悬索桥主缆钢绞线及支座防护材料的性能研究

发布时间：2018-05-04 04:03

本文选题：主缆钢绞线 + 支座　；参考：《青岛理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：悬索桥的主缆和支座是保证其正常工作的重要结构,对主缆钢绞线和支座的防护效果是保证悬索桥使用寿命的重要因素。本文借助全反射红外扫描(ATR-FTIR)、电化学阻抗谱(EIS)等研究方法,对自然暴晒、紫外线人工加速以及酸碱盐介质腐蚀条件下的钢绞线防护层和支座防护材料进行了相关测试,对比研究了镀锌层、环氧涂层、高密度聚乙烯(HDPE)层以及聚脲涂层四种防护层对主缆钢绞线的防护效果,以及天然橡胶、氯丁橡胶、超高阻尼橡胶和喷涂聚脲四种材料作为桥梁支座的力学性能。通过上述研究得出以下结论:1、主缆钢绞线在干湿交替环境以及介质浸泡条件下老化试验宏观结果表明,镀锌层和镀环氧层的耐腐蚀性能较差,在户外自然暴晒10d后即出现端部钢丝发生锈蚀,EIS测试结果均表明涂层已经或者即将腐蚀;外包HDPE防护层和喷涂聚脲防护层在整个宏观检测150d的过程中变化不大,性能稳定,EIS测试结果表明涂层阻抗很大,整体防护性能仍然良好。2、支座防护材料经介质浸泡240d后的各项力学性能研究结果表明,经5wt%H2SO4溶液浸泡后,氯丁橡胶的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和硬度(邵A)变化幅度均大于天然橡胶、超高阻尼橡胶和聚脲,下降率均在30%以上,其余三种材料的上述各项力学性能的变化率较为稳定,均维持在20%以内,超高阻尼橡胶材料的拉伸强度有所上升,变化率为+3.90%,聚脲材料的断裂伸长率下降率最小(-8.80%),天然橡胶材料的撕裂强度有所上升,变化率为+11.35%,三种材料的硬度(邵A)变化率均在10%以内;经5wt%NaOH溶液浸泡后,氯丁橡胶的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和硬度(邵A)变化幅度均大于天然橡胶、超高阻尼橡胶和聚脲,下降率均在30%以上,其余三种材料的上述各项力学性能的变化率较为稳定;经海水浸泡后,除氯丁橡胶材料的断裂伸长率变化率下降近30%外,四种材料的其他力学性能变化率均较为稳定;材料的红外光谱分析结果显示,上述材料内部分子结构几乎不变,仅在表面出现了不同程度的老化,性能均比较稳定。3、支座防护材料经耐候性试验(户外自然暴晒和紫外线人工加速)300d后的性能研究结果表明,户外自然暴晒条件下氯丁橡胶的拉伸强度、断裂伸长率和硬度(邵A)变化率最大,分别为-22.98%、-45.49%和-19.75%,聚脲的拉伸强度、断裂伸长率和硬度在四种材料中性能均变化最为稳定,变化率分别为+0.49%、-12.70%和0.00%;紫外线人工加速老化条件下氯丁橡胶的拉伸强度、断裂伸长率和硬度(邵A)变化率最大,分别为-30.40%、-53.63%和-19.75%,聚脲的拉伸强度、断裂伸长率和硬度在四种材料中性能均变化最为稳定,变化率分别为+4.58%、-9.44%和0.00%;;材料的红外光谱分析结果显示,上述材料内部分子结构几乎不变,仅在表面出现了不同程度的老化,性能均比较稳定。4、支座防护材料经耐冻融循环试验60次后性能研究结果表明,天然橡胶、超高阻尼橡胶、氯丁橡胶和聚脲的拉伸强度变化率分别为+2.34%、+9.63%、+13.01%和-22.31%,断裂伸长率变化率分别为-9.10%、-13.61%、+0.12%和-10.03%,硬度(邵A)变化率分别为0.00%、+6.35%、-30.00%和+6.75%;材料的红外光谱分析结果显示,上述材料内部分子结构几乎不变,仅仅是在表面出现了不同程度的老化,性能均比较稳定。通过以上实验结果表明,作为悬索桥主缆钢绞线防护材料,聚脲防护涂层的防护性能优于镀锌层和环氧涂层,与HDPE相当;作为悬索桥支座防护材料,聚脲的耐介质腐蚀性能与上述三种橡胶材料相当,其耐候性能明显优于其他材料。因此,该研究结果为聚脲作为一种新型防护材料应用于主缆钢绞线和支座的防护提供了应用基础。
[Abstract]:The tensile strength , elongation at break , tear strength and hardness ( Shao A ) of natural rubber , chloroprene rubber , high density polyethylene ( HDPE ) layer and polyurea coating were all over 30 % . The tensile strength , elongation at break , tear strength and hardness ( Shao A ) of NR were higher than that of natural rubber , ultra - high damping rubber and polyurea . The results showed that the tensile strength , elongation at break and hardness ( Shao A ) of chloroprene rubber were most stable under outdoor natural exposure conditions . The results showed that the tensile strength , elongation at break and hardness ( Shao A ) of chloroprene rubber were most stable under outdoor natural exposure conditions . The tensile strength , elongation at break and hardness of polyureas were most stable . The results showed that the tensile strength , elongation at break and hardness of polyureas were most stable in four materials . The results showed that the change rate of tensile strength , elongation at break and hardness of polyureas were + 2.34 % , + 9.63 % , + 13.01 % and - 22.31 % , respectively , and the rate of change of elongation at break was - 9.10 % . The results show that the protective performance of polyurea protective coating is better than that of the above three kinds of rubber materials , and the weathering resistance of polyurea is better than that of other materials . The results show that polyurea is used as a new type of protective material in the protection of main cable steel strand and support .

【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U444

【参考文献】