环氧树脂钢筋

2024-09-28

环氧树脂钢筋（共5篇）

环氧树脂钢筋篇1

前言

钢筋是各种建筑工程不可缺少的建筑材料。在海港码头、跨海大桥、采用钢筋混凝土的建筑和需要洒盐水除冰雪的机场及高速公路等设施环境中, 钢筋混凝土中会不可避免的出现一些缝隙或空隙, 当受到盐水或酸雨等侵蚀时会引起钢筋混凝土中的钢筋锈蚀。建 (构) 筑物往往未达到设计使用年限就提前破坏, 因此钢筋性能的稳定性已直接关系到建筑物的最终使用寿命。如今, 将普通变形钢筋 (或称螺纹钢筋) 通过除锈、清洗、打毛, 加热后用电离子喷射法将环氧树脂涂敷在钢筋表面, 再经过固化、冷却后进行微孔, 涂层厚度检测和涂层附着力检验, 符合要求后即成为环氧树脂涂敷钢筋。多年研究证明, 环氧树脂涂层钢筋是钢筋混凝土防护的最有效的手段之一。本文针对这一问题依据国外先进经验及结合国内实际情况对环氧树脂钢筋的发展和应用前景进行了研究分析。

1 环氧树脂涂层钢筋历史回顾和应用现状

1.1 国外环氧树脂涂层钢筋历史回顾

环氧树脂涂覆钢筋技术的研究开发最早始于美国20世纪50~60年代。在美国北方冬季需要在路面上撒大量除冰盐来融化冰雪, 当盐水渗到混凝土桥面板中, 会使其顶部钢筋网锈蚀, 体积膨胀, 造成混凝土保护层过早地胀裂、剥落, 这样钢筋直接暴露在大气、水及其腐蚀介质中, 腐蚀速度加快, 混凝土结构提前破坏。在美国南方的海边, 混凝土结构长期受到海水中氯离子的侵蚀, 也遭到类似的腐蚀破坏, 高昂的维修费用, 甚至超过其最初的建造费用。为解决这一问题, 美国自60年代开始进行钢筋的防腐技术研究开发。通过大量试验, 筛选出最佳的钢筋防腐材料静电喷涂环氧树脂粉末。1976年, 涂层钢筋进入国际市场, 在美、欧日等国家纷纷引进, 大量用于路桥、海港码头、近海建筑、地下建筑、车库、隧道、污水处理池、化工建筑等。

1.2 国内环氧树脂涂覆钢筋现状

在我国, 钢筋的腐蚀破坏的程度并不亚于欧美国家, 钢筋的锈蚀问题, 引起越来越多的学者和专家重视。自1997年北京西站南广场立交工程中首次应用“涂层钢筋”技术, 解决了除冰盐锈蚀钢筋的难题, 为我国推广这项技术提供了范例。又如深圳湾公路大桥工程, 主桥1#、3#、4#墩为双独立墩实心钢筋混凝土结构, 砼强度等级C40。为提高墩身在浪溅区的抗渗防腐能力, 在承台顶以上9m范围内竖向、环向钢筋均采用了环氧涂层钢筋, 保护层厚度7.5mm。同时建设部和国家技术监督局已制订了建筑钢筋涂层保护的标准《环氧树脂涂层钢筋》。该《标准》于1997年12月1日就已经开始实施。由于环氧树脂涂层钢筋能够非常有效地延长

结构物的使用寿命, 在我国逐渐被采用。目前涂层钢筋已在北京西客站、深圳湾公路大桥工程、上海宝钢马迹山矿石码头、广东汕头LPG石油码头、浙江宁波大桥等重大工程中得到应用。

2 环氧树脂钢筋的防腐机理

2.1 钢筋的的腐蚀破坏机理

钢材不光暴露在大气中和腐蚀性介质中会发生锈蚀, 钢筋混凝土中的钢筋也是会锈蚀的, 特别是对于大部分允许混凝土开裂的构件或结构物。虽然钢筋处于混凝土中, 混凝土减缓了氧和水分向钢筋的渗透, 同时由于水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙, 使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液, 其碱性介质对钢筋有良好的保护作用, 保护钢筋不被锈蚀。但是, 钢筋混凝土中砼总有一些缝 (孔) 隙, 这样, 水和有害气体以及其它腐蚀介质 (主要是氯离子) 可以直接侵入, 引起混凝土结构的钢筋锈蚀, 由于锈蚀产生的氧化铁皮体积的膨胀, 导致裂缝增大, 因开裂过大致使混凝土保护层剥落, 使钢筋直接暴露在大气、水以及其它腐蚀介质中, 腐蚀速度加快, 直至建筑物未到设计使用年限提前破坏, 这种现象在沿海地区十分普遍。海水中的大量氯盐对海洋环境中的钢铁具有强腐蚀性。氯离子的渗入引起的混凝土中钢筋腐蚀是造成钢筋锈蚀的最主要原因。处于浪溅区的混凝土构件最易发生钢筋腐蚀破坏。

2.2 环氧树脂钢筋的特点

环氧涂层钢筋是在抛光净化的钢筋表面热喷涂一层致密、坚韧的膜。涂层可以极大地提高钢筋的防腐蚀性能, 有效抵制侵蚀性介质, 适合于含氯离子的环境。它一般具有: (1) 耐碱性。能长期经受混凝土的高碱性环境 (p H=12.5~13.5) ; (2) 耐化学腐蚀。由于环氧树脂粉末涂层具有很高的化学稳定性和耐腐蚀性, 并且膜层具有不渗透性, 因此能阻止水、氧、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触; (3) 弹性和耐摩擦性好。技术上的主要特点有:具有极佳的化学抗腐蚀性能;形成后的涂层与金属粘着力高、干缩小、延性大, 有效阻隔侵蚀物质;可延长建筑物的使用寿命达50年以上, 避免因维修或拆除造成的诸多不便和昂贵的成本。

2.3 环氧树脂防腐机理

在钢筋表面涂覆环氧树脂涂膜是近几年发展起来的一项新技术。环氧树脂是一种高分子材料, 它具有强度高、收缩小 (收缩率仅2%) 、材料延性大、黏结性能强、绝缘性好并且具有很高的化学稳定性等特点。用刷子、喷枪等把环氧树脂涂在钢筋表面, 形成保护膜后, 它能有效地阻止水和有害气体以及其它腐蚀介质 (主要是氯离子) 的侵入, 使钢筋不会因混凝土裂缝或混凝土中含有氯离子而产生锈蚀, 因而具有较好的防腐效果。下面是在八尺门大桥工程中, 工程人员用普通钢筋与环氧涂层钢筋在海水中进行抗腐蚀试验对比得出下表的参数:

3 环氧树脂钢筋在再生混凝土结构中的应用前景

再生混凝土是指将废弃的混凝土经裂解、破碎、清理、筛分后制成混凝土骨料, 全部或部分代替天然骨料配制而成的新混凝土。天然骨料混凝土中, 由于骨料强度较高, 所以并不是影响混凝土强度的主要因素。而对再生混凝土而言, 由于再生骨料表面包裹的水泥砂浆强度较低, 再加上混凝土块在解体破碎过程中, 由于损伤积累而使再生骨料内部存在大量微细裂纹, 这些都对再生骨料混凝土的强度产生不利影响。与天然骨料混凝土相比, 它本身存在更多的裂缝, 当受到盐水或酸雨等侵蚀时, 更易导致钢筋混凝土的钢筋锈蚀。由于再生混凝土技术能够从根本上解决废弃混凝土的出路问题, 具有显著的经济效益、社会效益和环境效益, 也符合可持续发展的要求, 产业化前景十分广阔。在以后的研究工作中可以将环氧树脂钢筋应用到再生混凝土里可以提高再生混凝土结构的耐久性。提高再生混凝土这种绿色混凝土的利用, 可以实现建筑业可持续发展。

4 结语

提高工程结构的耐久性, 历来都是我国工程界十分关注和不断探索解决的主要课题。采用环氧树脂涂层钢筋增加的施工费、人工费约占工程总造价的25%左右, 初期建设成本很大, 但环氧树脂涂层钢筋能够非常有效地防止钢筋锈蚀, 可有效减少使用期间的维修管理费用, 且结构的使用寿命延长了20年以上, 本着可持续发展的思想, 从成本效益分析看, 还是具有十分良好的经济效益和社会效益的, 尤其是处于腐蚀环境的结构, 应用环氧树脂涂层钢筋技术, 其经济效益和社会效益更是十分巨大。发展前景很广阔。

摘要：在混凝土的耐久性问题中, 钢筋锈蚀是首当其冲的问题。本文从可持续发展的角度, 分析研究了环氧树脂涂层钢筋研究进展, 并且提出了环氧树脂钢筋在再生混凝土结构中若干应用前景。

关键词：再生混凝土,环氧树脂钢筋,耐久性

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环氧树脂钢筋篇2

钢筋混凝土电杆在制作、运输、吊装和运行过程中容易产生各种缺陷, 其中最常见的便是裂缝, 即使是预应力混凝土电杆也难以避免。这样电杆长年经受大气和雨水的侵蚀, 尤其低温时裂缝中的水分冻结成冰又促使裂缝扩展, 在反复冻融下导致了裂缝边缘的散裂;当水分接近钢筋以后就会逐渐破坏其四周的碱性保护层, 钢筋便开始锈蚀。铁锈体积的膨胀同样也使裂缝扩大以致散裂, 最终将使结构强度减弱, 使安全运行受到威胁。对于存在各种缺陷的电杆, 其可以继续服役的时间取决于修补方法的可靠性。本文根据钢筋混凝土电杆的裂缝特点, 研制环氧树脂砂浆修复材料, 结合对环形混凝土试件的病害检测, 对部分受损在役钢筋混凝土电杆进行了修补, 取得了良好效果。

1 试验

1.1 原材料

本试验用胶黏剂为无锡树脂厂生产的E-51环氧树脂, 固化剂为江西省西南化工有限公司生产的低分子650聚酰胺树脂, 两者的实测密度分别为1.190 g/m L和0.976 g/m L。用邻苯二甲酸二丁酯 (DBP) 作增韧剂, 掺加501活性稀释剂和KH-550偶联剂。所用填料为南京海螺水泥有限公司生产的P.O 42.5水泥和经冲洗、烘干、过筛的粒径小于0.63 mm的江砂。

1.2 试验方法

根据设定配合比制备环氧树脂砂浆并成型相关试体。参照《环氧树脂砂浆技术规程》D L/T5193-2004测定环氧砂浆的表观密度、固化时间、抗压强度、抗拉强度、弯曲强度。抗压强度测定采用40 mm立方体试体, 抗拉强度测定用“8”字形试体, 弯曲强度测定用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的棱柱型试体。参照《混凝土结构加固设计规范, 附录F:粘结材料粘合加固材与基材的正拉粘结强度实验室测定方法及评价标准》GB 50367-2006制作环氧树脂砂浆与混凝土粘结强度测试试件, 测定环氧树脂砂浆与混凝土基体的粘结性能。混凝土基材的抗压强度为46.3 MPa。

2 试验结果与分析

2.1 可操作时间

2.1.1 固化剂掺量的影响

表1是在25℃时不同环氧树脂:固化剂质量比是粘结剂的可操作时间。在一定范围内, 随着固化剂掺量的增大 (环氧树脂:固化剂质量比减小) , 粘结剂的固化加快, 可操作时间缩短。当固化剂掺量超过一定值后, 会对胶粘剂的力学性能产生不利影响。从表1结果看, 环氧树脂:固化剂质量比在1.1:1到1.5:1之间时可操作时间都是可取的, 从力学性能的角度考虑, 以取环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1比较合适。

2.1.2 稀释剂掺量的影响

稀释剂可以降低胶黏剂的粘度, 增加流动性、流平性、浸润性, 改进施工工艺性能。表2是25℃时, 环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1时不同稀释剂 (501活性稀释剂) 掺量的胶粘剂的可操作时间。可以看出, 稀释剂可以一定程度延缓固化, 延长可操作时间。试验结果表明, 掺加环氧树脂的15%的501活性稀释剂可以使环氧树脂砂浆的可操作时间延长1/2以上, 超过1 h。

2.1.3 操作温度的影响

表3是掺有环氧树脂质量的10%的501活性稀释剂的不同温度时环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1的胶粘剂的可操作时间。从表3中结果可以看出, 温度对胶粘剂的固化时间影响很大, 在夏天温度较高时, 操作时间会缩短, 应适当降低固化剂的掺量, 而冬天气温较低时, 固化和强度发展过慢, 应适当提高固化剂掺量或添加固化促进剂。

2.2 固化强度

2.2.1 固化剂掺量的影响

表4是胶黏剂 (环氧树脂+固化剂) 与填料 (水泥:石英砂=1:3) 质量比为1:4的不同环氧树脂:固化剂质量比的固化体在25℃时的力学性能。从表4结果可知, 环氧树脂与固化剂质量比为1.5:1时胶粘剂有较好的力学性能。当固化剂含量偏低时, 环氧基反应效率低;当固化剂过量时, 则固化效率低;两者均会导致交联密度低, 固化体不能形成理想网状交联状态, 从而未能达到最佳性能。

2.2.2 填料的影响

填料是建筑修补胶中不可缺少的组份。掺加适量的填料, 不仅可以降低原材料成本, 而且可以提高环氧固化体的抗压缩性能。表5是环氧树脂与固化剂质量比为1.5:1的聚合物, 填料为不同水泥和细砂掺量修补材料在25℃时的强度值。从表5结果可知, 每100重量份胶黏剂 (环氧树脂加聚酰胺树脂) 加200~400重量份填料 (水泥和砂子) , 均有利于抗压缩强度的提高, 过多掺入填料就会导致强度的下降。

不同填料掺量环氧固化体与设计值为C50的旧混凝土抗拉粘结强度均大于2.5 MPa, 且均为混凝土内聚破坏。聚合物分子扩散能力强, 渗透到基层材料表面的毛细孔、裂缝中、毛面上对缝隙进行堵塞, 聚合物凝聚时能与基体可靠相连, 并形成机械粘接;同时, 环氧固化剂与填料等牢牢地粘结成坚固的整体, 大大提高了聚合物粘结强度。对面层材料而言, 抗压、抗折强度也是阻止材料开裂的主要参数, 当强度值较大时对收缩有一定的抑制作用, 因此聚合物与填料按为1:4, 水泥与砂子按1:3掺合是抑制开裂最合适的比例。

注:胶黏剂为环氧树脂和固化剂总质量, 填料为水泥和砂子的总质量。

2.2.3 增韧剂的影响

增韧剂可以改善环氧固化体的脆性, 提高其冲击韧性, 但掺量过大会影响固化体的硬度和抗折、抗压强度。向环氧树脂固化体系中引入高分子质量的弹性体, 对于改善胶黏剂的韧性效果最佳。表6是环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1, 胶黏剂与填料按1:4, 水泥与砂子按1:3掺合时再掺入不同量 (环氧树脂的百分数) 增韧剂邻苯二甲酸二丁脂 (DBP) 对固化体韧性的影响。在试验范围内, 环氧固化体的柔韧性随着邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而提高, 但强度值随邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而降低, 对于混凝土修补材料而言, 根据表6所示增韧剂 (DBP) 掺量以环氧树脂的10%为宜。

2.2.4 偶联剂的影响

偶联剂引起分子结构中具有两种截然不同的基团, 可分别与有机物和无机物结合, 使有机物和无机物两种性质不同的材料能通过偶联剂的桥梁作用牢固结合起来, 从而改善环氧固化体的性能。表7是环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1, 胶黏剂与填料按1:4, 水泥与砂子按1:3掺合时, 掺入不同量KH-550偶联剂的环氧砂浆固化体的性能, 可见掺加环氧树脂重量4%的KH-550偶联剂可以一定程度提高环氧砂浆固化体的抗拉强度。

3 钢筋混凝土电杆修补用环氧树脂砂浆组成及其应用

根据上述试验结果, 确定混凝土电杆修补材料为环氧树脂修补砂浆的各组份配合比见表8, 其中掺加少量炭黑是为了使得修补砂浆固化后的颜色接近水泥浆体, 其性能检测结果见表9。应用该环氧树脂砂浆对苏北某在役输电线路部分受损钢筋混凝土电杆进行了修补。图1和图2分别是对在役钢筋混凝土电杆锈胀剥落和合缝漏浆演变成的缝隙的修补情况。使用结果表明, 这种环氧树脂修补砂浆可操作性好, 固化快, 抗压、抗弯和与旧混凝土粘结强度高, 适用于对在役钢筋混凝土电杆的缝隙和剥落的修复。

单位:MPa

参考文献

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环氧钢筋涂料的增韧探讨篇3

钢筋的锈蚀是导致混凝土结构破坏的最主要原因之一。在混凝土中使用涂敷防腐蚀层的钢筋是提高钢筋混凝土结构耐久性的一条重要途径。混凝土硬化过程中,水化反应的生成物氢氧化钙在液相中的浓度可达15%,使得钢筋周围混凝土环境的pH值高达13而具有高碱性。因此,混凝土内钢筋涂层必须具有优良的耐碱性。此外,保护涂层也应当具有优异的耐化学介质侵蚀性及耐水性。

目前,钢筋混凝土结构物中螺纹钢筋的防腐蚀多采用环氧涂层:一种方法是将环氧粉末涂料在工厂内进行机械化喷涂,制成环氧涂层钢筋;另外一种是采用高固体分环氧涂料在工地现场喷涂或刷涂。前者不含挥发性溶剂,涂层致密并符合环保要求,但设备投入大、成本高、消耗大量能源,而且搬运过程中易划伤、破损;后者除有部分有机溶剂排放外,施工灵活,工程造价比前者钢筋低很多。

环氧树脂具有优良的防腐蚀性能,但其交联度很高,固化后伸长率低,脆性较大,涂刷在钢筋上后一旦钢筋承受外力发生形变,涂层就很容易产生裂纹并迅速扩展,最终失去保护作用。因此必须对环氧树脂进行改性,降低脆性,增加韧性。目前对环氧树脂的改性主要通过共混来实现[1],途径有4个:(1)采用或添加具有柔性链段的柔韧性环氧树脂或固化剂;(2)使用能增加韧性的增韧剂;(3)调节环氧树脂与固化剂的反应当量比;(4)选用分子量大的环氧树脂。调节环氧树脂与固化剂的反应当量比时变动范围不宜过大,否则会影响涂料的干燥性能。若选用分子量大的环氧树脂,随着环氧树脂分子量的增大,环氧树脂的溶解力降低,对溶剂的溶解能力要求更高,成本提高。故本工作采用前两个方案对环氧涂料的增韧效果进行考察。

1 试验

1.1 环氧涂料的主成分

环氧涂料以综合性能较好的E20为主体,固化剂以某复配的改性芳香胺T31和聚酰胺651为主体,通过制取不同配比的试样并测定其断裂伸长率来考察柔性环氧、增韧剂、长链聚酰胺这3个因素对韧性影响的主次。柔性环氧选用脂肪族缩水甘油醚型环氧,常熟佳发化学有限责任公司生产;增韧剂选用LDY系列聚醚型稀释剂,黏度50～80 MPa·s,上海理亿科技发展有限公司生产;长链聚酰胺选用聚酰胺3164,胺值230～250 mgKOH/g,上海锐意公司生产。

1.2 涂层性能测试

1.2.1 应力应变性能

将柔性环氧、增韧剂、长链聚酰胺3因素各取3水平,形成L9(33)正交表。作为对比,又补充了6组试验,分别为使用E20和T31、T31与不同的聚酰胺复配以及使用E20和韧性固化剂的情况,编号为10～15号。韧性固化剂A、B、C分别为T - 28系列改性脂肪胺固化剂,黏度(25 ℃)300～500 MPa·S,沈阳产;JH系列改性芳香胺固化剂,胺值500～600 mgKOH/g,常熟产;JX - 385B3固化剂,上海产。

试验按GB/T 528-1998《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行。将试样匀称地置于WDS - 5微机控制电子万能试验机的上、下夹持器上,使拉力均匀分布到横截面,拉伸速度为25 mm/min。

1.2.2 弯曲性能

选用工程常用的直径18 mm和22 mm的螺纹钢筋,经过酸洗或喷砂处理达到Sa21/2(GB 8923-88)后,根据JG 3042-1997《环氧树脂涂层钢筋》,按照两底两面的顺序涂刷钢筋,控制固化后的涂膜厚度在180～300 μm内。待涂层干燥后,围绕直径为4d(d为钢筋直径,d≤20 mm)或6d(d>20 mm)的心轴弯曲180°,观察涂层的破裂情况。每个试验做2个平行样。

2 结果与讨论

2.1 涂层应力应变性

环氧涂料的拉伸曲线见图1。影响环氧涂料韧性的主要因素的正交试验设计及结果见表1,对照的6组补充试验结果见表2。

图1a为1,10,11,12,13号的拉伸曲线,其材料是由E20和各种胺类、聚酰胺构成,是典型的玻璃态聚合物的拉伸曲线,材料有明显的屈服点,在屈服后出现强迫高弹形变,这时聚合物内被冻结的分子链段在强大的外力作用下开始运动,这种运动导致链的伸展并发生形变;分子链伸展后,便形成了一定的取向,使强度进一步提高,而欲发生进一步形变,便要有更强大的力,因此应力回升直至断裂。图1b为其他试样的拉伸曲线,材料没有明显的屈服点,在低的外力作用下就发生较大的形变,表现出高弹态的趋势;这类涂料添加了柔性环氧、增韧剂或长链聚酰胺,可见添加这些物质能增加环氧树脂的弹性,但弹性太大时漆膜很软,所以要控制增韧物质的添加量,以保证漆膜具有足够伸长率的前提下能保持足够的硬度。

注:T=max(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)-min(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)。

韧性的定义之一即材料断裂所需要的能量,这种能量等于应力应变曲线下的面积,即断裂能或断裂功。根据这个定义,具有大的断裂伸长率和高抗拉强度的材料应该是韧性最大的材料。因为涂料要在钢筋弯曲时不开裂,即受拉力时具有一定的伸长率,因而需优先考虑断裂伸长率。从表中可以看出:

(1)T3> T2>T1,即对断裂伸长率来说,长链聚酰胺的掺入量是影响韧性的最重要因素,增韧剂次之,最后是柔性环氧树脂;

(2)对长链聚酰胺和增韧剂来说,由Ⅰ3、Ⅱ3、Ⅲ3以及Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅲ2依次递增可以看出:随着长链聚酰胺和增韧剂的增加,断裂伸长率不断提高,所以对提高韧性而言,没有最佳掺入量,只有最经济合理的掺入量,即在满足韧性要求下,考虑经济以及防腐蚀性能下的适合掺入量;

(3)就柔性环氧树脂来说,Ⅰ1>Ⅱ1>Ⅲ1,但数值较接近,也即柔性环氧树脂用量对断裂伸长率的影响不明显。

在考虑断裂能的情况下,T1> T2>T3,由于断裂能是断裂伸长率和抗拉强度的积分关系,说明对抗拉强度的影响,柔性环氧的掺入量是重要因素,增韧剂次之,最后是长链聚酰胺。就增韧剂来说,Ⅱ2>Ⅰ2≈Ⅲ2,即用量为10%最好;就长链聚酰胺来说,Ⅱ3>Ⅰ3≈Ⅲ3,即用量为10%最好。因为涂料在使用中也要具有一定的抗拉强度,以保证对塑性变形的抵抗力,所以在综合考虑断裂伸长率和断裂能的情况下,增韧剂和长链聚酰胺应选取10%左右,不宜过大。

将表1、表2中1,10,12号与11号相比,除10号混溶性不太好引起试样提前断裂外,1号和12号的断裂伸长率增加,断裂强度下降,断裂能提高,即在T31基础上,添加聚酰胺对提高韧性是有作用的。这主要归因于聚酰胺是高分子量脂肪胺与低黏度二元羧酸缩聚而成。二聚脂肪酸的长链起到内增塑作用,使漆膜具有韧性。13,14,15号与1号相比,在环氧树脂种类相同的情况下,断裂伸长率都有所增加,可见韧性固化剂都能提高断裂伸长率,降低抗张强度。

综合考虑断裂伸长率和抗张强度,确定配方2为基础配方,在涂料研制过程中,调整颜、填料种类、用量,测试发现,附着力只有2级,这可能是增韧剂和长链聚酰胺的分子链较长,极性基团相对减少,从而影响了附着力。故将增韧剂调整为5%,长链聚酰胺仍为10%,此时附着力可达1级。同时以添加韧性固化剂和柔性环氧树脂的配方作为对比。具体编号、组成及加入颜、填料后的配方及涂层试样的断裂伸长率见表3。

2.2 涂层弯曲性能

各环氧涂层试样的弯曲试验结果见表4。

在弯曲试验中,钢筋直径以20 mm为界,小于20 mm的钢筋弯曲半径为4d(d为钢筋直径),大于20 mm的钢筋弯曲半径为6d。钢筋越细,对涂膜的柔韧性要求越高。从多次试验结果可知,钢筋表面的氧化皮对涂层的附着力具有较大的影响,常常导致钢筋弯曲过程中涂膜开裂。酸洗的环氧钢筋涂料2号在直径22 mm的钢筋上可以通过测试,而在喷砂的底材上则通不过,可见酸洗试样弯曲效果好于喷砂试样。这是因为采用酸洗能有效地去除钢筋表面的锈蚀和氧化皮,因此,应尽可能地采用酸洗的处理方式。在底材处理良好的情况下,没有进行增韧处理的环氧铁红涂料无法通过钢筋的弯曲试验。1号和2号涂料配方差别在于2号涂料中颜、填料粒径比1号小,在涂层厚度相同的情况下,具有更优异的弯曲性能,在酸洗的22 mm钢筋上可以通过测试。尽管增韧后的3号和4号涂料的断裂伸长率都能满足理论伸长率的要求,但4号涂料在18 mm和22 mm钢筋上均不能通过弯曲测试,3号涂料在喷砂处理的钢筋上也无法通过弯曲测试,可见满足理论断裂伸长率的要求是通过钢筋弯曲试验的必要条件,而通过钢筋的弯曲试验不只和漆膜的断裂伸长率有关。采用柔性环氧进行增韧的5号涂料在酸洗和喷砂情况下能满足使用要求。

2.3 最优配方及其综合性能

经过涂层的弯曲试验、力学性能试验、浸泡试验、耐盐雾试验等测试,确定5号涂料为最优的钢筋涂料配方。对5号涂料进行综合性能测试,结果见表5。

5号涂料的具体配方为:

底漆:甲组分(质量分数) 20.0% 双酚A环氧树脂,8.0% 柔性环氧树脂,46.0% 颜填料,0.5% 助剂,25.5% 混合溶剂;乙组分:JH系列改性芳香胺。

面漆:甲组分(质量分数) 21.5% 双酚A环氧树脂,8.5% 柔性环氧树脂,41.6% 颜填料,0.4% 助剂,28.0% 混合溶剂;乙组分:JH系列改性芳香胺。

2.4 使用实例

为考察涂料的实际使用性能,将5号涂料在某码头管沟盖板中的钢筋上进行了试涂。沟盖板尺寸为120 cm×50 cm×15 cm,内部采用6根ϕ16 cm×110 cm的钢筋和6根ϕ12 cm×40 cm的钢筋进行绑扎。钢筋在绑扎前先用角磨机除去铁锈和氧化皮,用溶剂去除油污,按照两底两面的顺序进行涂刷,待干燥24 h后,将钢筋垂直放入模具,采用C30混凝土进行浇筑,捣实后经24 h脱模,然后在潮湿环境下室温养护28 d。将管沟盖板沿码头管路铺设。使用1 a后,劈开管沟盖板,考察其中钢筋的锈蚀情况。结果显示,采用5号涂料进行保护的钢筋仍然光亮如初,没有锈蚀,具有较好的保护效果。

3 结论

(1)柔性环氧、增韧剂、长链聚酰胺都可以增加环氧涂料的韧性。涂料应力应变性能的测试能用来确定其韧性,但这并不与拉伸和附着在基材上随基材形变所产生的漆膜的伸长力学完全相同,还需要通过其他试验进一步筛选。

(2)5号涂料具有优良的力学性能、防腐蚀性能、耐盐水性、耐碱性和弯曲性能,可以在混凝土内的钢筋表面长期使用。

摘要：混凝土结构中的钢筋受外力作用会发生变形,由此而导致其防腐蚀涂层开裂,进而使钢筋发生腐蚀。对于室温固化的普通环氧钢筋涂料,由于其树脂交联度高,固化后脆性较大,必须增加树脂的韧性。通过拉伸试验考察了使用柔性环氧、增韧剂、长链聚酰胺等几种环氧涂料常用的增韧途径对涂料韧性的影响。结果表明,长链聚酰胺的掺入量是影响断裂伸长率的最重要因素,而柔性环氧树脂是影响抗张强度的最重要因素。通过钢筋的弯曲试验,最终确定采用添加柔性环氧的增韧方式。在此基础上,对涂料进行各种性能测试及实际使用,结果证明涂料能满足使用要求。

关键词：环氧涂料,钢筋,增韧,防腐蚀

参考文献

环氧树脂钢筋篇4

关键词：钢筋阻绣,钢筋混凝土,腐蚀,缓蚀剂,环氧树脂

0前言

据相关统计,在271个混凝土结构劣化破坏的事故中,钢筋腐蚀占到全部的55%[1],这表明钢筋腐蚀造成混凝土结构提前失效是当今世界日益突出的工程灾害之一[2,3,4]。目前,采用较为广泛的是环氧树脂作为保护材料来阻止钢筋腐蚀,这项技术已在很多实际工程中得到应用, 并取得了不错的效果。研究表明在氯盐环境中,环氧树脂对钢筋具有较好的保护作用,缓蚀剂也具有一定的保护作用[5,6,7]。在工程应用中,两者多为单独使用,而对于二者组合使用的研究,还未见公开报道。本文通过试验研究缓蚀剂和环氧树脂组合使用对工程结构构件的防护效果。

每一种钢筋保护材料都各有利弊,环氧树脂涂层具有极高的化学稳定性、延展性好和极佳的粘着性等物理特点[8]。若涂层质量控制良好且在表面形成致密的保护膜,能够延缓钢筋腐蚀。然而,一旦锈蚀开始后,锈蚀速率便会加快[9,10]。缓蚀剂在一相对密闭且达到一定量浓度的环境中能起到保护作用。但缓蚀剂大多都不能完全降解,当有少量残余渗透到水体中, 会造成水体污染并且后期处理比较困难,这就大大限制了缓蚀剂的应用[11]。为了解决两者存在的不足之处,使之优势互补,将环氧树脂涂层和缓蚀剂组合使用进行钢筋防锈试验,研究不同组合方式的防锈效果。通过对比分析找出最佳的组合方式。

1 模型试验

1.1 试验材料及配合比

缓蚀剂:石家庄某公司生产含有D-葡萄糖酸钠的缓蚀剂。

环氧树脂:湖南省岳阳某公司生产的双酚A型液体环氧树脂CYD-128。

钢筋:天津某公司生产的直径为6mm的普通低碳光圆钢筋。

混凝土原材料:太仓某公司生产的P·C 32.5复合硅酸盐水泥、标准砂(主要为中砂,表观密度ρs=2.65g/cm3,堆积密度ρs’=1500kg/m3),人工碎石(最大粒径为20mm)。

C30混凝土试验配合比参数见表1。

1.2 试验方案

本文采用以下四种方案进行防腐试验,具体见表2。

由于试验室的试验条件有限,故在方案3中不能采用静电喷涂环氧树脂粉末的方法。为了解决这一问题,本方案采用的是在环氧树脂液体中添加固化剂(环氧树脂:固化剂=1:4)并用乙醇作为溶剂。当内层的环氧树脂物理保障层因外力因素遭到破坏时,外层的缓蚀剂化学屏障层起到保护作用,来填补破坏点。

在方案4的试验中,当内层的缓蚀剂浓度达到一定量要求时,再在其外层包裹一层无破损且密封的环氧树脂物理保障层,共同保护钢筋不与外界的有害溶液接触,起到隔离的最佳效果。

混凝土为C30等级, 试件尺寸均为100mm×100mm×510mm, 并在试件中埋置两根直径为6mm的普通低碳光圆钢 (如图1所示), 其表面成色较新,无明显锈蚀现象,且每根钢筋长度为(300±1)mm。用钢丝刷人工打磨其表面,确保表面光滑清洁。用磨砂纸将钢筋两端打磨平整,防止后期试液涂抹不均。把处理好的试件放于干燥器中备用。

1.3 试验过程

混凝土试件成型后要在标准养护室养护,养护时要求相对湿度90%以上,温度(20±3)℃,试件彼此距离10~20cm,并避免用水直接淋刷试件。

本项目在试验室采用人工模拟海洋环境加快腐蚀,先将试件放入80℃的恒温干燥箱中烘48h后取出,在20℃的5倍浓度人工模拟海洋溶液[其化学组成为:w(Na Cl)=2.35%;w(Mg Cl2) =0.50% ;w (MgSO4)=0.39%;w(Ca Cl2)=0.11% ;w (KCl)=0.07%] 中浸泡48h,随后将试件放入恒温恒湿箱中72h,恒温恒湿标准养护箱中将温度控制在50℃, 湿度为98%,恒温恒湿箱底部放入饱和氯化钠盐水,如此为一个循环来加速模拟濒海环境中干湿交替和烟雾腐蚀情况[12]。试验流程如图2所示。

检测采用半电池电位法,半电池电位法是通过测量钢筋的自然腐蚀电位判断钢筋的锈蚀程度。在测定时, 混凝土试件的表面放置高导电性海绵,用饱和Cu SO4溶液作为参比电极, 接高阻抗电压表,钢筋接正极,参比电极接负极,进行钢筋腐蚀电位的测定[13],试验装置如图3所示。

2 试验结果及分析

在人工模拟海洋环境下, 钢筋混凝土在饱和Cu SO4溶液(参比电极)中测定钢筋腐蚀电位,结果见表3。

m V

表3中钢筋混凝土钢筋的半电池电位是指钢筋表面微阳极和微阴极的混合电位。当钢筋混凝土中钢筋表面阴极极化性能变化不大时,钢筋半电池电位主要决定于阳极性状,即阳极钝化,电位偏低;阳极活化,电位偏负[14]。根据美国ASTMC 876[13]的评估标准,半电池电位负向小于200m V,则此区域发生钢筋腐蚀概率约为5%;半电池电位在-200m V~350m V,则此区域发生钢筋腐蚀概率约为50%。据此试验结果可知, 钢筋在没有涂任何保护材料时,其发生腐蚀的概率是涂有保护材料钢筋的1.3~1.5倍。钢筋被放置位置不同时,其腐蚀概率也不相同。由数据得出, 在相同试验条件下, 同一试件位置2的腐蚀电位负向要小于位置1的,说明钢筋被混凝土包裹的保护层厚度越大时, 其被腐蚀的概率越小。

对半电池电位得出的试验数据进行分析:

(1)在海洋环境下 ,钢筋混凝土试件中无涂刷保护材料的钢筋锈蚀速度(-289m V~-304m V,属于高腐蚀状态)要大于其在自然环境中的腐蚀速率(226m V~-237m V,偏向于中腐蚀状态)。单独涂了环氧树脂的钢筋(-218m V~-233m V,属于中低腐蚀临界状态) 和单独涂了缓蚀剂的钢筋 (-193m V~196m V,属于中低腐蚀临界状态)都体现出了良好的防腐蚀性能———经过处理的钢筋在模拟海洋环境下测得的腐蚀电位绝对值明显低于未处理的钢筋腐蚀电位,且接近自然环境下的腐蚀电位,甚至体现出低腐蚀的特点。

(2)对比先涂环氧树脂与先涂缓蚀剂两组试验数据可以看出:先涂缓蚀剂的试验组腐蚀电压更接近-185m V,而先涂环氧树脂的试验组的腐蚀电压更接近-200m V。两者差距虽小,但多次试验均可得出先涂缓蚀剂的防腐蚀效果要优于先涂环氧树脂的。排除试验涂抹不均匀等因素,证明了先使用化学效应使钢筋表面离子变得致密,再通过物理效应保护钢筋的效果要明显优于先建立物理保护,再进行化学干预的效果好。

根据试验结果可以推测:物理保护存在着一定的不足,单独使用时,虽可以阻挡外物的进入,却无法抵御内部已经存在的化学离子对钢筋的腐蚀。在实际应用中,可以先用化学干预的方法去除内部离子干扰,然后再施加物理防护,使物理保护更加完善。

(3)对比钢筋涂抹组合保护层的保护效果与单独涂抹一种保护材料的保护效果可以看出:单独涂抹的电位大多集中在-190m V~-225m V,而涂抹组合保护层的电位则集中在-175m V~-200m V之间。涂抹组合保护层对钢筋的保护效果要明显好于单独涂抹保护层对钢筋的保护效果。试验证明,将具有不同保护效果的保护材料进行组合使用确实能够起到更好的保护效应。根据试验结果可以看出:对具有物理、化学原理区别的保护材料,先涂抹化学原理的保护层,再涂抹物理原理的保护层能对试件产生更好的保护效果。

(4) 通过试验综合比较 , 得出方案4的腐蚀概率比方案1的降低20.66% , 比方案2的降低4.00%, 比方案3的降低5.66%, 比对照组1降低23.64%,比对照组2降低58.44%。由此分析出先涂缓蚀剂再覆涂环氧树脂的组合效果是最佳的,更能降低钢筋在氯盐环境下的腐蚀程度。

(5)对同一试件位置1与位置2的试验数据比较可以得出:不同混凝土保护层厚度对钢筋保护的效果是不同的。位置1位于试件角端(距两边边缘20mm),位置2位于试件中部 (距一边缘20mm),可得位置2的混凝土保护层厚度要大于位置1的混凝土保护层厚度。试验数据表明,位置2的腐蚀电位绝对值明显要小于位置1的腐蚀电位绝对值,说明混凝土保护层厚度越大对钢筋的保护效果越好。混凝土保护层对钢筋保护的最佳厚度还有待进一步试验探究。

3 结语

本研究为在人工海洋环境下,环氧树脂与缓蚀剂单独及不同涂刷顺序的组合使用对钢筋进行保护的试验,主要通过改变两者涂覆的先后顺序来处理条件相同的钢筋混凝土构件,用半电池电位法测定钢筋的腐蚀电位。根据试验结果可知,先涂一层缓蚀剂再覆加一层环氧树脂的试件中钢筋腐蚀电位较其余几组负向电压要小30~50m V。其原理是:外层的环氧树脂属于物理防护,内层的缓蚀剂属于化学防护,当物理防护出现漏洞时,内层的化学防护作为第二道屏障进行了补救。因此,在钢筋表面先进行缓蚀剂化学保护,再涂抹环氧树脂物理保护层,这样组合使用能对试件产生更好的保护效果。

环氧树脂钢筋篇5

关键词：桥梁,海上承台,环氧钢筋

1 工程概况

金塘大桥时舟山大陆连岛工程的一部分, 跨越金塘岛与宁波镇海, 全长26.5公里。金塘大桥非通航孔桥14.1公里, 占跨海长度的77%, 包括东、主通航孔桥间 (K30+775~K31+675) , 主、西通航孔桥之间 (K34+385~K43+205) 和西通航孔桥以西 (K43+655~K47+675) 三段。非通航孔桥分离式承台394个, 整体式承台29个。

为解决金塘大桥承台及部分墩身浪溅区钢筋的防腐问题, 保证100年的设计寿命。在6个试桩承台上使用环氧涂层钢筋 (简称环氧钢筋) , 以验证其施工可行性。

试桩承台 (E52、E92、E132、G16、G44、C18) 采用直径为40mm、25mm、20mm、16mm、12mm的5种环氧钢筋, 总计499.23T, 钢筋保护层厚度不小于9cm;钢筋骨架采用直径25mm的钢筋作为架立钢筋, 纵横向间距均为80cm。

2 环氧钢筋特点

优点:环氧钢筋是解决混凝土中钢筋腐蚀的重要方法, 至今已有30多年的历史。由于这种涂层在混凝土与钢筋间有抗氧离子、氯离子和水分子渗透的作用, 以及涂层与钢筋之间的强结合力, 使得在混凝土中的环氧钢筋具有良好的抗腐蚀作用。

缺点:一旦环氧钢筋破损, 形成点腐蚀。氯离子对钢筋的腐蚀速度将更加快。由于环氧钢筋表面光滑, 与混凝土的摩阻力小, 环氧钢筋比普通钢筋与混凝土之间的粘结强度下降20%, 受拉钢筋的绑扎搭接长度是普通钢筋的1.5倍, 受压钢筋是1倍, 且不小于250mm。

3 环氧钢筋的制作过程

环氧钢筋的制作, 是在专业工厂以生产流水线方式进行的。其主要工艺流程:钢筋表面预处理 (喷砂除锈) →钢筋加热→静电喷涂→净水冷却→质量检查→包装捆扎→成品入库。

4 环氧钢筋的检验

环氧钢筋的原材料、加工工艺、质量检验及验收标准, 应符合现行行业标准《环氧树脂环氧钢筋》 (JG3042-1977) 的有关规定, 不符合质量与验收标准者不得使用。

涂层应具有对化学腐蚀、热湿环境腐蚀、阴极剥离和氯化物渗透等的足够抵抗力。一般以涂层厚度、连续性和延展性三项指标作为判定涂层质量的依据。

5 环氧钢筋的验收

进场后的环氧钢筋每一批 (由同一条生产线连续生产出来的同一尺寸的环氧钢筋, 当直径不大于20mm时, 2T为一验收批次, 当直径大于20mm时, 4T为一验收批次) 随机应至少抽取1根环氧钢筋进行涂层厚度、连续性和柔韧性的复检。

每米环氧钢筋上不允许出现大于25mm2涂层损伤缺陷, 小于25mm2涂层损伤缺陷的面积总和不得超过钢筋表面积的0.1%。

6 环氧钢筋的储存和运输

环氧钢筋现场存放期不得超过6个月。当环氧钢筋在室外存放需要在2个月以上时, 应采取保护措施, 避免阳光、盐雾和大气暴露的影响。

环氧钢筋应采用不透光塑料袋包装, 施工使用时才能打开包装, 避免阳光照成涂层使涂层老化。

堆放时, 环氧钢筋应水平存放。环氧钢筋与地面之间应架空并设置保护性支承, 各捆环氧钢筋之间应以垫木隔开, 支承和垫木的间距应足以防止成捆钢筋下垂, 成捆堆放数不得多于5层, 普通钢筋与环氧钢筋应分开堆放。

环氧钢筋的搬运应以水平方式搬运, 搬运和吊装过程严禁用硬器撬动钢筋, 也不允许拖、拉、抛、拽钢筋, 保护涂层, 避免损坏。以轻取轻放为好。

环氧钢筋的吊装应以高强度非金属纤维带 (如尼龙扁带等) 作为吊装索具, 避免硬性挤压和强力摩擦造成涂层损坏。

环氧钢筋吊、运、储支点的设置:环氧钢筋吊、运、储支点的确定以长度和重量为主要参数, 支点的设置以环氧钢筋的长度在6m以下设置2个支点, 长度超过6m时每隔4m设置一个支点。如果环氧钢筋重量超过2T, 支点数量应适当增加。环氧钢筋施工中应减少吊装次数, 宜采用集装箱运输环氧钢筋。

7 环氧钢筋的修补

加工过程中受到剪切、锯断或工具切割时产生的断面, 均应在切断或者损伤后2小时内及时修补。修补前, 应先清除脱落的涂层和修补处的锈迹, 修补采用环氧钢筋生产厂家提供的专用修补材料。修补应在相对湿度小于85%的环境中进行。当环境相对湿度大于85%时, 应以电吹风适当加热。修补涂层厚度不得小于180μm, 后修补涂层与原有涂层的重叠不应过大。

环氧涂层脱落、剥离或者损伤达到下列程度时, 不得修补和使用:

⑴一点上的面积大于25mm2, 或长度大于50mm (其中不包括钢筋剪切端头的修补面积) ;

⑵1m长度内有3个点以上 (及时每个点的面积小于25mm2或长度小于50mm) ;

⑶环氧钢筋切下并弯曲的一段上, 涂层有6个点以上的损伤。

8 环氧钢筋的加工

⑴环氧钢筋的弯曲加工。

环氧钢筋进行弯曲加工时, 环境温度不应低于5℃;钢筋弯曲机的芯轴应套上专用护套, 平板应铺上纤维毡垫, 避免与金属物的直接接触和挤压。

环氧钢筋的弯曲直径:直径≤20mm的钢筋, 不宜小于4d;直径>20mm的钢筋, 不宜小于6d;弯曲速度不宜高于8r/min。

⑵环氧钢筋的切断加工。

切断时支撑部位用非金属缓冲垫保护。

环氧钢筋严禁使用气割或者其他热力方式切断。

钢筋切头的金属裸露部位和损伤部位应及时用涂层修补剂进行修补, 切断的钢筋头, 应在切断后2h内及时修补。

⑶剪切和冷弯环氧钢筋时, 所有接触环氧钢筋的支座和芯轴等接触区应配以尼龙套筒或其他合适的塑料套筒。

9 环氧钢筋的安装施工及保护和修补

环氧钢筋在安装过程中严禁使用电焊连接, 应使用环氧金属丝进行绑扎连接或者使用套筒进行机械连接。具体是:

⑴直径<20mm的环氧钢筋, 采用绑扎连接、定位。绑扎用的金属丝必须采用环氧钢筋生产厂家提供的专用环氧涂层扎丝。对十字交叉分布的环氧钢筋, 应采用X形绑扎。环氧钢筋的绑扎搭接长度应符合设计要求, 无特殊要求时, 对受拉钢筋, 不得小于相关设计规范规定的相同等级和规格的无环氧钢筋锚固长度的1.5倍及不低于375mm;对受压钢筋, 不得低于有关设计规范规定的相同等级和规格的无环氧钢筋锚固长度的1倍及不小于250mm。

环氧钢筋与普通钢筋间的绑扎, 其接触部位应用大小适合的橡胶垫隔开。

⑵直径≥20mm的环氧钢筋采用镦粗直螺纹接头连接。套筒采用普通套筒, 其具体施工方法是:首先对端部进行修正;然后利用镦粗机对钢筋端头进行镦粗, 再利用套丝机对镦粗厚的钢筋端头进行套丝, 最后将套筒拧在加工好的丝头上。连接完成以后采用专用修补剂对无涂层保护的套筒及加工受损部位进行修复。

所有操作人员不得穿硬底鞋踩踏钢筋, 进入绑扎位置后不得随意踩踏环氧钢筋。对绑扎施工设计专用通道并在通道上铺上土工布或者橡胶垫。

环氧钢筋安装完成以后不得在其上随意走动, 不允许操作人员携带重物在其上走动, 防止重物跌落损伤环氧钢筋。最后离场人员应进行涂层检查, 对损坏的涂层应使用专用的涂层修补剂及时进行修补。修补应选择晴天干燥的条件下进行。对破损部位产生铁锈的应该先除锈, 清洁修补部位后再进行修补。

1 0 使用环氧钢筋承台的混凝土浇筑

使用环氧钢筋的承台进行混凝土浇筑时, 应优先采用附着式振动器振捣, 若使用插入式振捣棒时, 应使用专用的塑料或者橡胶材质的振捣棒, 防止损坏涂层。

在浇筑混凝土前应对环氧钢筋绑扎的构件再次进行检查, 有破损点及时修补, 待修补剂固化之后才允许进行混凝土浇筑施工。

承台混凝土浇筑施工完毕之后, 对于外露的墩身预埋钢筋应采取包裹黑色不透光塑料薄膜等保护措施避免紫外线照射和海水侵蚀。

1 1 环氧钢筋的施工难点及发展趋势

⑴环氧钢筋的使用在国内尚处于起步阶段, 加工, 安装, 设计经验及相应的配套设备及其缺乏, 在本次施工中属于摸着石头过河边施工边总结经验, 边设计制造相关的配套设备。

⑵直径超过40mm的钢筋加工难度大, 在进行弯曲加工时, 表面的涂层破坏面积大。

⑶由于没有相关专门的包装, 在施工、运输等诸多环节中, 环氧涂层易被损伤。