CN1580386A

CN1580386A - 防腐蚀防火缆索

Info

Publication number: CN1580386A
Application number: CN 200410022565
Authority: CN
Inventors: 赵全玺; 赵鸿; 赵毅
Original assignee: 赵全玺
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2005-02-16

Abstract

本发明是一种带有防腐蚀、防火双功能防护层的缆索，具有可监测可调控的阴极保护功能与屏蔽保护功能相结合的防腐蚀体系，能够在各种潮湿自然环境中保持缆索长期不腐蚀，遇火灾时防护层中的组合物能迅速膨胀形成一层牢固和高效的隔热层，使缆索的耐火极限达2小时以上。本发明适用于需要长效防腐蚀或既要防腐蚀又同时需要防火的各种大型钢结构，例如用作各种大型桥梁、大型钢结构建筑，以及机场设施、体育馆、展览厅等大型纲结构建筑物所需的斜拉索或悬索。

Description

防腐蚀防火缆索

本发明涉及一种带防护层的缆索，该防护层对各种形式的钢制缆索都具有长效防腐蚀功能或具有防腐蚀和防火双重功能，按本发明制作的缆索适用于各种大型钢结构建筑，例如各种大型桥梁以及机场设施、体育馆、展览馆等大型钢结构建筑物所需的悬索或斜拉索，避免钢结构建筑因腐蚀或火灾引起的安全事故。

随着现代建设事业的发展，由纽绞钢丝形成的斜拉索和平行钢丝束组成的悬索在众多的现代桥梁和钢结构建筑中得到了广泛的应用，缆索的防腐蚀和防火成为影响桥梁和建筑物的安全和使用寿命的一项极为重要的技术难题。由于缆索结构的特殊性，很难采用常规的防腐蚀涂料或防火涂料来保护，现有的缆索多数采用PE树脂或加有阻燃剂的PE树脂作为保护层，在长期使用过程中PE保护层因老化，或其他原因难免出现细小缝隙，水分或腐蚀介质很容易渗入，特别是在锚具的接缝处更易渗入腐蚀介质，使钢丝锈蚀和缆索丧失机械强度而断裂，引起严重事故，虽然加了阻燃剂也只能对PE保护层自身起阻燃作用，它不具备隔热效果，发生火灾时钢制缆索受热后强度下降引起建筑物坍塌，因此不能有效防止腐蚀或火灾造成的破坏，对钢结构建筑物的安全性和使用寿命造成严重影响。

要解决上述技术难题所采取的技术方案必须具备以下三个特点：

一、由于缆索属柔性的建筑材料，因此与它相配合的防腐蚀和防火材料也必须是柔性的，能长期牢固地附着于缆索表面。

二、在钢结构建筑物的设计寿命内能长期保持可靠的防腐蚀和防火效果。

三、遇火灾时保护层能迅速膨胀，形成一层厚实牢固的防火隔热层，耐火极限能满足消防要求。

本发明的目的就是要解决上述的技术难题，寻求一种能完全适应缆索的特点，同时具有防腐蚀和防火双重功能的技术方案。

现已发现一种柔性的具有极好的防腐蚀功能或同时具有防腐蚀和防火双重功能的组合物，把它用挤压或其他方法将其挤入缆索的外保护层内，使它包覆于缆索钢丝的外表，并在钢丝与钢丝的间隙中渗入防腐组合物(9)，就能达到本发明的目的。该防腐蚀防火组合物是具有对电解质离子导通，对钢铁有极好的缓蚀功能的组合物，能大幅度提高缆索的防腐蚀寿命，该组合物还同时具有遇火能膨胀形成防火隔热层。发生火灾时当缆索的由PE或由其它树脂制成的外保护层被烧软时，里面的防火防腐组合物(2)就开始膨胀，当外保护层烧损破裂和脱落后，该组合物继续膨胀形成一层厚实牢固的防火隔热层，耐火极限可达2小时以上。

下面对本发明的技术方案作详细介绍：所述的防腐蚀组合物或同时具有防腐蚀和防火双重功能的组合物选自各种类型的硅酸盐，多聚硅酸盐、各种类型的磷酸盐、多聚磷酸盐、各种类型的硼酸盐、硼酸、三氧化二硼、铝酸盐、部份水解硅酸乙酯、水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、气相二氧化硅、白炭黑、钛白粉、氢氧化铝、氧化铝、氢氧化锌、氧化锌、氢氧化镁、氧化镁、氢氧化钙、氧化锆、粉状水玻璃、硅溶胶、滑石粉、有机胺系含氮化合物、双氰胺、三聚氰胺、六次甲基四胺、尿素、草酸铵、碳酸铵、或上述各种化合物的含水物，其中的一种或数种。其中各种类型的硅酸盐、多聚硅酸盐、各种类型的磷酸盐、多聚磷酸盐、各种类型的硼酸盐、硼酸、三氧化二硼、铝酸盐、水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、粉状水玻璃、硅溶胶和部分水解硅酸乙酯都是对电解质离子能导通的无机物，而且对钢铁都具有很好的缓蚀功能，在含水状态或加热熔融状态时都是粘稠的胶状物，受热时在膨胀气体的作用下都能发泡，这些物质和上面指出的各种二、三、四价金属(或非金属)的氢氧化物或氧化物混合在一起，经加热熔融发泡膨胀后能形成坚固的耐高温的隔热层，因此起到有效的防火作用。此外在上述组合物中还可添加各种有机胺系含氮化合物，或无机铵系化合物、例如双氰胺、三聚氰胺、六次甲基四胺、尿素、草酸铵、碳酸铵、磷酸铵、多聚磷酸铵等，遇火灾时这些有机胺或无机铵的化合物受热分解产生大量二氧化碳和氨气促使组合物发泡，提高隔热效果。为了提高膨胀隔热的效果，还可以添加其他的膨胀防火组合物，选自有机或无机膨胀型防火组合物、自膨胀单体、氨基苯磺酸盐、氯磺酰对苯胺、成炭型膨胀防火组合物、膨胀型硅酸盐系防火组合物、膨胀型磷酸盐系防火组合物，其中的一种或数种。为了提高缓蚀效果可以添加各种离子导电型缓蚀剂，例如：铬酸盐、重铬酸盐、钼酸盐、锌酸盐、亚硝酸盐、苯甲酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、葡萄糖、葡萄糖酸盐、硫脲、防锈颜料、亚硝酸二环己胺、为了增强组合物的粘附力，提高组合物的物理性能、防腐蚀性能和隔热效果，还可以添加各种天燃树脂或合成树脂、动物胶、乳胶、白乳胶、热溶胶、EVA、VAE、聚醚、聚酯、聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛树脂、聚醋酸乙烯酯乳液、羧甲基纤维素、淀粉、离子交换树脂、甘油、乙二醇、季戊四醇、膨润土、有机膨润土、凹凸棒、粉煤灰玻璃微珠，滑石粉、氧化锆、锆酸镁、硅藻土、云母粉、防沉剂、膨胀软质炭，其中一种或数种。

对于要求防火的场合，本发明的外保护层应采用遇火时能软化、破裂和脱落的材料制作，这样才不会妨碍里面的防腐防火组合物受热向外膨胀形成隔热层，根据不同的防腐防火组合物开始膨胀的不同温度来选用外保护层的材料，可以采用现有的PE树脂或加有阻燃剂的PE树脂，为了降低软化温度可以采用EVA树脂或者是PE与EVA的组合物以及PE或EVA的改性物，也可采用其他合成树脂、天然树脂、热熔胶或橡胶，或加有增强纤维或增塑剂或增强剂的上述各种树脂或橡胶、或铝塑复合物，以及加有阻燃剂的上述各种树脂或橡胶或铝塑复合物。所述的阻燃剂选自无机阻燃剂、有机阻燃剂、卤化物阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、卤化磷酸脂类阻燃剂、氯化石蜡、氯化联苯、十溴联苯醚、磷酸三甲苯酯、β一三氯乙烯磷酸酯、聚2、6二溴苯醚(PBO)、四溴双酚、四溴乙烷、三氧化二锑，其中至少一种。为了防止缆索在贮存、停放和运输过程中，因钢制缆索自身重量的影响将防腐防火组合物挤压到一侧，引起组合物分布不均，应在外保护层内加有支撑物或由外保护层向内延伸的凸起支撑物或螺旋钢丝圈支撑(5)，从而保持外保护层和缆索之间有均匀的间距，使防腐防火组合物得以均匀分布，见图1、2、3。按照上述方案制作的防腐防火缆索经慕拟试验证明，耐火极限可2小时以上，见图5。也可以采用遇火灾时易软化或破裂的薄壁细管(10)装填防腐防火组合物，从而使防腐防火组合物均匀分布，如图8所示，该薄壁细管最好具有半透性质，使缓蚀剂离子能导通，从而提高防腐蚀效果。

对于需要更好的防腐蚀效果的场合，采用由电极电位比碳钢至少负100mV的负电性金属材料制成的薄板或金属箔或金属丝作为内阳极层，通过包裹或缠绕的方法，把钢制缆索包覆，并使相互间导通(电子导通)使其间的电阻小于1Ω。在PE外保护层内、内阳极层的里外和缆索钢丝的缝隙间都充满了对电解质离子能导通的防腐组合物(9)或防腐防火组合物(2)，从而形成了一个电化学闭路系统，见图4。因此该负电性金属材料制作的内阳极层对缆索的全部钢丝起到极有效的阴极保护作用，制作该内阳极层的负电性金属材料选自添加有锌、硅、镁、汞、铟、镓、锡、镉、铝、锰、钛、碳、镍、铋、铅、钙、铍、锂、锑、锶、钪、锆、钒、铬、钼、磷、硼、锗、稀土金属或其他无素中的一种或数种无素的铝、铝合金、锌或锌合金，其中至少一种。以其中的一种铝合金为例，其主要成份是含锌9～10％，含镁0.9～1％，含锆0.3～0.45％，其余为铝，该金属的电极电位比铁负200mV～220mV，又有很好的塑性，可拉丝或挤压成薄板或箔，用它来保护缆索起到极好的阴极保护作用。

按照上述方案制作的防腐防火缆索，经刻破外保护层作耐盐雾试验达3000小时以上，缆索钢丝不锈，因此能保证缆索在各种潮湿自然环境中的长期不腐蚀。

对于防腐蚀要求更高的场合，采用可控的阴极保护与屏蔽保护相结合的措施，该缆索是由一层或多层外保护层(1)、防腐组合物(9)或防腐防火组合物(2)、内阳极层(4)、电子隔离层(11)、钢制缆索(3)、渗透于缆索钢丝间的防腐组合物(9)和缆索两端的锚具(13)组成，通过导电连接件和外接导线，将缆索与内阳极层及测试仪表电连通，或其间再串接一个可调控的外接直流稳压电源(15)形成一种可调控、可监测的阴极保护与屏蔽保护相结合的防腐蚀体系或同时还具有防火功能的缆索，制作内阳极层或导电连接件的材料是负电性金属材料或非牺牲性导电材料，通过负电性金属材料或通过外接直流稳压电源或通过两者共同作用提供阴极保护电流，对缆索起阴极保护作用，通过调控和监测使阴极保护长期处于最佳状态。所述的电子隔离层是指对电子绝缘的各种非金属材料制作的膜层、隔离层或编织物，或指对电子绝缘但对电解质离子能导通的半透膜或离子交换膜。

对于不需要防火但防腐蚀要求更加高的场合，可采用增加外阳极层的措施，该缆索是由一层或多层外保护层(1)、外阳极层(6)、防腐组合物(9)、内阳极层(4)、电子隔离层(11)、钢制缆索(3)、渗透于缆索钢丝间的防腐组合物(9)和缆索两端的锚具(13)组成，通过导电连接件和外接导线，将缆索与内阳极层、外阳极层及测试仪表电连通，或其间再串接一个可调控的直流稳压电源(15)，形成一种可调控、可监测的阴极保护与屏蔽保护相结合的防腐蚀体系，制作内阳极层或外阳极层或导电连接件的材料是负电性金属材料或非牺牲性导电材料，通过负电性金属材料或通过外接直流稳压电源或通过两者共同作用提供阴极保护电流，对缆索起阴极保护作用。根据不同需要，也可取消内阳极层(4)，外阳极层直接与缆索电连接提供阴极保护和屏蔽保护，或经电子隔离层及防腐组合物隔离外阳极层与缆索之间的电子通路后，再通过导电连接件和外接导线，将外阳极层与缆索及测试仪表电子连通，或其间再串接一个可调控的直流稳压电源，形成一种可调控、可监测的阴极保护体系，在外阳极层(6)的外面可以再加外保层(1)，起增强作用，见图7，也可以不另加外保护层，见图6。

下面举例说明本发明的实施方案，它们仅是其中的一些例子，并不能代表本发明的全部内容：

一、防腐防火组合物配方举例：

配方一

水玻璃 35％季戊四醇 2％

氧化镁 8％三聚氰胺 10％

氢氧化铝 30％钼酸铵 3％

气相二氧化硅 5％三氧化二硼 7％

配方二

多聚磷酸铝 20％明胶(10％液) 10％

滑石粉 20％锌黄 3％

苯甲酸钠 10％季戊四醇 5％

硅酸钠 30％淀粉 2％

配方三(供浸泡缆索用的防腐组合物)

水玻璃 60％葡萄糖 5％

氢氧化铝 25％氢氧化镁 10％

二、实施举例：

实施例一

首先用加有阻燃剂的PE树脂制作起外保护层作用的塑料管，管子的内径比所要包覆的钢制缆索(3)的外径大3mm，在钢制缆索的外表缠绕螺旋形钢丝圈支撑(5)，螺旋形钢丝圈支撑的外径略小于外保护层的内径，然后将缠绕有螺旋形钢丝圈支撑(5)的钢制缆索(3)在按配方三配制的防腐组合物(9)中浸泡，使缆索钢丝间的缝隙中都充满渗透的防腐组合物(9)，然后将钢制缆索(3)塞于外保护层(1)内再通过挤压方式将配方一的防腐防火组合物(2)充满于外保护层(1)和钢制缆索(3)之间的空腔中，将缆索的两端装上锚具，并严密封闭，确保空腔中的防腐防火组合物不会泄漏。

实施例二

在钢制缆索(3)的外表事先缠绕或包裹1～2层负电性金属丝或其他由负电性金属材料制的内阳极层(4)，适当增大外保护层的内径，保持空腔的容积同实施例一，其他都和实施例一相同，按本方法制作的防腐蚀防火缆索耐腐蚀性能更好，耐火情况同上。

实施例三

采用PE树脂作外保护层，以负电性金属材料制作外阳极层，经电子隔离层及防腐组合物隔离外阳极层与缆索之间的电子通路后，再通过导电连接件和外接导线将外阳极层与缆索及测试仪表电子连通，其间再串接一可调控的直流稳压电源，形成一种可调控、可监测的阴极保护与屏蔽保护相结合的体系，用于不需要防火，但防腐蚀要求更高的场合，见图9。

附图说明：

图1外保护层有向内延伸的凸起支撑的防腐蚀防火蚀缆索横断面示意图。

图2是带有螺旋钢丝圈支撑的防腐蚀防火缆索横断面的示意图。

图3是带有螺旋钢丝圈支撑的防腐蚀防火缆索纵断面的示意图。

图4包裹有负电性金属内保护层的防腐蚀防火缆索横断面的示意图。

图5本发明的缆索下侧经火焰喷烧形成膨胀隔热层后的断面示意图。

图6用外阳极层代替PE外保护层的高效防腐蚀(不防火)缆索断面示意图。

图7在图6所示的外阳极层外再增加一层增强的外保护层的缆索横断面的示意图。

图8采用薄壁细管填装防腐防火组合物的防腐蚀防火蚀缆索横断面示意图。

图9可调控、可监测的阴极保护与屏蔽保护相结合的防腐蚀体系示意图。

标记说明：

1.外保护层

2.防腐防火组合物

3.钢制缆索

4.内阳极层

5.螺旋形钢丝圈支撑

6.外阳极层

7.导电连接件

8.防腐防火组合物遇火膨胀后形成的耐火隔热层

9.防腐组合物

10.薄壁细管

11.电子隔离层

12.导线

13.锚具

14.测试仪表

15.可调控的直流稳压电源

Claims

1.一种带防护层的缆索，其特征在于该缆索是由一层或多层外保护层(1)、防腐组合物(9)或防腐防火组合物(2)、钢制缆索(3)、渗透于缆索钢丝间的防腐组合物(9)和锚具(13)，组成的一种具有防腐功能或防腐蚀、防火双重功能的缆索。

2.按权利要求1所述的带防护层的缆索，其特征在于在防腐组合物(9)或防腐防火组合物(2)之内和钢制缆索(3)之外，还增加了一层或多层电极电位比钢至少负100mV的负电性金属材料制作的内阳极层(4)，该内阳极层与钢制缆索之间对电子是导通的，其间的电阻小于1Ω，因此该内阳极层对钢制缆索起阴极保护作用。

3.一种带防护层的缆索，其特征在于该缆索是由一层或多层外保护层(1)、防腐组合物(9)或防腐防火组合物(2)、内阳极层(4)、电子隔离层(11)、钢制缆索(3)、渗透于缆索钢丝间的防腐组合物(9)和缆索两端的锚具(13)组成，通过导电连接件和外接导线，将缆索与内阳极层及测试仪表电连通，或其间再串接一个可调控的外接直流稳压电源，形成一种可调控、可监测的阴极保护与屏蔽保护相结合的防腐蚀体系或同时还具有防火功能的缆索，制作内阳极层或导电连接件的材料是负电性金属材料或非牺牲性导电材料，通过负电性金属材料或通过外接直流稳压电源或通过两者共同作用提供阴极保护电流，对缆索起阴极保护作用。

4.一种带防护层的缆索，适用于不需防火但防腐蚀要求高的场合，其特征在于该缆索是由一层或多层外保护层(1)、外阳极层(6)、防腐组合物(9)、内阳极层(4)、电子隔离层(11)、钢制缆索(3)、渗透于缆索钢丝间的防腐组合物(9)和缆索两端的锚具(13)组成，通过导电连接件和外接导线，将缆索与内阳极层、外阳极层及测试仪表电连通，或其间再串接一个可调控的直流稳压电源，形成一种可调控、可监测的阴极保护与屏蔽保护相结合的防腐蚀体系，制作内阳极层或外阳极层或导电连接件的材料是负电性金属材料或非牺牲性导电材料，通过负电性金属材料或通过外接直流稳压电源或通过两者共同作用提供阴极保护电流，对缆索起阴极保护作用，根据不同需要，外阳极层(6)可取代外保护层(1)，也可取消内阳极层(4)形成一种可调控、可监测的阴极保护与屏蔽保护相结合的防腐蚀体系，或者再取消电子隔离层，采用负电性金属材料制作的外阳极层直接与缆索电连接提供阴极保护和屏蔽保护。

5.按权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的带防护层的缆索，其特征在于所述的负电性金属材料选自添加有锌、硅、镁、汞、铟、镓、锡、镉、铝、锰、钛、碳、镍、铋、铅、钙、铍、锂、锑、锶、钪、锆、钒、铬、钼、磷、硼、锗、稀土金属或其他无素中的一种或数种无素的铝、铝合金、锌、锌合金，其中至少一种。

6.按权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的带防护层的缆索，其特征在于所述的防腐组合物或防腐防火组合物是具有对电解质离子导通，对钢铁有缓蚀功能的组合物或同时还具有遇火能膨胀形成防火隔热层的组合物，选自各种类型的硅酸盐，多聚硅酸盐、各种类型的磷酸盐、多聚磷酸盐、各种类型的硼酸盐、硼酸、三氧化二硼、铝酸盐、部份水解硅酸乙酯、水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、气相二氧化硅、白炭黑、钛白粉、氢氧化铝、氧化铝、氢氧化锌、氧化锌、氢氧化镁、氧化镁、氢氧化钙、氧化锆、粉状水玻璃、滑石粉、硅溶胶、有机胺系含氮化合物、双氰胺、三聚氰胺、六次甲基四胺、尿素、草酸铵、碳酸铵、或上述各种化合物的含水物，其中的一种或数种。

7.按权利要求6所述的带防护层的缆索，其特征在于所述的防腐组合物或防腐防火组合物中含有添加剂，选自各种离子导电型缓蚀剂、铬酸盐、重铬酸盐、钼酸盐、锌酸盐、亚硝酸盐、苯甲酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、葡萄糖、葡萄糖酸盐、硫脲、防锈颜料、亚硝酸二环己胺、各种天然树脂或合成树脂、动物胶、乳胶、白乳胶、热溶胶、VAE、EVA、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、环氧树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、聚醋酸乙烯酯乳液、羧甲基纤维素、淀粉、离子交换树脂、甘油、乙二醇、季戊四醇、膨润土、有机膨润土、凹凸棒、粉煤灰玻璃微珠，滑石粉、氧化锆、锆酸镁、硅藻土、云母粉、防沉剂、膨胀软质炭，其中一种或数种。

8.按权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的带防护层的缆索，其特征在于所述的防腐防火组合物中添加有膨胀防火组合物，选自有机或无机膨胀型防火组合物、自膨胀单体、氨基苯磺酸盐、氟磺酰对苯胺、成炭型膨胀防火组合物、膨胀型硅酸盐系防火组合物、膨胀型磷酸盐系防火组合物，其中的一种或数种。

9.按权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的带防护层的缆索，其特征在于制作外保护层的材料选自PE、EVA、PE与EVA的组合物、PE或EVA的改性物、热熔胶、其他合成树脂或天然树脂、橡胶、加有阻燃剂的上述各种树脂或橡胶、铝塑复合物、加有增强纤维或增塑剂或增强剂的上述各种树脂、橡胶或铝塑复合物，其中至少一种，所述的阻燃剂选自无机阻燃剂、有机阻燃剂、卤化物阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、卤化磷酸脂类阻燃剂、氯化石蜡、氯化联苯、十溴联苯醚、磷酸三甲苯酯、β一三氯乙烯磷酸酯、聚2、6二溴苯醚、四溴双酚、四溴乙烷、三氧化二锑、其中至少一种。

10.按权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的带防护层的缆索，其特征在于所述的外保护层内加有支撑物或由外保护层向内延伸的凸起支撑物或螺旋钢丝圈支撑(5)，从而保持外保护层和缆索之间有均匀的间距，使防腐防火组合物得以均匀分布，或采用薄壁细管(10)装填防腐防火组合物、从而使防腐防火组合物均匀分布。