[實用新型]一種應用于懸索橋主纜防腐保溫中的氣凝膠

有效

• 申請號: 201821057229.9
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN208594481U
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 向文藝;馮其庚;文海龍
• 申請（專利權）人: 威赫熱能技術（上海）有限公司
• 主分類號: E01D19/16
• 分類號: E01D19/16
• 代理公司: 上海宏京知識產權代理事務所(普通合伙) 31297
• 代理人: 趙霞

本實用新型提供一種應用于懸索橋主纜防腐保溫中的氣凝膠，主纜在任意兩個相鄰的索夾之間的主纜段外圈向外依次設置有氣凝膠層、纏繞鋼絲層、底漆層、中間漆層、面漆層；氣凝膠層的外圈沿著主纜的軸向設置有等距布置的環形凹槽；氣凝膠層采用氣凝膠氈，氣凝膠氈沿著主纜外圈斜向布置。本實用新型結構合理，減少了溫度效應對主纜安全系數的影響，延長了主纜的使用壽命，推廣應用具有良好的經濟效益和社會效益。

技術領域

本實用新型屬于熱能材料應用技術領域，特別涉及一種應用于懸索橋主纜防腐保溫中的氣凝膠。

背景技術

主纜作為懸索橋結構中不可更換的永久構件，它承擔著將主梁的自重荷載和活載傳遞至主塔和錨碇的重任；其耐久性決定整個大橋的使用壽命，而可靠有效的主纜防護是確保主纜耐久性的關鍵。在國外早期修建的懸索橋中，已有因主纜不合格而造成整橋報廢的例子。其中主要是原因是防護不當，由于腐蝕或疲勞破壞造成主纜損壞，以致全橋無法安全使用。1903年建成通車的紐約Williamsbary大橋就是一個典型例子，該橋直至近年才不得不耗費昂貴的代價修復后重新使用。很明顯，主纜防護是保護主纜長期安全使用的一項重要工作。

大跨度懸索橋主纜為橋梁的主要承重結構，其性能決定了懸索橋的跨越能力和承載能力，但溫度的變化對其內力和線形有著顯著影響。由于懸索橋主纜為組合結構，其導熱機理較復雜，當外部環境溫度變化較大時，主纜與外部環境以對流與輻射等多種形式進行熱交換，主纜表面溫度變化迅速，但由于主纜內部溫度變換滯后，且隨著主纜直徑變大，滯后現象越顯突出，進而形成明顯的溫度梯度，導致內外溫差很大。這種溫差會產生溫度變形，會引起懸索橋主纜結構受力和線形的變化，甚至會產生及大的溫度應力。這種溫度應力和變形影響到懸索橋的后期健康運營，溫度測試結果表明，主纜表面溫度與環境溫度最大差異多達20℃，同一索股沿主纜縱向溫度差異很小。在陰天，由于太陽輻射較弱，每個時刻主纜截面溫差很小，沿主纜縱向，溫差也很小；在晴天太陽輻射強度較強和變化劇烈情況下溫度場與時間及截面位置有關；成橋后溫度變化對主纜的線形、內力及索塔內力有一定的影響，主纜內力大小變化較小，不到恒載索力的 2％，主纜垂度變化與施工階段基本相當，對依托工程其數值均不到 0.5m，在夏季晴天，溫度效應將導致主纜的安全系數將降低 8％左右，溫度效應對主纜安全系數的影響還會導致的塔根處彎矩較大。

氣凝膠（Aerogel）又稱為干凝膠，是在保持凝膠骨架結構完整的情況下，將凝膠內溶劑干燥后的產物，因此具有納米多孔結構、高孔隙率、高比表面積等特點，其99%都是由氣體構成，且材料中的氣孔直徑在20~50nm之間，氣孔為開口結構，無序且相互連通，外觀看起來像云一樣，有著半透明的色彩和超輕的重量，具有優異的防熱隔熱及隔音性能。它是目前所知的密度最小、導熱率最低的固體材料，俗稱“固態煙”。氣凝膠具有高比表面積、高孔隙率、低堆積密度，目前已被用作高溫隔熱材料、聲阻抗耦合材料、催化劑或催化劑載體、吸附劑、過濾材料等。

氣凝膠特性：1）、降低對流：當空氣分子在小于70nm的氣孔內時，將失去了自由流動的能力，相對地附著在氣孔壁上，這時氣凝膠材料處于近似真空狀態；

2）、降低輻射：由于材料內的氣孔均為納米級氣孔再加材料本身極低的體積密度，使材料內部氣孔壁數日趨于“無窮多”，對于每一個氣孔壁來說都具有遮熱板的作用，因而產生近于“無窮多遮熱板”的效應，從而使輻射傳熱下降到近乎最低極限；

3）、降低熱傳導：由于近于無窮多納米孔的存在，熱流在固體中傳遞時就只能沿著氣孔壁傳遞，近于無窮多的氣孔壁構成了近于“無窮長路徑”效應，使得固體熱傳導的能力下降到接近最低極限。高溫下不分解，無有害氣體放出，屬于綠色環保型材料；

4）、耐久性：由無定形無機二氧化硅制成，不含像聚氨酯泡沫一樣會隨時間降解的發泡劑，因此氣凝膠的性能持久而穩定，其彈性機械性能使其可容易地適應機械運動和振動，而不會像珍珠巖般沉降。