主缆腐蚀及其除湿防护方法分析

许鑫

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074)

1 概述

悬索桥主缆的腐蚀一直是桥梁中的重大问题。有些情况下，必须以巨大的成本更换主缆，甚至关闭这座桥。实例表明，传统的主缆防护系统，即所谓的罗布林系统，不能防止腐蚀，而只是减缓腐蚀。旧式悬索桥由于主缆的安全系数相当高，尽管受到腐蚀，仍然能够运营，所以主缆性能的降低在一定程度上是可以接受的。目前，新悬索桥上的主缆通常设计的安全系数低得多，这使得它们对腐蚀更加敏感。人们早已在桥梁上发现相对严重的腐蚀，影响桥梁结构的安全。因此，无论桥龄如何，都必须防止主缆的腐蚀。

2 除湿概念

许多桥梁的主要构件是钢结构。为了确保较长的使用寿命和提供适当的安全水平，必须保护这些结构免受腐蚀。腐蚀防护传统上是通过表面处理来提供的，即套筒和喷漆。在过去的几十年中，一种替代方法——除湿——已经被开发、实施和证明。除湿系统通过吹干主缆空气，并保持主缆中的大气干燥，从而不会发生腐蚀。除湿在技术、经济和环境等方面都已被证明优于喷漆。

除湿在桥梁中最广泛的应用是保护封闭箱梁的内表面。除湿系统也已在许多其他桥梁结构中设计和安装，包括：(1)悬索桥上的锚碇；(2)悬索桥上的索鞍；(3)基座室；(4)斜拉桥塔顶的锚固箱。

经验证明，如果钢结构附近的相对湿度保持在60%以下，就不会发生腐蚀。这是除湿防腐的基本概念。

除湿设备，例如用于桥梁结构的除湿设备，是使封闭空间的相对湿度保持在可接受水平之下的众所周知和可靠的手段。在过去的四十年中，COWI 已经开发了使用除湿来保护桥梁中封闭钢表面的腐蚀。在此期间，桥梁除湿概念已得到国际认可，并且成为许多国家的标准要求。

实践证明，除湿法在各方面都是较优的方法。除湿的主要优点是：(1)除湿几乎100%有效，提供比油漆高得多的保护；(2)除湿初始成本只是油漆成本的一小部分；(3)除湿设备的维护费用比油漆的低得多；(4) 除湿设备的生命周期成本要低得多；(5)容易监测和核实有效性；(6)除湿是环境友好的，它没有喷漆造成的环境问题。

有两种主要的除湿方法：冷凝和吸附。吸附可以是被动的，也可以是主动的，主要区别在于使用强制气流。对于桥梁结构，采用主动吸附是最有效的方法。

通过吸附除湿的被动手段是众所周知的，例如硅胶的小袋，通常用电子设备或其他湿敏产品包装在封装中。大部分的吸附材料也用于降低潮湿的地下室的相对湿度。被动法不适合于钢桥结构的腐蚀防护，而采用更为有效的主动法。吸附除湿法通过将空气中的水分与吸湿材料（吸附剂）结合来工作。

吸附系统包含由许多小管构成的转子，这些小管涂有吸附剂，最常见的是氯化锂。工艺空气被迫通过转子，在此工艺下其水分被吸收，使空气干燥。转子转动非常慢，为过程留出时间。在转子的对面，加热的进气被吹过，使吸附剂涂层干燥。这种空气变得充满水分，随后被排出。

该方法对于所有空气条件都是有效的，没有与冷凝法相同的温度和相对湿度限制，适用于各种桥梁结构，效果良好。

3 主缆除湿系统

主缆除湿系统通常基于与上述应用相同的技术。有三个主要组成部分：(1)用于主缆的密封系统，包括主缆带、鞍座和其他连接的部件；(2)一种除湿系统，能够产生和吹干主缆周围空气；(3)控制和监测系统。

4 寿命周期成本分析

对于箱梁内表面的腐蚀防护，除湿法较之传统的涂装防护早有研究。得出的结论是，除湿净现值仅是油漆系统净现值的百分之几，从而在桥梁的使用寿命期间产生了巨大的节省。

如果将下列成本考虑在内，除湿将更有利：(1)当采用涂装方法时，主缆将在一定程度上恶化。这导致非常昂贵的侵入性检查和康复工作。这些费用不包括成本和由于劣化（降低承载能力）而造成的损失值。(2)如果要应用红色铅漆，由于环境成本，涂装方法将更加昂贵。(3)涂装方法需要长时间的交通中断，包括交通中断的成本和用户损失的时间。

对于新的主缆，应用除湿可以节省更多的费用。除了上述节余，还有以下节余：(1)可以省去锌膏和包线；(2)由于减少以上过程，时间缩短——间接节省了费用；(3)承载的恒载更少，间接提高了结构（主缆、塔架、锚固和地基）安全性。

5 案例

高地海岸大桥于1998 年开通，主跨长1210 米，边跨长310米和280 米，总长1800 米。每根主缆大约有1900 米长。主缆腐蚀防护系统采用传统的镀锌线、锌膏、包线和涂料体系。

2004 年初，COWI 进行基于上述桥梁的除湿经验的新型腐蚀防护系统的项目研究。基于该概要设计研究了一个具有流程段的应用程序布局。该系统在塔顶和跨中箱梁中设置有干燥空气缓冲罐，干燥的空气从塔架流到锚地处的排气点，并流到中间跨度的一半。干燥空气从跨中箱梁流动到相互的排气点，一半到塔架。

尽管由于恶劣的天气导致25%的停工时间，但在2005 年4月至10 月工程仅用了6 个月就完成了。该系统现已运行约7 个月，来自有关监测系统的数据表明，该系统运行良好，主缆的密封工作做得很好。

6 结论

一种除湿系统，由密封系统、干燥空气系统和监测系统组成，其总体上是用于保护主缆免受腐蚀的最新方法。这是唯一能完全防止腐蚀的系统，而其他系统最多只能减缓腐蚀。除湿系统相对于传统系统的主要优点是：

6.1 有效防止腐蚀；

6.2 监测确保对此进行良好的记录；

6.3 生命周期成本要低得多，低50-80%；

6.4 环境友好——去除或应用油漆或浆料时没有有毒废物；

6.5 对工人更安全- 不暴露于油漆或浆料的去除或应用的工作条件；

6.6 对天气条件不那么敏感，而且速度要快得多；

6.7 由于不需要锌膏，所以包裹线可以比常规快得多，既能直接节省时间，又能间接节省时间。