用1-2年之后就老化剥落。美国华盛顿州Pasco-Kannewick桥

5、使用的普通PVC薄膜在几年后就粉化剥落[5]。图3.Tedlar®薄膜户外老化与机械性能(美国佛罗里达州,45度角曝晒)2)Tedlar®保护胶带螺旋缠绕于缆索护套表面可以减轻缆索的风雨谐振效应。1998年Miyazaki在Cochrane斜拉桥观察到在风速较快时，在缆索上下表面会形成图4所示的细水流，且水流沿缆索来回移动，引起缆索大幅振动[6]。随后Larose和WagnerSmitt使用风洞中的斜拉索也在实验室重复出了风雨谐振现象[7]。他们还认为缆索表面的润湿性能对水流形成很重要。一般缆索在使用几年后表面受侵蚀后就比较容易产生水流，而表面光滑的表面不易形成水流。Tedla

6、r®薄膜表面疏水，其表面能仅为28达因/厘米。并且Tedlar®保护胶带以图5所示的螺旋形式缠绕于缆索护套表面，可以打断所形成的细水流，所以能明显减弱风雨谐振效应(如图6)，保证桥梁安全[8]。图4.风雨谐振现象中缆索上细水流位置及移动示意图图5.螺旋缠绕的Tedlar®保护胶带图6.缆索螺旋纹对风雨谐振的影响1)Tedlar®薄膜颜色多样。白色Tedlar®薄膜可以降低黑色HDPE套管由于阳光照射导致护套表面温度过热。Tedlar®彩色薄膜不仅能使桥梁美观，并且Tedlar®薄膜的颜色长期稳定，在户外放置20年，颜色变化一般不超过5NBS[4]。2)Tedlar®保护胶带使用

7、的压敏胶能在较宽的温度范围内与HDPE套管以及自身保持良好的粘合强度，使缠包结实无褶皱，完全贴附与套管表面。同时压敏胶也具有良好的耐候性能。3)Tedlar®保护胶带缠包套管过程简便，只要套管表面清洁，可以使用半自动缠包设备以50％左右的重叠螺旋式缠绕缆索。避免了使用涂料所需套管预处理、多层涂装的繁琐工序。3.Tedlar®缆索保护胶带的应用根据美国科学院交通研究委员会在2005年的一份调查报告，美国国内超过1/3的斜拉桥采用了Tedlar®保护胶带缠绕HDPE套管的缆索防腐结构[9]。Te