各種涂層在橋梁纜索上的應(yīng)用淺析-李權(quán)

5/5各種涂層在橋梁纜索上的應(yīng)用淺析_李權(quán)21世紀(jì)，隨著橋梁技術(shù)的發(fā)展，對(duì)橋用拉索提出了更高要求，未來發(fā)展方向是輕質(zhì)、高強(qiáng)、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)已有20多年的歷史，拉索的設(shè)計(jì)使用壽命最初要求能夠保證30年，但一些斜拉橋因斜拉索防腐問題，運(yùn)行僅15年左右就出現(xiàn)斜拉索失效或存在隱患，不得不實(shí)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，使其換索困難，經(jīng)濟(jì)成本較高，因此對(duì)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最基本的原材料，而鋼絲、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(qiáng)拉索外部防護(hù)（HDPE等防護(hù)），同時(shí)也積極進(jìn)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(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，包括GB/T17101—2008《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T18684—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(shí)間較長，

技術(shù)也較成熟，其余2種涂層是最近興起的有望代

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(qiáng)度熱鍍鋅鋼絲的生產(chǎn)工藝流程為：盤條復(fù)驗(yàn)→表面預(yù)處理→拉絲→熱鍍鋅→穩(wěn)定化→檢驗(yàn)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(jìn)行熱鍍鋅，熱鍍鋅溫度在450～460℃之間，并由自動(dòng)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下通過短時(shí)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(dá)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(diǎn)，是一種歷史最為悠久的鍍層防腐方法。我國于2008年頒布了最新的GB／T17101—2008《橋梁纜索用熱鍍鋅

鋼絲標(biāo)準(zhǔn)》[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(shí)，汽車底盤零件遇到含鹽分的雨雪發(fā)生銹蝕，威脅車輛運(yùn)行安全而發(fā)明了這種金屬表面防護(hù)技術(shù)。1972年，美國人申請了第1個(gè)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

收稿日期：2009-07-15簡介：李

權(quán)（1984-），男，江西省豐城市人，碩士，助工.

各種涂層在橋梁纜索上的應(yīng)用淺析

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400067)

到應(yīng)用。該技術(shù)已先后在美國、歐洲、日本和中國獲得專利權(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，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(jī)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(duì)環(huán)境基本無污染，我國于2002年頒布了GB/T18684—2002《鋅鉻涂層技術(shù)條件》[2]。

1.1.3Zn-5%Al-RE合金鍍層（Galfan）

鋅-鋁合金，是國際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(diǎn)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，國際鉛鋅組織（ILZRO）限供含鋁5％的合金鍍層（稱為Gal-fan）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、極佳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。鋅鋁合金鍍層在國際上已經(jīng)具有成熟和穩(wěn)定的工裝技術(shù)，然而我國在預(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(hù)作用，又有鋅元素優(yōu)異的電化學(xué)防護(hù)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(diǎn)只有382℃，比鋅的熔點(diǎn)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(xué)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/T180—2000《鋼芯鋁絞線用鋅-5%鋁-稀土合金鍍層鋼絲》，等同于美國ASTMA855M制訂的鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)YB/T179—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(jī)混合物（涂料）涂層

有機(jī)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(hù)、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(jī)械性能，如防銹抗蝕、堅(jiān)硬耐磨等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)際情況進(jìn)行選擇。噴涂方法有手動(dòng)、自動(dòng)、靜電、電泳等多種方法。

通常為使涂層性能優(yōu)良、堅(jiān)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(xué)干燥。物理干燥指溶劑揮發(fā)和熔融固化干燥，化學(xué)干燥指氧化、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(dá)到理想效果。

1.3鍍鈦銀涂層

我國是鋅資源的匱乏國，價(jià)格受國際市場左右。近年來由于鋅價(jià)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(jī)溶劑聚合物和有機(jī)顏料、無機(jī)顏料及各種助劑和溶劑配合，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(hù)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(hù)技術(shù)，同時(shí)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(shí)例如表1所示。

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(huì)被完全打破，由于其他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(diǎn)。

2.1熱鍍鋅涂層

熱鍍鋅實(shí)際上是一種犧牲陽極的陰極保護(hù)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(hù)。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(gè)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

2010年第2期李權(quán)，等：各種涂層在橋梁纜索上的應(yīng)用淺析69

表1各種涂層的應(yīng)用

鍍層名稱應(yīng)用

熱鍍鋅涂層絕大多數(shù)平行鋼絲斜拉索用鋼絲

鋅鉻涂層河北遷安黃臺(tái)湖橋、沈陽三好橋鋼絞線夾片Zn-Al-RE合金鍍層河海大橋預(yù)應(yīng)力鋼絲

有機(jī)混合物涂層安徽肥西青龍橋、盱眙穆高立交橋鋼絞線鍍鈦銀涂層重慶江津觀音巖大橋、重慶武陵山大橋減振器護(hù)套

成[6-7]。這種方法的特點(diǎn)是：

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

2）鍍層有一定韌性，附著力強(qiáng)，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(qiáng)度降低。

4）是犧牲陽極保護(hù)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(qiáng)，特別是耐酸蝕能力極弱，一旦發(fā)生銹蝕就不能補(bǔ)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(duì)環(huán)境會(huì)造成極大污染。

2.2鋅鉻涂層

達(dá)克羅（DACROMETR）又稱鋅鉻膜、達(dá)克銹、達(dá)克曼等，在已發(fā)布的我國有關(guān)達(dá)克羅的標(biāo)準(zhǔn)中稱為“鋅鉻涂層”（Zinc/ChromateCoatings）。達(dá)克羅技術(shù)是一種類似電鍍鋅的金屬涂層處理技術(shù)，與電鍍層相比具有以下特點(diǎn)[2]：

1）外觀為均勻的銀灰色，涂層中含有80%的薄鋅片和鋁片，其余為鉻酸鹽，具有極強(qiáng)的抗腐蝕性，比電鍍鋅提高7～10倍。

2）材料表面處理后無氫脆，特別適用于高強(qiáng)度受力件。

3）具有高耐熱性、高附著性、高耐氣候性、高耐化學(xué)品穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

4）采用了閉路循環(huán)的工作方式，與電鍍相比，生產(chǎn)過程中杜絕了廢酸、廢堿和含鋅、鉻等金屬離子污水的產(chǎn)生。

5）具有良好的工藝配套性，可在涂層表面進(jìn)行粉末靜電噴涂。靜電噴漆和電泳涂漆等形成復(fù)合涂層，既可大大提高金屬表面的抗防腐性，又可滿足各種產(chǎn)品的表觀裝飾性。

6）鍍層厚度薄，不易控制，可能會(huì)產(chǎn)生一定比例的漏鍍現(xiàn)象。

此工藝在國外已經(jīng)得到極為廣泛的應(yīng)用，涉足汽車、土木建筑、電力、化工、道路、橋梁、隧道、軍工等眾多領(lǐng)域。它不但淘汰了機(jī)械鍍鋅工藝，目前正競爭取代高強(qiáng)度物料的電鍍鋅工藝，而且熱浸鋅工藝也有被其淘汰的可能性。

橋梁錨具涂層現(xiàn)在多采用此工藝。由于該涂層較薄，不影響錨具螺紋的配合，無氫脆現(xiàn)象，具有極好的滲透性以及高防腐性能，使拉索錨具的防腐壽命為普通拉索錨具的6～7倍。

2.3Zn-5%Al-RE合金鍍層

Zn-5%Al-RE合金鍍層是Zn-Al合金的共晶體，具有較低的熔點(diǎn)。Zn的熔點(diǎn)為419.5℃，而Zn-5%Al-RE合金鍍層熔點(diǎn)為382℃。它除兼有Zn和Al的抗蝕優(yōu)點(diǎn)外，還因其合金生成了金屬化合物，且該金屬化合物在顯微狀態(tài)下為富鋁片層和富鋅片層，并呈無規(guī)則排列的取向群體（與鋼的共析組織珠光體相似）結(jié)構(gòu)，從而形成了隔離大氣的堅(jiān)固屏障（物理保護(hù)）和低電極電位的電化學(xué)保護(hù)，使其具有雙重保護(hù)作用。Zn-5%Al-RE合金鍍層特點(diǎn)如下：

1）沒有熱鍍鋅時(shí)很厚的鋅鐵合金層，具有良好的可塑性，且鍍層均勻性較好。

2）粘結(jié)性能優(yōu)越。

3）鍍層硬度高，鍍層薄，有利于鋼絲與錨具的錨固。

4）抗腐蝕能力強(qiáng)，抗腐蝕能力較熱鍍鋅鋼絲提高了1～2倍。

如果采用單浸鍍工藝，鍍層薄，實(shí)際工程使用與熱鍍鋅層防護(hù)年限相當(dāng)，優(yōu)勢并不明顯，表面存在漏鍍問題；而采用雙浸鍍工藝，可解決單浸鍍存在的問題，但也會(huì)造成鍍鍋中合金成分難控、工藝流程增加、耗費(fèi)高。

公路交通技術(shù)2010年70

2010年第2期李權(quán)，等：各種涂層在橋梁纜索上的應(yīng)用淺析

金屬保護(hù)鍍層是以保護(hù)鋼基不受腐蝕為目的，因此，其抗腐性能優(yōu)劣就成為鍍層好壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)。Zn-5%Al-RE合金鍍層替代熱鍍鋅層已成為國際上無可爭議的事實(shí)，據(jù)此而出現(xiàn)的許多鋼絲標(biāo)準(zhǔn)和鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)在美、英、德、法、加拿大等國家迅速推廣。

2.4環(huán)氧涂層

近幾年，一些鋼絲和鋼絞線有機(jī)混合物（如環(huán)氧防腐）涂料防腐技術(shù)也迅速興起，并有一定的市場前景。雖然橋用有機(jī)混合物涂料用于鋼絲或鋼絞線防腐目前還沒有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)可供參考執(zhí)行，但有機(jī)混合物（如環(huán)氧防腐）涂料防腐技術(shù)的應(yīng)用在部分行業(yè)得到迅速拓展已是不爭的事實(shí)。

環(huán)氧涂層具有以下特點(diǎn)[8-9]：

1）采用靜電噴涂或低溫溶涂技術(shù)，對(duì)鋼絞線或鋼絲的性能沒有影響，因此環(huán)氧涂層鋼絞線或鋼絲的疲勞強(qiáng)度不低于裸鋼絞線或鋼絲。

2）環(huán)氧噴涂層間具有防止陽極和陰極反應(yīng)的能力，因此這種方法比鍍鋅防腐體系的防腐蝕性強(qiáng)。

3）不但可使金屬表面得到優(yōu)良的機(jī)械性能，如防銹抗蝕、堅(jiān)硬耐磨等，而且其噴涂工藝和成本遠(yuǎn)比電鍍、化學(xué)鍍簡單低廉。

4）可實(shí)現(xiàn)纜索單絲防護(hù)和整體防護(hù)相結(jié)合。

5）由于工藝特殊，如果基材清洗、干燥不好，易造成環(huán)氧局部與基材剝離，其附著力沒有熱浸鍍效果好。

2.5鍍鈦銀涂層

鍍鈦銀所使用的原材料包括樹脂、填料、溶劑、助劑、顏料等[10]。金屬基材經(jīng)傳統(tǒng)的除油、除銹后，擦凈即可泳鍍1層鍍鈦銀底漆，僅需幾s就可迅速反應(yīng)成膜。這種膜與基材形成一個(gè)整體，泳鍍方式也是多樣化，可噴鍍、刷鍍、浸鍍、淋鍍，5～10min后即可鍍第2層，獨(dú)特的成膜機(jī)理使第2