环氧涂层钢筋（精选7篇）
环氧涂层钢筋 篇1
摘要：本文简单介绍了环氧树脂涂层钢筋基本理论与实验室业务受理钢筋的流程, 同时也说明实验室业务受理的重要性。
关键词：环氧树脂涂层钢筋,实验室,业务受理
第一章 前言
由于钢筋混凝土中的钢筋腐蚀是土建和海洋工程中的重要问题。历史已表明, 由于钢筋腐蚀会引起工程的灾难性事故, 因此对于钢筋的腐蚀防护已引起人们的广泛重视。据专家介绍, 多年的研究和实践表明:使用涂层钢筋是解决钢筋或预应力钢筋腐蚀问题行之有效的方法, 尤其是使用环氧涂层钢筋, 无论从防腐性能、经济性、施工性还是从生产的难易度来看, 环氧涂层钢筋都已达到了实用阶段。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, 使得在混凝土中的涂层钢筋具有良好的抗蚀作用。虽然中国国内有关环氧涂层钢筋的科研和工程应用的报道还很少, 但是建筑结构的耐久性问题, 在我国越来越高的受到重视。在一些国家重点建设项目上, 环氧树脂涂层钢筋开始大量使用[1]。
由于环氧树脂涂层钢筋在工程中占据着重要地位, 因此对于一个第三方公证检测机构来说, 如何对环氧树脂涂层钢筋进行更加有效的检测, 是一个全新的课题, 而本文就是环绕业务受理这一角度对环氧树脂涂层钢筋进行分析, 使整个检测流程更为清晰、检测结果更为科学准确。
第二章 对环氧树脂涂层钢筋的业务受理
第一节 实验室业务受理
一、业务受理的概念
所谓业务受理, 是指客户提供产品、咨询业务或者业务投诉等诸方面与业务相关的由专门的人员承担的一个完整的受理过程。
二、实验室委托检验服务流程
由图2.1.1可得出, 业务受理作为整个检验服务流程的第一步, 起着至关重要的作用。
第二节 环氧树脂涂层钢筋的概述与标准
一、环氧树脂涂层钢筋概念
环氧树脂涂层钢筋:是指在普通钢筋其质量符合国家相关标准基础上, 为了能在工程中起到更好的防腐蚀效果, 而通过一系列工艺在钢筋上涂满环氧树脂粉末而形成的钢筋[2]。
环氧树脂涂层钢筋的制作是以生产流水线方式进行的。其主要工艺流程为: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→成品库存。
二、环氧树脂涂层钢筋标准:JG 3042-1997[3]
为推广应用钢筋防腐先进技术, 保证钢筋环氧树脂涂层的制作质量, 由建设部建筑科学院在国外相关标准基础上, 结合我国国情起草原件, 中华人民共和国建设部于1997年10月8号批准, 同年12月1日正式实施中华人民共和国建筑工业行业标准:JG 3042-1997。
第三节 环氧树脂涂层钢筋与业务受理
环氧树脂涂层钢筋进行业务受理, 要经过多个步骤, 包括:样品符合性与适用性的判断、样品的取样与抽样、检验项目、合同评审。
一、样品符合性与适用性的判断
客户要求检验的环氧树脂涂层钢筋, 业务受理员必须要对产品进行仔细查验。环氧树脂涂层钢筋表面不得有尖角、毛刺或其他表面缺陷, 不应有环氧树脂涂层粉末脱落情况的出现, 不应有孔洞、空隙、裂纹或肉眼可见的其他的涂层缺陷, 环氧树脂涂层钢筋表面应有详细的规格和具体标记。通过这些检验, 判断样品是否符合标准要求, 是否能够进行检验。
二、取样、抽样
客户送样的环氧树脂涂层钢筋在抽样方面按照标准必须符合以下2点:
1同一检验批的环氧树脂涂层钢筋是由同一条生产线在不超过4h且不间断的生产过程中生产出的同一尺寸的钢筋组成;
2每一检验批钢筋的试验样品应在生产线上随机抽取。
业务受理员在受理样品前, 必须对环氧树脂涂层钢筋进行数量清点, 所取的样品必须符合标准试验项目的要求, 即同一规格送检的钢筋最少需要两根才能进行试验, 同时每批钢筋在取样上要求所检钢筋是作为截取段存在的, 取样位置是距从原钢筋头部1m左右进行截取, 且每个钢筋送检时, 钢筋长度为1m。
三、检验项目
按照标准JG 3042-1997规定, 向客户说明实验室对环氧树脂涂层钢筋主要进行三项检测, 即涂层厚度、涂层连续性、涂层可弯性检验。
四、合同评审的要点
实验室合同评审, 是业务受理员与委托检验环氧树脂涂层钢筋的客户进行洽谈, 了解客户要求, 对客户解释实验室的检测能力与检测资源经过客户同意进行检测, 业务受理员在初步检查样品和清点数量后, 参阅客户提供的产品质保单后, 在符合标准规定的前提下, 利用管理系统进行登记, 在系统委托单上填写要检验产品的相关信息, 并且对照客户要求与信息进行检查, 同时在此协议书上要体现检测机构的技术能力 (检测标准) 、价格、交付时间、分包要求、法律责任、样品要求、保密和保护所有权要求、传送结果要求、根据测试结果按照标准提供最终判断是否合格或者是提供实测数据、其他要求 (包括检测报告中有否测量不确定度要求) 等。然后由部门主管在进行查阅是否与客户取得一致后审批, 最后交由客户查阅是否符合委托要求, 随后签订委托协议书, 同时业务受理员将把协议书副本交由客户保存, 主本则由业务受理员将客户提供与环氧树脂涂层钢筋相关的资料一起装订保存记录, 然后将检测任务下达到检测部门进行检验。
通过以上几个步骤, 业务受理环氧涂层钢筋整个工作流程就得以完成。
第三章 结束语
通过全文介绍, 我们可以发现实验室要获得持续发展, 优秀的业务受理人员是必不可少的[4]。业务受理是实验室与外界联系、树立实验室信誉的“窗口”之一。基层实验室的业务受理人员可能是身兼数职, 往往同时兼任样品管理、检测结果意见和解释工作, 其素质在某种程度上反映了实验室的水平。首先, 由于整个业务流程已经可以通过系统软件来实现, 一方面实现了办公无纸化, 节约了成本, 提高了效率, 对业务受理员的能力和工作细致性有了更高的要求;其次, 业务受理员在不断提升自己的同时, 也必须怀着一颗回报社会的心, 耐心、细致、热情、诚恳的为客户服务, 减少错误的发生, 为检测机构树立良好的形象;最后, 作为一个实验室也必须本着对客户负责的原则, 在不断提升自己检测能力的同时, 还要不断加强标准的学习。只有这样实验室才能被更多的客户所认可, 赢得更多的荣誉。
参考文献
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[4]夏铁瑛:《浅谈实验室合同评审人员所需具备的基本素质》[J].现代测量与实验室管理, 2003年, 04期.
环氧涂层钢筋 篇2
涂料的配方和参数设计直接影响其性能,需要考虑基材状况、涂料性能、颜色要求、环境条件及施工设备。以往主要利用经验法、对比法、逆向法和优选法等[1]对涂料性能进行控制,有的需要大量试验,有的靠经验估计,有的只对一些简单的因素进行控制,忽略了其间的交互作用,误差较大。采用正交试验设计方法[2],以数理统计学理论为基础,可以主动、科学地安排试验,以少量有效的试验,得到可靠的信息,迅速求得最佳参数,选择最佳施工条件。利用正交试验对影响涂层性能的参数进行分析,可以很好地拟合出试验参数和试验结果的关系,得到适宜的参数,大大降低试验次数,节约成本,同时还可最大程度地提高涂料的性能。将这一方法用于优化涂料、陶瓷原料及参数,具有明显的效果[3~5],目前还没有将其用于重防腐蚀领域的报道。
本工作以正交试验为基础,用方差分析[6]、回归分析、区间估计法,分析试验数据,对海洋风电重防腐蚀涂料进行优化,详细准确地分析了涂料及施工参数对涂层性能的影响,得出了最佳试验条件( 涂料组分、温度、喷涂参数等) ; 借助计算机进行计算和优化,大大减少了试验次数; 全面考察了影响因素及其间的交互作用,减少了试验误差; 着重对优化设计原理及方法进行了阐述。
1试验
1.1配方组成
表1为环氧玻璃鳞片涂料配方。
1.2正交方案选择
影响涂料涂层性能( 结合力、人工老化循环时间、 光泽度、耐磨性) 的因素有玻璃鳞片含量、喷涂压力、喷涂距离和温度。表2为其因素水平表。L16( 45) 正交试验方案见表3。
注: 以 D ( 空列) 作为误差,与其他水平进行比较,以便使论据更加可靠 。
利用所给原料选出合适的玻璃鳞片[7]。根据上述试验方案,制备出符合条件的环氧玻璃鳞片涂料涂层, 每一个方案至少制备4块试样。
1.3测试表征
( 1) 结合力参照GB /T 5210 - 2006,利用PosiTest AT拉脱法附着力测试仪对16种试样进行结合力测试。环境温度为( 23 ± 2) ℃,湿度为( 50 ± 5) % 。步骤如下:
1在试柱及涂层表面均涂足量的环氧树脂胶黏剂并压合,通风良好处固化16 h以上;
2使用锐刀,沿试柱周线,将试柱周围固化的胶黏剂与涂层切透,直至露出底材,并用锐锥清理试柱中心的固化胶黏剂;
3在与涂层表面垂直的方向均匀施加拉力,增速不超过1 MPa /s,使整个涂层破坏过程在90 s内完成, 观察涂层的破坏程度及方式,记录数据。
( 2) 循环老化按照ISO 20340: 2003附录A程序A执行,试样暴露1周( 168 h) 为1个周期,共暴露25个循环周期。以试样出现粉化和裂纹的时间作为耐人工老化循环指标,分以下3项:
1 72 h紫外线、水暴露,其中4 h为紫外线照射, ( 60 ± 3) ℃和4 h冷凝( 50 ± 3) ℃交叉进行;
2 72 h盐雾腐蚀,箱内温度为35 ℃ ,介质为53 g / L Na Cl,用采取容器收集盐水,1. 0 ~ 2. 0 m L / h,至少收集16 h,以平均值表示喷雾量,完后用去离子水清洗试板,不干燥;
3 24 h( - 20 ± 2) ℃ 暴露。
( 3) 光泽度参照GB /T 9754,对每种试样进行光泽度检测,记录结果,仪器为MN268型光泽度仪,取3点平均值。
( 4) 耐磨性根据GB /T 1768 - 2006《漆膜耐磨性测定法》,采用旋转橡胶砂轮法测定:
1将磨耗仪上的砝码换为1 kg砝码,将吸尘器与磨耗仪连接,并按标准校准仪器,距吸尘嘴圆片表面约1 mm,将计数器设定为零;
2将橡胶砂轮在整新圆片上运转500 r。每个试样测试前及每运转500 r后都以这种方式整新橡胶砂轮,使摩擦面刚好呈圆柱形,且没有任何弯曲;
3在经过规定的1 000 r后,用不起毛的纸将残留在试样表面上的疏松磨屑除去,检查涂层是否被磨穿;
4以磨耗仪转动1 000 r后的失重为涂层的耐磨性能。
2结果与讨论
2.1优选结果
表4为各因素对涂层性能的影响。表5为其计算结果。
注: RJ为第 J 个因素各水平的综合平均值的极差,其中 RJ= max { K1J/4 , K2J/4 , K3J/4 , K4J/4 } - min { K1J/4 , K2J/4 , K3J/4 , K4J/4 } ; Ki J为第 J 个因素第 i 个水平所对应的数据之和 。
2.2涂层性能
2. 2. 1结合力
表6为各因素对涂层结合力的影响。从表6可以看出: 因素A和B对结合力的影响非常显著,因素E的影响显著,其他因素不明显。由此可以得出,玻璃鳞片含量和喷涂压力对涂层的结合力影响较大,温度次之。
注: 由于 C 的极差比空白的小,可以将其作为误差列进行方差分析, 其中的各项指数分别为 W = 3 464. 1,P = 3 457. 44,QA = 3 462. 3,QB = 3 460. 71,QC = 3 460. 44,QD = 3 460. 56,QE = 3 458. 72,ST = W - P = 6. 66,SA = QA - P = 4. 86,SB = 3. 27,SE = 1. 28,SE = ST - ( SA + SE) = 0. 52,ft = n - 1 = 15,fa = fe = p - 1 = 3,fe = ft - ( fa + fb + Fe) = 6; **为,* 表示因素影响显著。
2.2.2光泽度
表7为各因素对涂层光泽度的影响。从表7可以看出: 因素A对光泽度的影响非常显著,B有影响,其他因素不明显。由此得出,玻璃鳞片含量、喷涂压力对光泽度有影响。由表5光泽度的极差也可以得出玻璃鳞片含量的影响最大,喷涂压力次之。
注: W = 12 399. 34,P = 12 232. 36,QA = 12 384. 3,QB = 12 238. 645, QC = 12 240. 01,QE = 12 237. 375,ST = W - P = 166. 98,SA = QA - P = 151. 94,SB = 6. 285,SC = 7. 65,Se = 5. 02,SE = ST - ( SA + SB + Se) = 3. 735,ft = n - 1 = 15,fa = f B = fe = p - 1 = 3,fe = ft - ( fa + fb + fb + fe) = 3; **表示因素影响非常明显,* 表示因素影响显著。
2.2.3耐磨性
表8为各因素对涂层耐磨性的影响。从表8可以看出,因素A对耐磨性的影响非常显著,B和C对耐磨性有一定的影响,其他因素不明显。由此可以得出,玻璃鳞片含量、喷涂压力和距离对光泽度有影响。由表5也可以得出玻璃鳞片含量对耐磨性影响最大,喷涂压力次之,距离影响最小。
注: 由于 E 的极差比空列的小,可以此作为误差列进行方差分析。 W = 7 576 875,P = 7 544 636,QA = 7 572 386,QB = 7 546 325,QC = 7 546 444,ST = W - P = 32 239,SA = QA - P = 27750,SB = 1 689,SC = 1 808,SE = ST - ( SA + SB + SC) = 992,ft = n - 1 = 15,fa = fb = fc = p - 1 = 3,fe = ft - ( fa + fb + fc) = 6; **表示因素影响非常明显,* 表示因素影。
2.2.4循环老化
表9为各因素对涂层耐循环老化的影响。从表9可以看出: 因素A和B对循环老化的影响非常显著,其他因素不明显。由此可以得出,玻璃鳞片含量和喷涂压力对循环老化影响较大。由表5也可以得出玻璃鳞片含量对老化的影响最大,温度次之。
注: W = 111 184 100,P = 108 628 506,QA = 111 075 225,QB = 108 730 125,QC = 108 630 825,QE = 108 631 225,ST = W - P = 2 555 594,SA = QA - P = 2 446 719,SB = 101 619,SC = 2 319,Se = 2 719, SE = ST - ( SA + SB + SC + Se) = 2 218,ft = n - 1 = 15,fa = f B = fc = fe = p - 1 = 3,fe = ft - ( fa + fb + fc + fe) = 3; **表示因素影响非常明显,* 表,( * ) 表示因素有一定的影响。
2.3影响涂层性能的因素优化
由试验结果计算表和各性能指标的方差分析表可以看出: 因素A对每个指标的影响都较大; D对每个指标不明显; B对结合力、光泽度、耐磨性和循环老化都有影响; C对耐磨性有一定的影响。因此,对每个指标的因素影响顺序为A > B > C > E > D,因素D是空列可以忽略。
从表5可以得出: 因素A2和A3对结合力和老化的影响最大,取其最佳范围为A2~ A3; B对结合力的影响不大; B2,B3,B4对循环老化具有一定的影响,故最佳范围为B2~ B4; E对循环老化影响不明显; E2和E3对结合力有影响,故最佳范围为E2~ E3,C和D对结合力、循环老化影响不大,暂不考虑; 对于耐磨性,因素A的最佳值为A1,B的最佳范围为B2~ B4,C的最佳范围为C1~ C3,因素D和E影响不大,不作考虑。
鉴于重防腐蚀领域最重要的性能指标是耐老化时间和结合力,耐磨性次之,最终确定各因素的影响顺序为A > B > E > C,即( A2~ A3) > ( B2~ B4) > ( E2~ E3) > ( C1~ C3) 。
由上可以得出影响涂层最佳性能参数: 15% ~ 30% 玻璃鳞片,喷涂压力0. 70 ~ 0. 85 MPa,温度50 ~ 60 ℃ ,喷涂距离5 ~ 20 cm。
2.4最优涂料配方及涂层的性能
表10为最优涂料配方、施工参数及获取的涂层的最佳性能。
3结论
( 1) 通过正交设计试验,能够有效准确地对影响环氧玻璃鳞片涂料涂层性能的因素进行分析。玻璃鳞片含量对涂层的性能影响最大,喷涂压力次之,温度和喷涂距离也有一定的影响。
( 2) 利用数学原理,通过对正交设计试验结果计算和方差分析可以得出玻璃鳞片含量、喷涂压力、温度和喷涂距离的最佳参数,从而可以优化工艺,提高效率。最佳参数为15% ~ 30% 玻璃鳞片,喷涂压力为0. 70 ~ 0. 85 MPa,喷涂距离为5 ~ 20 cm,温度为50 ~ 60 ℃ 。
参考文献
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[2]李玉书.原料配方优化设计[J].电瓷避雷针,1986(4):9~13.
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[6]里斯著,田金方译.数理统计与数据分析[M].北京:机械工业出版社,2011:35~42.
环氧涂层钢筋 篇3
关键词：环氧涂层钢绞线,夹片,锚具,静载试验,疲劳试验,低应力
填充型环氧涂层钢绞线,其组成钢绞线的7根钢丝间隙内由环氧树脂完全填充,钢绞线外层环氧涂层厚度为0.38 mm～1.14 mm。作为一种成熟的新型防腐预应力材料,填充型环氧涂层钢绞线已在美、日等国家得到大量应用。
自2003年引进中国以来,填充型环氧涂层钢绞线以其优异的性能,很快被工程界人士认识和接受。本文通过对填充型环氧涂层钢绞线锚固技术的机理分析、试验数据并结合典型工程实例应用,来说明填充型环氧涂层钢绞线的锚固可靠性。
1 夹片式锚具的锚固机理分析
钢绞线一般采用夹片式锚具进行锚固。夹片式锚具对钢绞线的锚固利用了楔块原理,其受力示意图如图1所示。
图1中α为锚固锥孔的半角,β为夹片与锚环间的摩擦角,γ为夹片与钢绞线之间的摩擦角,F为钢绞线载荷,R为夹片背面产生的分布压力总反力,Rh为总反力R的水平分力,N为夹片与钢绞线之间的夹持力。
经推导[4]可得钢绞线锚固条件:
为保证式(1)成立,提高锚具的自锚性,必须使夹片和钢绞线之间有足够大的摩擦角,在增大γ值的同时,应尽可能减小α+β的值。
本文的主要关注点在于夹片和钢绞线之间的夹持锚固问题。由于夹片内表面加工有丝牙,摩擦角γ是一个综合当量,由正压摩擦和机械啮合组成。实际锚固过程中,随着钢绞线载荷F的增大,正压摩擦和机械啮合对锚固力的贡献组成是一个动态的变化过程。在载荷F作用的初期,由于正压力较小,夹片的丝牙尚不能咬入钢绞线本体,所以由正压摩擦的锚固作用占优;在载荷F作用的中后期,夹片的丝牙逐渐咬入钢绞线本体,机械啮合作用也逐渐参与锚固,最后达到正压摩擦和机械啮合共同作用的锚固效果。
2 填充型环氧涂层钢绞线专用锚具的设计要点及优点
2.1 填充型环氧涂层钢绞线的结构
填充型环氧涂层钢绞线外表有较厚的涂层,环氧涂层厚度为0.38 mm～1.14 mm,而且各钢丝间隙内完全由环氧树脂填充。
2.2 锚具的设计要点
根据有关学者的分析计算[5],对于夹片式锚具的锚固有以下结论:1)夹片的丝牙节距越大,咬痕处的轴向应力集中系数k1越大;2)夹片丝牙数量多,并不是保证锚固性能的充分条件。
根据填充型环氧涂层钢绞线的结构特点,其锚固专用夹片的设计要点如下:1)夹片丝牙采用合理的粗高牙,在载荷F的作用下,丝牙能刺透环氧涂层并咬入钢绞线的金属基体,实现机械啮合锚固;同时在保证锚固可靠性的前提下,使夹片丝牙的咬痕尽量浅;2)夹片为三片式,使钢绞线获得均匀的周向正压夹持,充分发挥夹片对钢绞线的正压摩擦锚固;3)适当增加夹片长度,保证合适的丝牙数量,并使夹片前端稍薄,以减弱前端刚度,利于荷载向夹片后端传递;4)夹片的外锥角α取适当的小值,保证在夹片对钢绞线咬深较浅的情况下,仍能使夹片对钢绞线有足够的正压摩擦锚固力;5)在夹片的丝牙前端加工合适的应力释放角,使各丝牙受力分布尽量均匀,从而提高每个丝牙的啮合锚固效率。
填充型环氧涂层钢绞线的锚固单元设计尚需综合考虑锚环和夹片的材质、加工精度、热处理工艺和硬度要求等。
2.3 锚具的优点
1)低应力锚固性能。因钢绞线具有强韧的厚环氧涂层,在低张拉力下,夹片已能咬合韧而不脆的环氧涂层,随张拉力的增大,涂层咬痕能带动夹片跟进锚固。2)夹片采用粗牙,牙距大,其在钢绞线上的咬痕所引起的应力集中区相距稍远,减小了应力集中度,从而缓解了钢绞线的咬伤程度。3)环氧树脂使钢绞线粘结为牢固整体,提高了钢绞线的截面刚度。在三片式夹片的楔块作用下,钢绞线截面变形小,夹片与钢绞线之间的当量摩擦角γ值大,较小的夹持力N就可以获得同等的载荷F。
3 填充型环氧涂层钢绞线专用锚具的相关试验验证
3.1 锚具组装件的动静载锚固性能
填充型环氧涂层钢绞线专用锚具在各种试验条件下,经过了大量的试验验证,证明了其锚固的可靠性。
试验结果表明,钢绞线—锚具组装件的静载锚固性能满足GB/T 14370-2007规定的锚固效率系数ηa≥0.95,总应变εapu≥2.0%的要求;同时具有在应力上限0.65σb,应力幅130 MPa下,以及在应力上限0.45σb,应力幅250 MPa下,均能承受200万次循环荷载的疲劳性能。
3.2 锚具组装件的低应力锚固性能
试验结果表明,填充型环氧涂层钢绞线专用锚具在低应力工况下,仍能保持优异的锚固效果,足以满足桥梁拉索体系在低应力下的使用要求。
4 工程实例
沈阳三好桥主桥为“钢拱塔斜拉桥”,主桥两个钢拱塔之间共设置10对水平拉索,拱塔两侧各设置10对斜拉索,采用填充型环氧涂层钢绞线体系。水平索S1′～S10′规格为15-43和15-50,其中S10′规格为15-50。
经计算,水平索挂索施工时,其单根钢绞线最低初张拉力仅为14.8 kN(约为5.7%σb);而在按S10′索至S1′索次序全部挂索结束后,单根钢绞线最高拉力为16.8 kN(约为6.5%σb),最低拉力为2.53 kN(约为0.97%σb),处于低应力锚固状态。在施工期间,如此低的锚固力在国内外施工案例中是极其罕见的。
水平索施工的最大难点在于:水平索初张拉后通过张拉斜拉索使水平索达到设计索力;斜拉索安装后,拱塔内无足够的调索操作空间。因此水平索的初张拉索力必须控制精确,确保一次张拉到位。
必须注意到,随着斜拉索的张拉,水平索的索力逐渐增大,夹片逐渐咬紧钢绞线的过程中,其在锚环的锥孔中存在一个轴向位移量[6],如图2所示。其中,Δr为径向咬合量,Δs为轴向位移量。
水平索索长较短,最短索为24.5 m,最长索为50 m。经估算,斜拉索张拉时,夹片的轴向位移量对水平索索力的影响较大,短索尤为突出。
为提高水平索的索力控制精度,尽量减小夹片的轴向位移量,施工时采取夹片顶压工艺。即在水平索初张拉后,对夹片进行顶压锚固。夹片顶压时,钢绞线的初张力会有损失,因此需在再对水平索的初张拉力进行修正,该修正值由施工前的模拟试验获得。
实桥施工中,根据试验数据对水平索的初张拉力进行修正,再进行顶压工艺操作。水平索张拉结束后,根据监控对拱塔变形和位移的监测,均在控制范围内,即水平索张拉已无调整必要,实现了水平索一次张拉成功的预期目标。
5 几点建议和看法
根据近年来对填充型环氧涂层钢绞线的应用经验,提出以下几点建议和看法:1)填充型环氧涂层钢绞线外表环氧涂层较厚,必须采用“顶压”式锚固。钢绞线张拉到规定载荷后,顶推夹片使其进入锚孔就位;千斤顶卸载后,夹片再自动跟进锚固。这样有利于减少夹片跟进的轴向位移Δs,同时使各片夹片跟进平齐,保证锚固质量。2)应严格按照规定进行预应力的张拉施工。夹片群锚中,夹片与锚孔、夹片与钢绞线之间的安装配合质量极其重要,尤其对于斜拉索和体外索等拉索结构。按照使用要求,在预应力锚具安装前,应将锚孔和钢绞线上的油污、杂质等清理干净[7]。3)在填充型环氧涂层钢绞线的张拉锚固过程中,千斤顶卸载夹片自动跟进的动作要缓慢,以利于夹片咬合跟进。4)目前国内有关规范或标准中,对预应力筋的内缩值有不大于6 mm的要求[7]。该指标是在无涂层或薄涂层钢绞线的基础上建立的,并不适用于厚涂层钢绞线。厚环氧钢绞线因锚固过程中的径向咬合量大,导致内缩量也相应增大。试验结果表明,其内缩量在8 mm～12 mm范围内。建议对相关标准进行修订和补充,以利于设计和工程技术人员参照。
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环氧涂层钢筋 篇4
派河三桥位于肥西县上派镇普贤路上, 该桥主跨跨径为70 m, 边跨跨径为50 m, 采用预应力混凝土箱梁结构, 箱梁采用满堂支架现浇的方法施工。斜拉索采用单索面扇形密索布置。斜拉索在主梁上的横向间距为1.0 m, 顺桥向两侧钢索为不对称的扇形布置。主跨标准索距6.0 m, 边跨索距为4.0 m, 全桥共有斜拉索20对 (40根) 。斜拉索的挂设采用单根钢绞线挂设法, 利用塔顶设置的卷扬机穿索, 单根安装就位后, 利用200 kN的小千斤顶在塔顶张拉, 单根钢绞线张拉完成后, 再采用大吨位的千斤顶进行调整。斜拉索布置图见图1。
2斜拉索安装工艺流程
针对本桥斜拉索体系的特点, 环氧涂层钢绞线斜拉索安装的基本工艺流程见图2。
3HDPE外套管及法兰焊接
HDPE管作为斜拉索的第一层防护保护层, 是拉索防腐措施的一个重要组成部分。拉索是由多股无粘结高强度PE钢绞线组成, 整束的外层是由双层同步挤压成型的HDPE外套管防护。
1) HDPE外套管及法兰热熔对焊。其热熔焊接见图3。
2) 搬运并储放已焊高密度聚乙烯管。
4挂索施工准备
4.1 锚具安装
挂索施工前需要在拉索的两端安装锚具, 锚具安装时要保证塔柱和桥面锚具孔位保持一致, 并固定锚具。因此需事先对塔柱和桥面锚具的孔位进行编号, 并确保孔位编号的一致性。
4.2 桥面工作平台准备
挂索施工前需要在桥面适当位置安装钢绞线导向轮、切割工作平台、钢绞线放线架以及切割的相关设备。
4.3 塔柱工作平台准备
挂索施工前需要在塔柱外张拉端锚具和预埋管附件安装工作平台, 并根据塔柱的各施工阶段, 在合适位置布设钢绞线牵引卷扬机。其中卷扬机钢丝绳要通过滑轮等引导至准确位置。
5HDPE管吊装
5.1 准备工作
依次将防水罩、延伸管 (含法兰) 套在焊接好的HDPE外套管上, 安装临时卡箍。
5.2 安装外套管连接卡箍
把带法兰的延伸管套到塔柱端HDPE外套管上, 直至外套管伸出延伸管。
5.3 穿入第一根钢绞线
将第一根钢绞线穿入HDPE外套管内, 其塔端部分伸出100 mm左右, 并用细钢丝临时固定。该钢绞线的主要作用为:张拉后, HDPE外套管由于自重压在其上, 使HDPE外套管绷直, 方便以后顺利穿入其他钢绞线, 同时其余钢绞线的索力将不受HDPE外套管自重的影响, 确保张拉索力的准确性。
5.4 塔吊起吊
起吊外套管时, 需用对讲机进行各岗位间的联系。一旦管子起吊到位, 在塔柱预埋管位置, 使卡箍与塔柱的预埋管连接, 此时保证斜拉索外套管至预埋管距离约为0.5 m, 松掉塔吊, 把荷载传至连接钢丝绳上。
6钢绞线安装张拉
6.1 钢绞线安装
本桥采用机械方法安装钢绞线。
6.2 钢绞线张拉施工控制
6.2.1 张拉施工工艺
本斜拉索施工采用单根钢绞线安装、单根张拉的施工工艺。其操作步骤如下:
1) 接通油泵和千斤顶的油管, 检查精密压力表是否与千斤顶相符;2) 将反力架穿过钢绞线并安装在锚具上;3) 将顶压杆穿过钢绞线和反力架, 顶压套筒套在顶压杆上;4) 单孔千斤顶穿过钢绞线顶在顶压套筒上, 确保千斤顶活塞头部凹槽全部嵌在顶压套筒上。顶压杆与千斤顶活塞之间、夹片与反力架之间有约20 mm的间隙, 使钢绞线张拉时夹片能随钢绞线移动而不致刮伤环氧涂层 (见图4) ;5) 启动油泵, 分级进行张拉;6) 当张拉力达到设计张拉力的50%时, 稳住油压停止张拉, 观察千斤顶上标尺或用钢直尺测量活塞行程, 并在表格上记录该数值;7) 继续张拉, 当张拉力达到计算给定的张拉吨位后, 稳住油压, 再用直尺测量此时千斤顶活塞的行程, 并在张拉表格上记录;8) 顶压夹片后回油, 将千斤顶从张拉钢绞线上移去, 完成一根钢绞线张拉的全过程;9) 根据表格记录的数据, 计算钢绞线延伸量, 再与理论延伸量作比较, 看是否满足规范允许的偏差要求, 如果在偏差范围以内, 则继续施工, 否则, 应停止张拉, 检查原因。
6.2.2 张拉施工控制
斜拉索的张拉过程分成两个阶段, 即拉索的初步张拉与拉索索力的平均调整。
所有钢绞线张拉完成后, 可以对索力进行抽样检查, 如满足规范要求, 则该束体外索张拉施工完成;如还有一定偏差, 则再进行索力平均调整, 根据施工经验, 进行第二次索力平均后, 钢绞线的索力应能很好的满足规范要求。
以上论述了如何通过分阶段张拉, 对斜拉索索力的施工控制, 为校验张拉索力的准确性, 需要在施工张拉中采用索力和延伸量双控的办法, 同时在张拉前计算好钢绞线的伸长量, 用于校核。
7调索施工
7.1 增加索力调索
张拉时用延伸量控制, 所有钢绞线拉至相同延伸量以达到群锚张拉效果。通过索的初始力和张拉完成后应达到的索力差值可计算并得到延伸量。
7.2 降低索力调索
在斜拉索初始安装张拉过程中索力张拉偏大或者后期调整索力时, 需要进行降低拉索索力的调索, 索力降低调索也是通过延伸量控制, 延伸量的计算原理和索力增加调索一样。本桥斜拉索规格较多, 最大规格为15股～43股, 因此采用650 t穿心式千斤顶进行整体调索。
8安装减振器及延伸管
减振器结构为多片外锥形高阻尼减振橡胶+内锥形钢套环的形式。安装减振器前, 先将索夹夹紧钢绞线束, 使之成为六边形或近似六边形的形状。然后将内锥形钢套环压入预埋钢管内, 将多片外锥形减振橡胶推入钢套环中, 使减振橡胶外锥面和内表面分别与钢套环内锥面和钢绞线束紧密贴合, 起到很好的拉索减振作用。梁端和塔端的减振器安装方式相同。
安装塔端延伸管前, 预先将连接法兰塞入预埋管内。用焊机将法兰和预埋管焊接牢固。将延伸管从HDPE管上解下, 用螺栓将其端部法兰与预埋钢管内的焊接法兰直接连接即可。
9张拉/固定端锚具内灌浆
灌浆前, 将灌浆管和出浆管接头与锚具连接。按要求配置砂浆, 并将其倒入灌浆泵中。启动灌浆泵, 将砂浆压入锚具内部, 直至砂浆溢出出浆软管口后, 将出浆软管弯折用钢丝绑扎, 继续灌浆保压2 min～5 min后停止灌浆。待浆体固化后撤除灌浆/出浆管。
10锚头处防腐
将锚头外的钢绞线按照规定长度进行切割, 切割后对钢绞线进行清洗, 防止被切割的碎屑挤压堵塞夹片之间的孔道, 影响油脂顺利通过。盖上保护罩, 用灌浆机向保护罩内灌注防腐油脂, 待泌浆口出油后停止灌油并关闭阀门。
11结语
斜拉索是斜拉桥的重要组成部分, 是主梁的直接承载力结构, 其施工质量的好坏直接影响斜拉桥的质量和使用寿命。在派河三桥斜拉索施工中, 其施工工艺不断创新, 施工机具得到改进, 施工更加安全、高效, 为同类桥梁的斜拉索施工提供科学的参考价值。
摘要：以安徽省派河三桥为依托, 从放索、安装、张拉、调索等方面重点介绍了环氧涂层钢绞线斜拉索安装的施工工艺技术, 工程实践表明, 该施工工艺先进, 已取得了满意的实用效果。
关键词：斜拉桥,斜拉索,放索,安装,张拉,调索
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环氧钢筋涂料的增韧探讨 篇5
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
环氧涂层钢筋 篇6
输油管道防腐层的基本要求是:覆盖层完整无针孔, 与金属有良好的黏结性, 电绝缘性能好, 防水及化学稳定性好, 有足够的机械强度和韧性, 能抵抗加热、冷却或受力状态变化的影响, 耐热和抗低温脆性, 耐阴极剥离性能好, 抗微生物腐蚀, 破损后易修复, 并要求价廉和便于施工[1]。
涂料助剂又称涂料添加剂, 是现代涂料重要的组成部分。它的主要功能是改进生产工艺、改善涂料的性能, 提高涂料的施工工艺、开发绿色涂料, 减少污染, 推出具有特殊的功能性涂料。
1 试验方法
1.1 主要原料及设备
双酚A型环氧树脂 (E51) , 酚醛环氧树脂 (F51) , 氢化蓖麻油ST, 绢云母, 偏苯三甲酸酐固化剂 (TMA) , 扫描电镜Quanta600, 行星式齿轮球磨机QM-ISP4-CL, 漆膜冲击器CJQ-Ⅱ, 铅笔硬度仪BGD 506。
1.2 涂层试样
马口铁标准试样的标准为50mm×120 mm×0.3mm, 用酒精超声清洗干净后待用。
1.3 涂层机械性能
涂料流挂性的测定根据国标GB/T 9264-88《色漆流挂性的测定》在玻璃试板上涂覆一定厚度的涂层, 将涂层刮涂成不同厚度的平行湿膜, 将试板垂直悬挂, 悬挂时应使条膜呈横向且保持“上薄下厚”, 待涂膜表干后, 观察湿膜的流挂情况, 进行记录。涂层耐冲击性能测定根据GB/T 1732—93《漆膜耐冲击测定法》采用落锤冲击器进行测定。涂层硬度在试验中根据GB/T6739-86《涂膜硬度铅笔测定法》使用的铅笔由6H到6B共13级进行测定。
2 结果与讨论
2.1 流变助剂对环氧-酚醛树脂涂料流变性能的影响
本实验采用绢云母和氢化蓖麻油这两种抗流挂剂作为改善涂料流挂性能的填料。
由图2.1可知, 随着加入绢云母含量的增加, 环氧-酚醛树脂涂料的抗流挂性能得到了提高, 当绢云母用量达到10%的时候, 抗流挂性能最好, 随着用量的继续增加, 抗流挂性逐渐降低。氢化蓖麻油的用量在5%时, 抗流挂效果最差, 随着用量的增加, 当达到15%时, 抗流挂效果最好。这是因为氢化蓖麻油具有粒径较小的颗粒状结构 (如图2.2.b) , 由于这种小粒径的颗粒状结构使氢化蓖麻油与环氧-酚醛树脂混合均匀, 并且氢化蓖麻油的长链结构能够相互缠绕形成触变性的网络结构而起到增稠作用[2]。而绢云母 (如图2.2.d) 具有高纵横比的晶体片状结构, 表面具有活性羟基基团, 容易与溶剂中分子链相结合形成网状结构, 但是由于其粒径较大与环氧-酚醛树脂混合时易堆积在涂层表面 (如图2.2.c) , 抗流挂性能比氢化蓖麻油稍次一些。
(a) 氢化蓖麻油涂层 (b) 氢化蓖麻油颗粒 (c) 绢云母涂层 (d) 绢云母颗粒
2.2 流变助剂对环氧-酚醛树脂涂层硬度的影响
表2.1是在环氧-酚醛树脂中加入不同含量的各种流变助剂后涂料硬度的变化。绢云母与氢化蓖麻油的加入对涂层的硬度稍有影响, 均比未添加流变助剂的空白涂层的硬度有所提高, 达到3H。流变助剂的含量对涂层的硬度没有影响。
2.3 流变助剂对环氧-酚醛树脂涂层抗冲击性能的影响
由表2.2可知, 氢化蓖麻油的冲击性能要优于绢云母, 当用量为15%时冲击性能提高到20cm。绢云母为片状结构, 当其与环氧树脂混合时堆积在涂层表面, 这就使涂层内部的气泡在溢出时受到阻碍, 导致涂层的耐冲击性能下降。氢化蓖麻油是颗粒状结构, 均匀的分布在涂层的内部与表面, 这就有效改善了涂层的韧性, 提高了涂层的耐冲击性能。
3 结论
1) 流变助剂绢云母、氢化蓖麻油的加入有效改善了涂料流平严重厚薄不均的现象, 当氢化蓖麻油最佳用量为15%时管道涂层抗流挂能力最好;
2) 流变助剂对涂层的硬度基本没有影响, 当氢化蓖麻油含量为15%时管道涂层的抗冲击性能最优。
摘要：本文通过比较流变助剂绢云母、氢化蓖麻油对输油管道环氧-酚醛树脂涂层机械性能的影响。结果表明:流变助剂的加入有效改善了涂料流平严重厚薄不均的现象, 当氢化蓖麻油最佳用量为15%时涂层抗流挂能力最好;对涂层的硬度基本没有影响;涂层的耐冲击性能得到了提高。
关键词：流变助剂,环氧-酚醛树脂,机械性能
参考文献
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环氧涂层钢筋 篇7
电磁波在通讯、广播、电磁医疗、局域网等现代领域中已经得到广泛应用。然而电磁波对人体所构成的危害及对相关设备的干扰也日益明显,从而受到世界各国的广泛关注。为了实现对电磁波的防护和使飞行器达到隐身的效果,吸波材料的研究也得到迅速发展[1,2,3,4,5]。理想的吸波材料应该满足的阻抗匹配条件:(1)尽量减少电磁波在涂层表面的反射,使吸波涂层的相对复介电常数和复磁导率尽量接近;(2)尽量提高吸波材料的介电常数虚部值和磁导率虚部值,使进入到涂层内部的电磁波受到衰减[6,7,8]。
有机硅树脂是20世纪70年代发展起来的一类耐高温涂料,但纯有机硅树脂的常温干燥性能、耐溶剂性能、附着力等不理想,而环氧改性的有机硅树脂能耐高温和耐腐蚀,因此,环氧改性有机硅树脂得到了广泛的应用。由于环氧改性有机硅树脂含有官能团环氧基和部分羟基,因此需选用能与环氧基及羟基作用的物质进行固化反应。用聚酰胺固化的环氧改性有机硅树脂有以下优点:能室温干燥,有良好的兼容性,涂层附着力强,耐冲击性高,良好的耐腐蚀性[9,10]。
本文以高相对复磁导率的羰基铁作为电磁吸收剂,按照一定比例与树脂混合,通过一定的制备工艺制备吸波涂层,研究了羰基铁/环氧改性有机硅树脂基涂层的吸波性能和力学特性。通过调节羰基铁的含量,分析了含量对涂料电磁参数的影响,并通过涂层形貌的分析和微波吸收性能测试,制备了具有较好力学性能的高电磁吸收的吸波涂层。
1 实验
1.1 羰基铁/环氧有机硅树脂吸波涂层的制备
将一定量的环氧改性有机硅树脂(西安油漆厂生产)与羰基铁(航天科工武汉磁电公司生产)混合,并添加一定量的助剂有机陶土、润湿分散剂和稀释剂二甲苯,在分散器中分散后,添加固化剂聚酰胺(西安油漆厂生产)进行搅拌,使之均匀分散,制备出环氧改性有机硅吸波涂料。然后将涂料涂覆在经过表面处理的铝板上,待实干后,进行附着力、冲击强度、电磁参数及反射系数的测试。
1.2 吸波涂层力学性能、电磁参数和反射系数的测试
采用GB1723-79在Posi Test 附着力测试仪上进行附着力测试。采用GB1732-79在QCJ型漆膜冲击器上进行冲击性能测试。复合材料的断口经喷金镀膜后, 在FESEM(Zeiss-supra 55)型扫描电子显微镜下进行观察。电磁参数用同轴法在安捷伦E8362B型网络分析仪上进行测试,测试试样以环氧改性有机硅树脂为基体,羰基铁含量分别为65%、70%和75%。雷达波吸收性能测试采用反射率弓形测试系统, 扫频范围为2～18GHz。
2 结果与讨论
2.1 羰基铁/环氧有机硅树脂吸波涂层的力学性能
从图1可以看出,随着吸收剂含量的增加,未添加润湿分散剂和添加润湿分散剂的吸波涂层与基体的附着力均呈现先增大后减小的变化趋势。这是由于涂层与基体的附着力与粉体填料含量以及涂层强度有关。当树脂中添加羰基铁后,吸波涂层的强度相对于纯树脂涂层有很大的提高,从而提高了附着力。但随着添加羰基铁到一定量后,涂层中树脂含量对涂层附着力起决定作用,随着树脂含量的减少而引起附着力下降。当吸收剂含量一定时,添加润湿分散剂比未添加润湿分散剂时的附着力有显著的提高,当吸收剂含量为70%时,附着力达到22.16MPa。从实验结果可以得到,润湿分散剂的添加有利于羰基铁树脂吸波涂层与基材的附着力的提高。
表1显示了吸收剂含量和润湿分散剂对材料冲击强度的影响。由表1可知,当未添加润湿分散剂时,冲击强度随着吸收剂含量的增加有所增大;而当添加润湿分散剂时,复合材料的冲击强度得到了明显的增大。这是因为在基体受到冲击时,粒子与基体之间产生微裂纹,同时粒子之间的基体也产生塑性变形,吸收冲击能,从而达到增韧的效果;但若填料用量过多,微裂纹易发展成宏观开裂,体系性能变差。其中吸收剂含量为65%和70%时,冲击强度大于或等于50kg·cm。
图2为羰基铁/环氧有机硅树脂吸波涂层断面的SEM 照片。从图2可看出,羰基铁与树脂基体的界面结合状态与图1、表1中得到的宏观力学性能变化趋势一致。未添加润湿分散剂羰基铁/环氧有机硅树脂中,粉体与基体的界面结合能力很差,脆断发生在粉体与树脂的结合面处;而添加润湿分散剂羰基铁/环氧有机硅树脂的断面图中,羰基铁与树脂基体界面相容性很好,粉体在树脂基体中分布均匀,断面整齐且形成复杂的鱼鳞片,与前者相比,形成的新表面多、吸收冲击能多、冲击强度高。力学性能测试和材料的微观结构均显示了羰基铁经过润湿分散剂处理后,粉体与树脂的相容性得到改善,界面结合力得到提高。因此羰基铁经过润湿分散剂处理有利于提高吸波涂层的力学性能。
2.2 羰基铁/环氧有机硅树脂吸波涂层的电磁性能
羰基铁属于磁性材料,同时具有磁损耗与介电损耗。图3为吸波涂层介电常数的实部与虚部随吸收剂质量分数变化的关系图。从图3可看出,介电常数实部随频率变化较小,其值分别为8、12和17。可以得到吸波涂层介电常数实部随吸收剂含量的增加而增大, 而吸收剂含量的变化对介电常数虚部的影响较小。
图4是频率为2～18GHz时吸收剂含量对磁导率实部和虚部的影响。从图4可看出,吸波涂层的初始磁导率正比于吸收剂含量。随着频率的增加,吸波涂层的磁导率实部急剧减小且减小速率随吸收剂含量的增加而增大。磁导率虚部随频率的增加呈现先增大后减小的变化趋势。材料的共振频率值随着吸收剂含量的增加向低频移动,由65%时的7.52GHz转移到75%时的6.08GHz。
从图3和图4可看出,以羰基铁为吸收剂的吸波涂层,其电磁参数随频率的增加呈现出频散效应,吸波涂层介电常数的实部和复磁导率随着羰基铁填充量的增加而增大,所以通过改变吸收剂含量能有效地调整吸波涂层的电磁参数[11,12]。
2.3 羰基铁/环氧有机硅树脂吸波涂层的微波吸收性能
图5显示了羰基铁含量分别为65%和75%、涂层厚度为2mm时材料在2～18GHz的反射率。结果表明,当吸收剂含量为65%时,吸波涂层在4.09～6.52GHz 范围内的反射率均小于-10dB,在频率为5.12GHz 时涂层的反射率达到最大值-32.25dB;当吸收剂含量为75%时,吸波涂层在2.64～4.23GHz 频率范围内的反射率均小于-10dB, 在频率为3.53GHz时材料的反射率达到最大值-36.02dB。从图5可以很明显看到,吸波涂层的最大吸收峰随着吸收剂含量的增加向低频移动。这主要是由于吸波涂层电磁性能中介电常数的实部随着吸收剂含量的增加而增大(见图3)和磁导率的虚部随着吸收剂含量的增加向低频移动(见图4)所引起的。
图6的结果表明当吸收剂含量相同时,吸波涂层的最大吸收峰都随着厚度的增加向低频移动;当吸波涂层厚度相同时,吸波涂层的最大吸收峰随着吸收剂含量的增加也向低频移动。以上结果说明,可以通过改变吸收剂的含量来改变吸波涂层的吸收性能以及改变涂层厚度来找到与该涂层的最佳匹配厚度。测试结果显示羰基铁/环氧有机硅树脂基涂层具有良好的低频微波吸收性能。
3 结论
(1)添加润湿分散剂改性羰基铁吸波涂层的附着力和冲击强度明显提高,因为羰基铁经过润湿分散剂处理后,粉体与树脂的相容性得到改善,界面结合力得到提高。
(2)通过调节羰基铁填充量可以有效调节材料的电磁参数和吸波性能。
(3)吸波涂层的反射率测试表明该吸波材料在低频具有很好的吸波性能。当吸收剂含量为65%时,在2～8GHz范围内反射率小于-10dB的频宽达2.43GHz,材料的最大反射率可达到-32.25dB。当吸收剂含量为75%时,吸收峰向低频移动,且最大反射率为-36.02dB。
参考文献
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