为斜拉索用塑料护套钢绞线制造而作
摘要：斜拉索用主要张拉材料的防腐是国内外关注的重大课题。镀锌钢丝的应用已有众多可靠的实例，而钢绞线（涂环氧树脂、塑料护套、镀锌）作为一种设计流派，在我国正在兴起。本文着重分析塑料护套钢绞线与貌似一致的无粘结钢绞线主要区别，以期改变误用的现状。
关键词：斜拉索 护套钢绞线 无粘结钢绞线
美国后张预应力协会（PTI）斜拉索委员会公布的“斜拉索的设计、试验和安装规范”。（下称“规范”）归纳了斜拉索的主要张拉材料（Main Tension Elements）为：钢丝、钢绞线和钢棒（Bar）三类[1]。镀锌钢丝月采用工厂编索的“PPWS”法（Plant prefabricated Wire Strand）。由原来“PWS”的平行索股改进成半平行索（有较小的捻角），解决了收卷和运输的障碍，得以全面稳定地位用，并成功地用于济南黄河大桥和广州海印大桥的换索工程。光面钢丝的防腐性能远不及镀锌钢丝，因而其应用基本被镀锌钢丝所替代。而钢绞线应用于斜拉索，在国际上鉴于能在现场施工、安装的优点，又不需要工厂编索的大成本投入，应用甚广。我国作为斜拉索应用的一种流派，也正在逐步试用。其中，误把我国现行“无粘结钢绞线”当作斜拉索用“带有防腐涂层的单独护套钢绞线”来使用，并有推广的误导倾向。在当前国人有“谈桥色变”恐惧心理现状下，笔者曾为无粘结钢绞线制作有“杞人忧天”[2]之感后，又看其用于斜拉索上制作，又感“杞人忧天”而特书本文，以期引起各方重视。
1、拉索用钢绞线种类及质量控制
1.1无涂层预应力钢绞钱
（1）斜拉索用钢绞线应满足ASTM A416/A416M“预应力混凝土用无涂层七丝钢绞线”标准要求，并且是无焊接头（包括盘条的焊接头也必须切除）、低松弛级别的[1]，特别强调“盘条的焊接头必须去除。”目前仅有个别企业对某些特殊工程才专用制造。
（2）取样频率：每一制造长度或10吨（选取较小值）需做抗拉强度σb、屈服强度（≥0.9σb）和弹性模量（E=197GPa±5%）试验。这在国内外混凝土用钢绞线标准中都没有这条规定。
（3）韧性试验：上述取样频数应做偏斜拉伸试验，偏斜拉伸应力应不低于0.8实际破断压力。目前国内仅有少数厂家具有这类试验机，一般都不作该项试验。
（4）疲劳和疲劳后边静载试验：上述取样频数需做上限应力为0.45σb通过200万次的疲劳试验。通过的试样还需做静载至破断的试验，其静载破断强度不应低于0.95的公称破断强度。
（5）腐蚀控制：所有钢绞线取5mm长拆股，包括中心钢丝在内，不得有任何腐蚀痕迹。
1.2镀锌钢锌线
由于热镀锌的“氢脆”敏感性担忧已被消除，镀锌钢绞线的应用也被肯定，它除满足1.1的各条要求外，还需核镀锌层的3项指标；镀层重量、锌层均匀性（硫酸铜）和锌层附着力的缠绕试验，这些都可在单丝中进行。由于热镀锌的强度损失，国际上唯一的法国标准（NFA35-035-1993）和我国等效采用的YB/T152-1999，把强度级别分为1770MPa和1680MPa两类，供设计选用。国产和进口的镀锌钢绞线在中国都有应用实例。由于锚固和现场每根钢绞线的应力调整与国际上先进的施工方式还存在一定差距，其不完整性还有待攻克。
1.3涂环氧树脂钢绞线（Epoxy Coated Strand）
美国费罗里达线缆公司是最早开发环氧树脂涂层钢绞线生产技术的企业，ASTM A882/A882M（环氧涂层预应力七丝钢绞线）也是国际上唯一的公开发布的国家标准。由于对预应力钢材的“氢脆”担忧，美国迄今为止还没有斜拉索用镀锌钢丝和镀锌钢绞线的生产，而开发非金属防腐涂层是其长处。按涂层方式，有钢绞线整体涂和中心填充的拆股涂两种。为防止腐蚀介质和水浸入中心，PTI优选中心填充的环氧涂钢绞线。
斜拉索用环氧涂层钢绞线，除必须按ASTM A882进行盐雾蚀试验（ASTM B117）、涂层抗磨试验（ASTMD968落砂法）、粘附强度试验（ASTMD3359）、涂层耐冲击试验（ASTM G14）、涂层需化学腐蚀试验（ASTMG20），涂层厚度的滋力检测，涂层均匀性的“针孔”露白点检测之外，对斜拉索用还具有以下特点：
（1）蠕变试验：鉴于环氧涂层钢绞线的松弛率大大提高，中心填充的约增加2.5倍，A882规定指标为6.5%（0.7σb时），因此“规范”要求补充蠕变试验，以供设计时修正需要。
（2）表面状态：“规范”要求钢绞线制造与环氧涂层作业周期超过7天时，必须按加州交通厅有关条款做好防腐保护。在涂覆时钢绞线应是清洁且没有任何肉眼可见的腐蚀（包括中心丝）。
（3）任何环氧涂层的损坏将被判废，不得修复。
1.4带有防腐涂层的单独护套钢绞线（以下简称护套钢绞线）（Individuall Sheathed Strands with Corrosion Lnhibiting Coating）护套钢绞线用光面钢绞线需满足本文1.1要求。此外，还具有以下特点：
（1）表面准备
为确保护套钢绞线的防腐能力，在制作前和制作过程中，钢丝表面没有任何肉眼可见的锈迹（包括中心钢丝）。当钢绞线制造与护套涂层作业周期超过7天时，钢绞线必须按“加州包装法”（Calwrap）包。若钢绞线表面有肉眼可见的锈迹，经监理工程师批准可在涂覆之前先用软的织物予以清净，以确保其元锈蚀条件下制作。
（2）防腐涂层的涂覆
防腐涂层必须确保绞线与护套、绞线的钢丝间（包括中心丝）所有螺旋状空隙完全填满，并贯穿整个钢绞线的长度上。因而其总量不受控制，只要填满。为保证中心丝填满，必须要钢绞线拆股、涂脂、再合股。
涂层的性能要求应满足PIT“无粘结单股钢绞线的技术条件”（Phoenix AZ. October 2000）。此外，还需要有以下特性：
――防腐试验。在钢绞线最终加工后对钢绞线提供防锈保护，并取得监理工程师认可。
――在预计的温度范围内，上限温度涂覆材料不能流淌，下限温度涂膜不能脆断，以保持其连续有效。
――化学稳定性。在与预应力钢丝、护套材料和缆索部分其它材料接触时不发生反应。
（3）护套的制作
护套用塑料应为HDPE或HDPP，它的制作是一个钢绞线与水隔离的热挤压过程，其护套的厚度应≥1.25mm。
（4）护套用HDPE或HDPP的基本要求，承包方应向监理工程师提供由独立试验室开具的符合性试验预检合格证明，证实该材料满足下列4条要求：
――HDPE和HDPP验收指标列于表1。
――材料需作紫外线稳定化处理，至少6个月处理后不得降低材料的性能指标。为此材料必须是黑色的，含有不少于2%的炭黑。
――不应与水泥浆、预应力钢材、防腐涂层或其它材料起反应，以保证它能与水溶性氯化直接接触。
――具有化学稳定性，在结构寿命期中不致于溶化或超过预期温度时软化。
（5）护套的单独试验
本工作由监理工程师完成，由一个独立试验室开具一份包含下列5项内容的试验报告（本要求由ASTM A882/A882M修改而成）和防水性的检验。为ASTM A882/A882M修改而成）和防水性的检验。为防止理解偏差，将原文和ASTM标准号一并指明。
――抗化合试验（Chemical resistance test） G20
――氯化物渗蚀试验（Chloride permeability test） FHWA-RD-74-018
――冲击试验（Impact test） G14
――抗擦伤试验（Abrasion resistance test） D968
――盐雾（喷雾）试验（Salt spray(fog)test） B117
除以上试验外，防水性试验（Watertighess test）在生产现场检验。
（6）护套钢绞线的验收
代表顾客的验收人员可不受限制地在制造商的工厂、独立的试验室、运输和贮存场所检查生产和试验活动。制造商应向验收人员提供必要的方便，以证实材料是按技术条件要求组织生产。除非另有规定，所有试验和验收应在装运前完成。
护套轻度变形或表面擦伤不作为“损伤”判废的依据[3]。
2、护套钢绞线与无粘结钢绞线的主要区别
护套钢绞线与无粘结钢绞线形式相似，但其区别甚多，为便于对照，将前述文字整理成表2。
从表2可知：
（1）护套钢绞线制造和验收，从光面钢绞线、防腐涂层、护套试验等5个方面计有22项主要区别，绝大部分是无粘结钢绞线不能做到的必备条件，敢于用无粘结钢替代护套钢绞线用作斜拉过张力构件，令人望而生畏。
表2 斜拉索用护套钢绞线与无粘结钢绞线主要区别对照表
| 序号 | 项目名称 | 护套钢绞线 | 无粘结钢绞线 | |
| 1 | 光面钢绞线 | 焊接点 | 不允许任何焊接点
（包括盘条、捻制时钢丝） |
盘条可焊接，捻制时45m可有一根钢丝焊接 |
| 2 | 取样频数 | 制造长度或10t进行σb、σ0.2，E试验 | 每20gt、E不测量 | |
| 3 | 韧性试验 | 制造长度或10t进行偏斜拉伸试验 | 不测量 | |
| 4 | 疲劳及疲劳后静载 | 至少5%数量测量200万次 | 不测量 | |
| 5 | 腐蚀抽空 | 5m长拆股、不得有锈迹 | 允许轻微锈蚀 | |
| 6 | 护套制作 | 表面准备 | 超过七天必须特殊包装，锈迹必须清净 | 无要求 |
| 7 | 防腐涂层涂覆 | 拆股、涂脂、合股 | 无要求 | |
| 8 | 护套厚度 | ≥1.25mm | 0.8-1.2 | |
| 9 | 防腐涂层 | 防腐试验 | 最终加工后进行 | 无要求 |
| 10 | 温度试验 | 上限不能流淌，下限不能脆裂，以保持连续有效 | 无要求 | |
| 11 | 化学稳定性 | 需向监理工程师出示报告 | 无要求 | |
| 12 | 涂层厚度 | 保持连续，无要求 | ≥50g/m，确保后张小摩阻 | |
| 13 | 护套要求 | 护套用材料 | 接ASTM D4976提供HDPE/HDPP合格证明 | 规定HDPE不验收 |
| 14 | 紫外线老化试验 | 碳黑≥0.2%，六个月试验 | 无要求 | |
| 15 | 化学稳定性 | 不应与砂浆、氯化物等反应和寿命期内不变态 | 无要求 | |
| 16 | 护套试验 | 抗化合试验 | 本试验，由监理工程师委托独立的试验室完成，并开具符合性报告 | 无要求 |
| 17 | 氯化物渗透蚀试验 | |||
| 18 | 冲击试验 | |||
| 19 | 抗擦伤试验 | |||
| 20 | 盐雾（喷雾）试验 | |||
| 21 | 防水性试验 | 生产现场检测 | ||
| 22 | 护套钢绞线验收 | 验收人员在制造厂进行，所有试验和验收合格后方可装运 | 无现场验收要求 | |
（2）为护套钢绞线制作所需投入的试验成本相当昂贵，国内还没有第三方能提供相应的仲裁检测。迄今为止，国内厂家还不能生产按护套钢绞线要求的产品。
3、建议
斜拉索是桥梁的主要承载构件，直接影响桥梁的寿命与安全，设计、施工及材料供应商必须引起高度重视，从张拉材料的供应角度提出如下建议，供桥梁建设业主、设计和施工参考。
3.1在护套钢绞线不具备生产的情况下，决不能用无粘结钢线来替代，否则后患无穷。
3.2环氧树脂作为良好的隔离防腐涂层，在美国有较长历史，斜拉索用的环氧树涂层钢绞线，美国已经有专用标准。按其要求制作的产品，目前国内也不能制造。尤其松弛提高2.5倍，并需检测期蠕变的要求，必须引进各方重视。
3.3镀锌钢绞线，并用“PPWS”法制作的斜拉索，具有每根钢绞线受力均匀、完全防水的条件下制作的优点。即使现场编索，镀锌钢绞线也比不符要求的无粘结钢绞线和环氧涂层钢绞线可靠。
3.4镀锌钢丝并用“PPWS”制作的斜拉索具有众多可靠的应用实践，但钢丝的破断力有待提高。为提高钢丝断面的金属密度，钢丝的直径能否减小等问题也有待进一步探讨。
作者简介：张伟男，男，1961年5月生，工程师，现为上海申佳金属制品有限公司副总工程师。
孙金茂，男，1940年1月出生，现任上海申佳金属制品有限公司总工程师、教授级高工。
