陳 丹，張 敏，王玉美，胡生祥

（鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司，河南 鄭州 450000）

關(guān)鍵字：懸索橋；主纜防腐；聚硫密封膠；硅改性聚醚密封膠（MS密封膠）；耐久性

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，橋梁建設(shè)也得到了快速發(fā)展。其中懸索橋的發(fā)展日趨成熟，跨度越來越大，結(jié)構(gòu)越來越好，并且輕型美觀，已成為特大跨度橋梁的首選橋型[1]。懸索橋主要是由主纜、主塔、錨碇和加勁梁四大主體結(jié)構(gòu)以及塔頂主鞍座、錨口散索鞍座和懸吊系等重要附屬系統(tǒng)組成。其中主纜是懸索橋最重要的受力構(gòu)件之一，且是不可更換構(gòu)件，被稱為懸索橋的“生命線”[2，3]。主纜長期暴露在大氣環(huán)境中，經(jīng)受著各種不利環(huán)境的侵蝕，主纜鋼絲逐漸產(chǎn)生銹蝕，而銹蝕會(huì)減少有效的索股面積和強(qiáng)度，嚴(yán)重危及到懸索橋的安全性和使用年限。因此，主纜的壽命直接影響甚至決定著懸索橋的使用壽命。

為了應(yīng)對(duì)主纜耐久性不斷提出的更高要求，在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)、總結(jié)我國懸索橋主纜系統(tǒng)防腐涂裝經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，國家交通部發(fā)布了JT/T 694—2007《懸索橋主纜系統(tǒng)防腐涂裝技術(shù)條件》[4]，規(guī)范了主纜防腐涂裝體系和質(zhì)量控制[5]。按照該標(biāo)準(zhǔn)，懸索橋主纜防腐涂裝體系采用的技術(shù)是：鋼絲出廠前進(jìn)行鍍鋅處理，主纜成形后通過“不干性密封膏+纏繞鋼絲+聚硫橡膠包覆層+881系統(tǒng)重防腐涂裝材料”的方式來進(jìn)行防腐，如圖1所示。

這種主纜防護(hù)體系實(shí)際是通過對(duì)主纜外層的硫化型橡膠密封劑進(jìn)行密封包裹來防止水分和其他腐蝕因子侵入其內(nèi)部以達(dá)到防腐蝕目的，所以硫化型橡膠密封劑的防腐效果對(duì)該防腐體系至關(guān)重要。在過去幾十年里，主纜防護(hù)體系中采用高性能的聚硫防腐密封膠作為外層防護(hù)密封膠，但近年來，發(fā)現(xiàn)有橋梁主纜用硅改性聚醚密封膠（簡稱MS密封膠）作為外層防腐密封膠[6]，所以本文依據(jù)JT/T 694—2007附錄A.3硫化型橡膠密封劑技術(shù)指標(biāo)，對(duì)聚硫密封膠和MS密封膠進(jìn)行全面性能對(duì)比分析，以供橋梁業(yè)內(nèi)人士選擇密封膠時(shí)參考。

圖1　主纜纏絲段涂層配套體系示意圖Fig.1　Schematic diagram of supporting system of main cable wrapping

1　 實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要材料

聚硫密封膠、MS密封膠，均取自某橋梁主纜施工現(xiàn)場。

1.2　儀器與設(shè)備

萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，CMT 4304，深圳三思縱橫科技股份有限公司；鼓風(fēng)干燥箱，GZY-9030 MBE，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；水蒸氣透過率測試儀，W3/060，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司。

1.3　性能測試

密度：采用GB/T 533測試；不揮發(fā)分含量：采用HB 6743測試；流淌性：采用HB 5243測試；邵A硬度：采用GB/T 531測試；水蒸氣透過率：采用GB/T 17146測試；拉伸性能：采用HB 5246、GB/T 528測試；熱空氣老化性能：采用HB 5246、HB 5247測試；剝離性能：采用HB 5248測試；耐腐蝕性：采用HB5273測試。

2　 結(jié)果與討論

2.1　密封膠的物理性能對(duì)比分析

表1出示了JT/T 694—2007標(biāo)準(zhǔn)所要求的物理性能檢驗(yàn)項(xiàng)目，分析試驗(yàn)結(jié)果可知：①聚硫密封膠是雙組分密封膠，固化快，在較短時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到硬度的80%，施工效率高；MS密封膠是單組分密封膠，屬于濕氣固化，固化速度慢，施工周期長。在實(shí)際施工時(shí)，MS密封膠一天刮涂2遍的厚度在0.5 mm左右，而要達(dá)到2.5 mm厚度就需要5 d左右；聚硫密封膠固化速度快，一天可刮涂3遍就達(dá)到要求厚度，與之相比大大縮短涂裝工期。②聚硫密封膠的不揮發(fā)分含量滿足JT/T 694—2007技術(shù)指標(biāo)；MS密封膠的不揮發(fā)分含量不符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，這是因?yàn)镸S密封膠固化是縮合反應(yīng)，后期還會(huì)持續(xù)反應(yīng)，釋放小分子，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。③聚硫密封膠的硬度比MS密封膠大，使得聚硫密封膠抵抗外來物破壞的能力比MS密封膠要好。

表1　聚硫密封膠和MS密封膠的物理性能對(duì)比Tab.1　Comparison of physical performance of polysulfide sealant and MS sealant

2.2　密封膠的水蒸氣透過率和力學(xué)性能對(duì)比分析

涂覆密封膠的主要目的是阻止環(huán)境中的水氣進(jìn)入主纜內(nèi)部，所以密封材料的水蒸氣透過率也是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)。測試了2種密封膠的水蒸氣透過率，密封膠試樣厚度為2 mm，測試結(jié)果見表2。

表2　聚硫密封膠和MS密封膠的水蒸氣透過率性能比較Tab.2　Comparison of water vapor transmission of polysulfide sealant and MS sealant

從表2可以看出，聚硫密封膠具有極低的水蒸氣透過率，MS密封膠的水蒸氣透過率約是聚硫密封膠的5倍，這是因?yàn)镸S密封膠主鏈為聚醚鏈段，吸水率高，而聚硫密封膠為脂肪鏈，疏水性大。所以同種施工工藝流程欲達(dá)到同樣的水蒸氣透過率效果，MS密封膠的厚度和用量會(huì)比聚硫密封膠高出若干倍。聚硫密封膠的水蒸氣透過率為固化型密封膠中最小的[7]，如果橋梁處于海洋大氣環(huán)境中，尤其是處于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候環(huán)境中，終年溫暖濕潤、雨量充沛，建議選用聚硫密封膠作為主纜防護(hù)體系的外層防腐密封膠。

在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下[溫度（23±2）℃，濕度（50±5）%）]，聚硫密封膠的試樣養(yǎng)護(hù)14 d，MS密封膠的試樣養(yǎng)護(hù)21 d，再測試力學(xué)性能，結(jié)果見表3。

由表3可知，聚硫密封膠和MS密封膠的拉伸性能、粘接性能和耐腐蝕性皆符合JT/T 694—2007標(biāo)準(zhǔn)要求，但在熱空氣老化性能上，表現(xiàn)出很大的不同。聚硫密封膠經(jīng)120℃老化7 d后，拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率稍有些增大，密封膠的力學(xué)性能基本保持不變，表現(xiàn)出優(yōu)越的耐熱老化性能。MS密封膠在120℃熱空氣老化5 d后，試樣發(fā)黏、斷裂，老化7 d后，試樣完全粉化。聚硫密封膠和MS密封膠經(jīng)120 ℃熱空氣老化7 d后試樣如圖2所示。

表3　聚硫密封膠和MS密封膠的力學(xué)性能對(duì)比Tab.3　Comparison of mechanical properties of polysulfide sealant and MS sealant

圖2　聚硫密封膠（a）和MS密封膠（b）經(jīng)120 ℃熱空氣老化后試樣圖對(duì)比Fig.2　Specimen comparison of polysulfide sealant（a） and MS sealant（b） after hot air aging at 120 ℃

2.3　密封膠的老化性能對(duì)比分析

在JT/T 694—2007標(biāo)準(zhǔn)中，熱空氣老化性能直接考查的是密封膠的使用壽命。據(jù)研究報(bào)道，已有用熱氧老化法估算密封膠的理論壽命，雖與實(shí)際使用壽命不同，但可通過測試耐熱氧性來進(jìn)行不同密封膠品種間的相對(duì)耐久性比較[8]。本文以JT/T 694—2007標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的120 ℃為條件，比較聚硫密封膠和MS密封膠的耐久性，見圖3。

圖3　聚硫密封膠和MS密封膠經(jīng)120 ℃熱空氣老化后力學(xué)強(qiáng)度變化示意圖Fig.3　Mechanical strength changes of polysulfide sealant and MS sealant after hot air aging at 120 ℃

圖3中（a）是2種密封膠經(jīng)120 ℃熱空氣老化后的拉伸強(qiáng)度的變化值，（b）是2種密封膠經(jīng)120 ℃熱空氣老化后粘接性能的變化值。聚硫密封膠經(jīng)120 ℃熱空氣老化30 d后，拉伸強(qiáng)度和粘接性能扔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于JT/T 694—2007的標(biāo)準(zhǔn)要求，耐熱空氣老化性能卓越。而MS密封膠的拉伸強(qiáng)度在熱空氣老化第4 d已經(jīng)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，第5 d后試樣就完全被破壞，已無力學(xué)性能可言；粘接性能是在熱空氣老化第5 d后不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，第6 d已無粘接性能和力學(xué)性能。由此可知，MS密封膠可耐120 ℃熱空氣老化3 d，聚硫密封膠在120 ℃熱空氣老化30 d后，性能依然滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，耐老化優(yōu)越，由此可推測聚硫密封膠的耐久性是MS密封膠的耐久性的至少10倍以上。

4　 結(jié)論

1）MS密封膠的不揮發(fā)分含量和熱空氣老化性能不符合JT/T 694—2007標(biāo)準(zhǔn)要求，聚硫密封膠滿足該標(biāo)準(zhǔn)的全部技術(shù)指標(biāo)。

2）聚硫密封膠的水蒸氣透過率為固化型密封膠中最小的，具有良好的密封性能，遠(yuǎn)優(yōu)于MS密封膠的水蒸氣透過率。

3）聚硫密封膠具有卓越的耐老化性能，使用壽命長；MS密封膠耐老化性能差，在較短時(shí)間內(nèi)的高溫老化就會(huì)粉化，使用壽命短。

本文依據(jù)JT/T 694—2007，對(duì)聚硫密封膠和硅改性聚醚密封膠性能進(jìn)行了對(duì)比分析研究，以供橋梁建設(shè)選用密封膠時(shí)參考。