CN114922066A - 一种防腐防火的桥梁缆索 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防腐防火的桥梁缆索，属于桥梁缆索的防护领域，防腐防火的桥梁缆索从内到外依次包括桥梁缆索、防腐层、防火层和外防护层。防腐层镀锌缆索及镀锌缠丝在工厂预防腐，方法为表面化学处理，然后涂装环氧防腐涂料；防火层为纤维增强层与弹性膨胀型钢结构防火涂料涂层交互叠加的复合涂层，抗伸缩性和抗振动性良好，遇火膨胀，防火隔热效果优异，完全满足桥梁缆索防腐防火的设计要求。
Description
技术领域：
本发明涉及一种防腐防火的桥梁缆索，属于桥梁缆索的防护领域。
技术背景
钢结构桥梁近年来发展迅速、应用广泛，以其快速制造、模式加工、灵活拼装、施工方便、环保等优点成为未来桥梁建设和发展的主导方向。随着交通流量增大，装载运输“燃、汽、爆、化”的危化品槽车日益增多。这些危化品槽车一旦发生意外火灾，短时间内释放的能量巨大，温度极高，直接破坏桥梁结构，造成巨大的经济损失。调查研究表明，油罐车发生火灾，火场焰域空间的温度变化路径与碳氢火灾模式极为相似，其极速升温，然后进入高温峰值燃烧期，整个燃烧过程呈指数分布。因此，桥梁钢结构的防火方案应按照碳氢火灾升温曲线进行设计。
目前国内对桥梁缆索的防火防护没有相关的标准，成熟技术体系很少。但任何防火隔温层方案必须满足如下主要要求:①能够满足碳氢火灾温度场的防火要求，索体表面温度不能超过400℃；②可在长期承受风荷载、振动荷载等作用下具有良好的抗震性和耐久性；③由于缆索属柔性的建筑材料，因此防火体系必须具有一定的柔性，能长期牢固地附着于缆索表面；④与缆索防腐体系和密封防护体系配套。CN1580386A公布了一种缆索的防腐防火方法，它是先制作外防护层壳体，然后再在防护壳体与缆索之间充填防腐防火材料来起到防腐防火的目的。CN109457612A在缠包带表面涂覆隔热层最外表面涂覆防火橡胶层，应用于桥梁拉索技术领域。CN112501929A主要用于斜拉桥的斜拉索、悬索桥的吊索及系杆拱桥的吊索，在护套外表面涂覆阻燃防火涂料层和面漆层，阻燃防火涂料层的厚度为0.5～1.5mm。
现有技术对主缆钢丝或镀锌缠丝的防腐防护涂装，只能作用于主缆表面或缠丝的表面，很难对内部进行涂装保护处理，防护效果难以令人满意。防火防护涂装要么采用没有抗伸缩和抗振动性能的防火涂料，要么采用不能耐碳氢火灾和长期耐候的防火涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防腐防火的桥梁缆索，具有防腐和防火双重功能，在缆索长期伸缩和振动的环境条件下能满足桥梁缆索碳氢火灾场的防火要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种防腐防火的桥梁缆索，桥梁缆索从内到外依次设有防腐层、防火层和外防护层；
所述的防腐层为在桥梁缆索的表面从内到外依次设有预防腐层、非硫化性阻蚀密封膏、预防腐镀锌缠绕钢丝、硫化型橡胶密封剂层；
所述防火层是由若干防火纤维层与弹性膨胀型钢结构防火涂料层复合而成；
所述防火纤维层与弹性膨胀型钢结构防火涂料层复合方式：是在所述防腐层表面涂覆粘结剂，在粘结剂表面铺设防火纤维层，弹性膨胀型钢结构防火涂料层涂刷在防火纤维层表面，然后弹性膨胀型钢结构防火涂料层表面再铺设防火纤维层，接着再涂刷弹性膨胀型钢结构防火涂料层，依此方法形成由防火纤维层和弹性膨胀型钢结构防火涂料层相互间隔叠加的防火层，每层膨胀型钢结构防火涂料层的厚度为0.4~1.5mm；
所述防火纤维层为防火纤维布或防火纤维毡；
防火纤维可以是芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维。
所述外防护层是在防火层表面涂覆阻燃密封胶层，在阻燃密封胶层表面涂刷弹性丙烯酸聚氨酯面漆涂层或弹性氟碳面漆涂层。
作为本发明所述的一种防腐防火的桥梁缆索的优选方案：所述防火纤维层与弹性膨胀型钢结构防火涂料层复合方式：是在所述防腐层表面涂覆粘结剂，在粘结剂表面铺设防火纤维布，弹性膨胀型钢结构防火涂料层涂刷在防火纤维布表面，涂刷厚度0.6mm~1mm，然后弹性膨胀型钢结构防火涂料层表面再铺设防火纤维布，接着再涂刷弹性膨胀型钢结构防火涂料层，涂刷厚度0.6mm~1mm，然后再次铺设防火纤维布和弹性膨胀型钢结构防火涂料层，涂刷总厚度2mm~3mm。
作为本发明所述的一种防腐防火的桥梁缆索的优选方案：所述桥梁缆索内部空隙空间通干燥空气，用于除湿。以保证桥梁缆索内部空气湿度不超过防腐要求；
作为本发明所述的一种防腐防火的桥梁缆索的优选方案：所述桥梁缆索是由多根桥梁缆索镀锌钢丝捆扎为成束制成；所述镀锌缠绕钢丝用于对成束的桥梁缆索外表面缠绕捆扎
每根所述桥梁缆索镀锌钢丝和所述镀锌缠绕钢丝，二者表面进行处理，经过表面清理→化学处理→烘干→环氧涂料防腐涂装→固化，制备成预防腐层；
其中，表面清理是指对二者表面的杂质、油污、灰尘清理；
化学处理是二者进行化学处理，化学处理的方法是至对二者表面进行磷化、陶化或铬化后，在110℃-130℃条件下烘干5min-10min；
环氧涂料防腐涂装是指使用环氧涂料对二者表面进行喷涂，喷涂厚度80μm-200μm；
采用粉末环氧涂料进行静电喷涂，或采用溶剂型或水性环氧涂料进行喷涂，溶剂型或水性环氧涂料为环氧富锌涂料或酚醛环氧涂料；
固化，采用粉末环氧涂料的固化温度是180℃-200℃；采用溶剂型或水性环氧涂料的固化温度为75℃-85℃。
作为本发明所述的一种防腐防火的桥梁缆索的优选方案：所述弹性膨胀型钢结构防火涂料层，各原料按重量份如下：
高沸点溶剂、18~20份，橡胶弹性体树脂、16~20份，丙烯酸酯树脂、4~6份，分散剂、0.3~0.6份，聚磷酸三聚氰胺、5~6份，聚磷酸铵APP-Ⅱ、27~29份，三聚氰胺、12~14份，季戊四醇、9~11份，5-苯基四氮唑、2~3份，钛白粉7~9份，玻璃纤维6~8份，氯化石蜡、3~4份，碳酸酯偶联剂3~5份；
具体制备步骤如下：
步骤一，将高沸点溶剂、橡胶弹性树脂、丙烯酸树脂、分散剂依次加入搅拌釜，在800rpm转速下混合搅拌20min；
步骤二，将聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸铵APP-Ⅱ、三聚氰胺、季戊四醇、5-苯基四氮唑、钛白粉、氯化石蜡依次加入高速混料罐中，高速混合6min，用ACM分级磨磨粉，D50粒径控制在40μm以下；
步骤三，向步骤二混料罐中，加入钛酸酯偶联剂，高速混合6min，得到混合料；
步骤四，再将步骤三混合料和玻璃纤维加入到步骤一搅拌釜中，500rpm转速搅拌30min，然后采用双螺杆挤出机在常温下多次混炼挤出，即可得到弹性膨胀型钢结构防火涂料层。
采用挤出机混炼挤出的方法代替真空搅拌或锆珠研磨或三辊研磨，生产效率更高。
所述高沸点溶剂为丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、醋酸戊酯、醋酸异戊酯、醋酸异丁酯、醋酸丁酯中的一种或两种的混合。
本发明的有益效果为：本发明在缆索安装前完成预防腐工作，使得防腐效率和防腐质量显著提高；本发明应用的防火涂料为弹性膨胀型钢结构防护涂料，遇火膨胀，特别是碳氢火场下，防火涂料遇热软化继而膨胀发泡形成致密的隔热层，阻隔热量向缆索的传递，有效防护桥梁缆索免受火灾的损害，弹性膨胀型防火涂料与纤维增强层层叠交互形成一个整体，抗伸缩和抗振动性能显著增强；燃烧测试表明，缆索背温按照行业目标要求400℃计，本发明耐火极限达到90min，燃烧后本发明防火涂料涂层不受配套方案任何不利影响，膨胀达到14倍，本发明取得了突出的防腐防护效果，具有良好的市场竞争力和应用前景。
附图说明：
图1是燃烧后本发明防火层表面状态；
图2是燃烧后本发明防火层截面状态；
图3-本发明燃烧测试耐火曲线图。
具体实施方式
以下所述实例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但并不限制本发明专利的保护范围，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
实施例1
弹性膨胀型钢结构防火涂料层及其制备方法：
弹性膨胀型钢结构防火涂料层种各组分按重量份如下：醋酸丁酯20份、SEBS弹性体16份、丙烯酸酯树脂5份、分散剂0.3份、聚磷酸三聚氰胺5份、聚磷酸铵APP-Ⅱ 28份、三聚氰胺13份、季戊四醇10份、5-苯基四氮唑2.5份、钛白粉8份、玻璃纤维7份、氯化石蜡3份、碳酸酯偶联剂3.5份。
具体制备步骤如下：
步骤一，将醋酸丁酯、SEBS弹性体、丙烯酸酯树脂、分散剂依次加入搅拌釜，在800rpm转速下混合搅拌20min；
步骤二，将聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸铵APP-Ⅱ、三聚氰胺、季戊四醇、5-苯基四氮唑、钛白粉、氯化石蜡依次加入高速混料罐中，高速混合6min，用ACM分级磨磨粉，D50粒径控制在40μm以下；
步骤三，向步骤二混料罐中，加入钛酸酯偶联剂，高速混合6min，得到混合料；
步骤四，再将步骤三混合料和玻璃纤维加入到步骤一搅拌釜中，500rpm转速搅拌30min，然后采用双螺杆挤出机在常温下反复混炼挤出两次，即可得到弹性膨胀型钢结构防火涂料。
实施例2
一种防腐防火的桥梁缆索，从内到外依次包括桥梁缆索、防腐层、防火层和外防护层；
防腐层为在桥梁缆索的表面从内到外依次包括预防腐层、非硫化性阻蚀密封膏、预防腐镀锌缠绕钢丝、硫化型橡胶密封剂层，除湿系统在桥梁缆索内部空隙空间通干燥空气，干燥空气的相对湿度不超过40%。
桥梁缆索和镀锌缠绕钢丝，其表面预防腐涂层由内到外依次为化学处理底层、环氧树脂层，其制备方法是安装前在工厂车间进行，工艺如下：表面清理→化学处理→烘干→环氧涂料防腐涂装→固化→安装。首先清理缆索单根镀锌钢丝或缆索的镀锌缠丝表面的杂质、油污、灰尘等；然后将缆索单根镀锌钢丝或缆索的镀锌缠丝进行铬化处理，根据处理设备的不同，可以逐根铬化处理，也可以多根同时铬化处理；在110℃-130℃条件下烘干5min；接着采用酚醛环氧粉末涂料对镀锌钢丝或镀锌缠丝表面进行静电喷涂，厚度80μm-100μm，再于180℃-200℃的烘道中烘烤固化；经过固化工序后的桥梁缆索镀锌钢丝或镀锌缠绕钢丝即为预防腐的桥梁缆索镀锌钢丝或预防腐的镀锌缠绕钢丝，将钢丝收成卷，运输到桥梁安装现场进行现场安装。在桥梁施工现场，将多根预防腐的桥梁缆索镀锌钢丝捆扎成束，然后进行主缆架设、紧固等施工，完成主缆架设需要防腐施工阶段，直接刮涂非硫化性阻蚀密封膏，然后用预防腐的镀锌缠绕钢丝缠绕主缆，清理干净缠丝表面后直接刮涂MS密封胶，密封胶厚度3mm。
防火层为由玄武岩纤维布和弹性膨胀型钢结构防火涂料复合而成；在防腐层表面涂覆MS密封粘结剂层3mm，在粘结剂层表面未固化时铺设一层玄武岩纤维布，并用力轻抚纤维布表面，使得粘结剂部分渗透到纤维布中，待MS密封粘结剂层干燥固化后，涂刷现有技术的弹性膨胀型钢结构防火涂料，厚度0.6mm，紧接着在防火涂料表面铺设一层玄武岩纤维布；待防火涂料干燥固化后，继续涂刷弹性膨胀型钢结构防火涂料，厚度0.8mm，紧接着在防火涂料表面再铺设一层玄武岩纤维布；待防火涂料干燥固化后，继续涂刷弹性膨胀型钢结构防火涂料，防火层总厚度为2mm。
在防火层防火涂料完全固化干燥后涂覆阻燃改性硅酮密封胶层，厚度2mm，密封胶干燥后涂刷弹性氟碳面漆涂层，厚度80μm。
实施例3：
见图1、图2、图3所示：
一种防腐防火的桥梁缆索，从内到外依次包括桥梁缆索、防腐层、防火层和外防护层，与实施例2类似，主要区别是所用弹性膨胀型钢结构防火涂料采用实施例1产品替代即可。
上述实施例桥梁缆索经过6000h耐中性盐雾试验无生锈、剥落、气泡现象；经过2000hQ-UV加速耐老化试验，试样表面无明显变色、剥落、起泡等现象；经燃烧时间64min，缆索内部温度不超过300℃；燃烧时间90min，缆索内部温度刚达到400℃，燃烧后测试缆索表面防火涂料涂层膨胀14倍。
本实施例弹性膨胀型钢结构防火涂料在涂层物理机械性能、燃烧膨胀率以及耐火效率上与现有技术采用进口主材的弹性膨胀型钢结构防火涂料相当，完全可以取代现有进口材料产品，具有良好的推广前景。
Claims (7)
1.一种防腐防火的桥梁缆索，其特征在于：桥梁缆索从内到外依次设有防腐层、防火层和外防护层；
所述防腐层为在桥梁缆索的表面从内到外依次设有非硫化性阻蚀密封膏、镀锌缠绕钢丝、硫化型橡胶密封剂层；
所述防火层是由若干防火纤维层与弹性膨胀型钢结构防火涂料层复合而成；
所述防火纤维层与弹性膨胀型钢结构防火涂料层复合方式：是在所述防腐层表面涂覆粘结剂，在粘结剂表面铺设防火纤维层，弹性膨胀型钢结构防火涂料层涂刷在防火纤维层表面，然后弹性膨胀型钢结构防火涂料层表面再铺设防火纤维层，接着再涂刷弹性膨胀型钢结构防火涂料层，依此方法形成由防火纤维层和弹性膨胀型钢结构防火涂料层相互间隔叠加的防火层，每层膨胀型钢结构防火涂料层的厚度为0.4~1.5mm；
所述防火纤维层为防火纤维布或防火纤维毡；
所述外防护层是在防火层表面涂覆阻燃密封胶层，在阻燃密封胶层表面涂刷弹性丙烯酸聚氨酯面漆涂层或弹性氟碳面漆涂层。
2.根据权利要求1所述的一种防腐防火的桥梁缆索，其特征在于：所述防火纤维层与弹性膨胀型钢结构防火涂料层复合方式：是在所述防腐层表面涂覆粘结剂，在粘结剂表面铺设防火纤维布，弹性膨胀型钢结构防火涂料层涂刷在防火纤维布表面，涂刷厚度0.6mm~1mm，然后弹性膨胀型钢结构防火涂料层表面再铺设防火纤维布，接着再涂刷弹性膨胀型钢结构防火涂料层，涂刷厚度0.6mm~1mm，然后再次铺设防火纤维布和弹性膨胀型钢结构防火涂料层，涂刷总厚度2mm~3mm。
3.根据权利要求1所述的一种防腐防火的桥梁缆索，其特征在于：所述桥梁缆索内部空隙空间通干燥空气，用于除湿。
4.根据权利要求1所述的一种防腐防火的桥梁缆索，其特征在于：
所述桥梁缆索是由多根桥梁缆索镀锌钢丝捆扎为成束制成；所述镀锌缠绕钢丝用于对成束的桥梁缆索外表面缠绕捆扎
每根所述桥梁缆索镀锌钢丝和所述镀锌缠绕钢丝，二者表面进行处理，经过表面清理→化学处理→烘干→环氧涂料防腐涂装→固化，制备成预防腐层；
其中，表面清理是指对二者表面的杂质、油污、灰尘清理；
化学处理是二者进行化学处理，化学处理的方法是至对二者表面进行磷化、陶化或铬化后，在110℃-130℃条件下烘干5min-10min；
环氧涂料防腐涂装是指使用环氧涂料对二者表面进行喷涂，喷涂厚度80μm-200μm；
采用粉末环氧涂料进行静电喷涂，或采用溶剂型或水性环氧涂料进行喷涂，溶剂型或水性环氧涂料为环氧富锌涂料或酚醛环氧涂料；
固化，采用粉末环氧涂料的固化温度是180℃-200℃；采用溶剂型或水性环氧涂料的固化温度为75℃-85℃。
5.根据权利要求1所述的一种防腐防火的桥梁缆索，其特征在于：所述防火纤维为芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维。
6.根据权利要求1所述的一种防腐防火的桥梁缆索，其特征在于：所述弹性膨胀型钢结构防火涂料层，各原料按重量份如下：
高沸点溶剂、18~20份，橡胶弹性体树脂、16~20份，丙烯酸酯树脂、4~6份，分散剂、0.3~0.6份，聚磷酸三聚氰胺、5~6份，聚磷酸铵APP-Ⅱ、27~29份，三聚氰胺、12~14份，季戊四醇、9~11份，5-苯基四氮唑、2~3份，钛白粉7~9份，玻璃纤维6~8份，氯化石蜡、3~4份，碳酸酯偶联剂3~5份；
具体制备步骤如下：
步骤一，将高沸点溶剂、橡胶弹性树脂、丙烯酸树脂、分散剂依次加入搅拌釜，在800rpm转速下混合搅拌20min；
步骤二，将聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸铵APP-Ⅱ、三聚氰胺、季戊四醇、5-苯基四氮唑、钛白粉、氯化石蜡依次加入高速混料罐中，高速混合6min，用ACM分级磨磨粉，D50粒径控制在40μm以下；
步骤三，向步骤二混料罐中，加入钛酸酯偶联剂，高速混合6min，得到混合料；
步骤四，再将步骤三混合料和玻璃纤维加入到步骤一搅拌釜中，500rpm转速搅拌30min，然后采用双螺杆挤出机在常温下多次混炼挤出，即可得到弹性膨胀型钢结构防火涂料层。
7.根据权利要求6所述的一种防腐防火的桥梁缆索，其特征在于：所述高沸点溶剂为丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、醋酸戊酯、醋酸异戊酯、醋酸异丁酯、醋酸丁酯中的一种或两种的混合。
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