桥梁拉索钢丝模拟酸雨溶液中腐蚀行为研究及拉索寿命预测

【摘要】： 斜拉桥具有跨越能力大、结构轻巧美观、受力明确、空气动力性好、结构型式简洁等优点,正成为现代桥梁建设的主流桥型之一。拉索是斜拉桥的主要承重结构,其耐久性将直接影响全桥安全和使用寿命。拉索由于长期承受交变载荷并暴露于自然环境,特别是含大量SO42-、Cl-等腐蚀性介质的污染大气环境中,极易发生腐蚀破坏,严重影响桥梁安全和使用寿命,甚至可能造成重大安全事故和经济损失。因此,研究拉索腐蚀行为和阻断腐蚀诱因对提高斜拉桥拉索耐久性与安全性具有重要意义。 采用Tafel直线外推法和交流阻抗技术研究斜拉桥拉索用高强度热浸镀锌、电镀锌彩钝、电镀三镍/铬钢丝在不同拉伸应力、不同温度模拟酸雨腐蚀介质中的腐蚀行为;采用溶胶凝胶法在热浸镀锌钢丝表面制备硅烷及铈盐修饰硅烷膜层,研究其在模拟酸雨腐蚀介质中的腐蚀行为;通过加速腐蚀试验研究带PE护套拉索在模拟酸雨腐蚀介质中的腐蚀行为,并分析钢丝样品氢含量。主要结论如下:①综述国内外斜拉桥发展现状,拉索腐蚀危害及其防护措施,拉索腐蚀研究现状,以及拉索腐蚀剩余寿命预测方法。 ②在60℃模拟酸雨溶液中,热浸镀锌、电镀锌彩钝钢丝受到1100MPa拉伸应力作用时腐蚀电流密度达最大值,分别为27.95μA·cm-2和53.45μA·cm-2,是无应力作用、于室温下的4.5倍和3.8倍;电镀三镍/铬钢丝受到600MPa拉伸应力作用时腐蚀电流密度出现峰值,为0.21μA·cm-2,是无应力作用、于室温下的2.5倍。热浸镀锌钢丝在60℃腐蚀介质中腐蚀后有白色颗粒状腐蚀产物在小孔周围生成,而室温下其腐蚀产物呈多孔膜状;电镀锌彩钝钢丝腐蚀后钝化膜层破裂;电镀三镍/铬钢丝腐蚀后出现许多垂直于基体方向的小孔。 ③镀锌钢丝涂覆VS后腐蚀电位正移,阳极过程得到抑制,保护效率为41.4%;随铈盐含量增加,腐蚀电位逐渐变正,腐蚀速率降低,添加量为0.5wt.%时保护效率达到86.9%。 ④1100MPa拉伸应力作用下,镀锌钢丝在35℃和50℃盐雾中腐蚀速率为3.6 mg?dm-2?d-1和4.3 mg?dm-2?d-1,分别为无应力作用时相应温度下腐蚀速率的1.6倍和1.9倍。即同一温度下,镀锌钢丝腐蚀速率随拉伸应力增大而增加;受力相同时,升高温度,出现红锈周期缩短,腐蚀程度加重。 ⑤拉索经过2.5个月酸雾试验后,外层镀锌钢丝局部镀锌层耗尽,腐蚀主要沿径向扩展,内层镀锌钢丝不发生腐蚀;镀锌钢丝在腐蚀介质中发生析氢反应,3个月后达到4.50ppm,是未腐蚀镀锌钢丝氢含量的1.8倍; 2个月时主要腐蚀产物为3Zn(OH)_2·ZnSO_4·5H_2O,有少量Zn_5(OH)_6(CO_3)_2和ZnFe_4(SO_4)_6(OH)_2·18H_2O。3个月时主要腐蚀产物为ZnSO_3·2H_2O、Fe_6(OH)12CO_3,有少量Zn_7(CO_3)_2(OH)10、3Zn(OH)_2·ZnSO_4?3H_2O。 ⑥根据镀锌钢丝和全裸钢丝腐蚀速率,以及实际桥梁拉索钢丝腐蚀数据,采用修正因子修正方法建立桥梁拉索寿命估算数学模型,计算获得拉索寿命为14.6年。