环氧树脂涂层钢筋在桥梁结构中的应用

　　摘要：介绍了环氧树脂涂层钢筋的制作工艺及技术要求，比较了涂层钢筋与普通钢筋的性能差异，指出了涂层钢筋的适用范围以及施工注意事项。

　　关键词：环氧树脂涂层钢筋，桥梁结构，钢筋防锈

　　中图分类号：U444

　　文献标识码：A

　　0·前言

　　钢筋是桥梁结构中不可缺少的建筑材料。在沿海桥梁、跨海桥梁等设施中，钢筋混凝土中不可避免的会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的钢筋锈蚀。国内外因钢材腐蚀引起的桥梁结构破坏造成的损失十分惊人。国际上为解决这一问题研究了多种方法，其中采用环氧树脂涂层钢筋（以下简称涂层钢筋）是一种较为有效的防止钢筋锈蚀的措施。即使在盐透入混凝土的恶劣情况下，由于涂层在钢筋表面形成了电绝缘层，可保护钢筋免受氯离子的侵蚀。涂层钢筋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，能有效阻隔侵蚀物质，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，所以自20世纪70年代在美国首次使用以来，在美国、日本、欧洲及远东、中东等国家和地区得到了广泛应用，而在我国自20世纪90年代才开始起步。

　　1·涂层钢筋制作工艺及技术要求

　　1.1涂层制作材料及方法

　　涂层材料有粉末环氧树脂和液体环氧树脂两种，其主要原料包括环氧树脂、增塑剂、固化剂和耐碱颜料等。环氧树脂不与酸、碱发生反应，具有极高的化学稳定性，同时还具有延性大、干缩小，与金属表面有极佳的粘结性的特点，因而是在金属表面制作防腐保护膜的理想材料。液体环氧树脂涂装方法有涂刷法、喷涂法和浸涂法；粉末环氧树脂涂装方法有静电喷涂法、粉末浴法和静电粉末浴法。环氧树脂粉末静电喷涂方法具有适用性广、易于操作等特点，且涂层耐蚀性优于其它涂装方法，因而采用较广泛。其原理为将带电的环氧树脂粉末颗粒（具有一定的吸附性）喷涂在业已加热的钢筋表面，粉末遇热熔化，并很快固化，冷却后便形成十分牢固地粘着在钢筋表面的连续涂层。

　　1.2静电喷涂法的涂装工艺

　　采用环氧树脂粉末以静电喷涂方法制作涂层的工艺流程如下：

　　钢筋预处理（喷砂sa2.5级，除去油、漆等有害物质）-钢筋通过感应加热炉预热（约232℃）-静电喷涂（环氧树脂粉末遇热熔化流动，钢筋表面形成薄膜）-高温固化（形成薄膜3~5s后）-质量检测-合格出厂。

　　1.3对涂层的技术要求

　　涂层材料应对化学腐蚀、热湿环境腐蚀、阴极剥离、氯化物的渗透等具有足够的抵抗力，涂层钢筋与混凝土之间的粘结强度不应低于普通钢筋的80%,涂层还应具有一定的可弯性、耐磨性及抗冲击性等。

　　涂层材料要保证涂层的厚度、连续性和可弯性，一般以这三项指标作为判定涂层制作质量的依据：（1）涂层厚度是判定涂层质量的基本指标；（2）通常以涂层钢筋在每米长度上的平均微孔个数作为衡量涂层连续性的指标。涂层上一般存在着肉眼看不到的微孔，只能通过专门仪器检测出来，微孔处一般是涂层钢筋最早出现锈蚀的地方，因此对其数量必须严加限制；（3）涂层的可弯性是衡量涂层与钢筋本体粘结性的重要指标，也是保证涂层钢筋日后进行加工的必要条件。这三项指标之间有一定的相关关系：涂层加厚，微孔数量将减少，但涂层的可弯性（粘结性）将变差；涂层变薄，涂层的可弯性（粘着性）会好一些，而微孔数量将增加。因此，涂层钢筋的产品标准必须根据钢筋用途和工程要求，符合有关规定。

　　国际标准化组织ISO14654、美国ASTMA775M-95a、英国BS7295:1992等标准对涂层钢筋的技术指标作出了具体规定。

　　2·涂层钢筋与普通钢筋的性能区别

　　2.1粘结性能

　　涂层的使用会对钢筋与混凝土的粘结性能造成一定的不利影响。国外学者对带肋钢筋、带弯钩钢筋等采用涂层后与混凝土的粘结锚固性能及搭接性能进行了试验研究，所做试验主要有梁端拔出、梁中钢筋搭接性能及徐变等。

　　试验结果表明，对带肋钢筋和带弯钩钢筋采用环氧树脂涂层后其粘结锚固性能及搭接性能均有所降低。涂层钢筋和普通钢筋与混凝土的相对粘结锚固强度约为0.85,相对搭接强度约为0.82.

　　国际标准化组织ISO14654、美国ASTMA775M-95a等规定涂层钢筋与普通钢筋的相对粘结强度平均≮85%.

　　日本在《使用环氧树脂涂层钢筋的钢筋混凝土的设计施工指南（草案）》中规定涂层钢筋与混凝土的容许粘结强度取普通钢筋与混凝土粘结强度的80%,涂层钢筋与混凝土的容许搭接应力亦取普通钢筋与混凝土搭接应力的80%.[Page]

　　2.2握裹力

　　试验证明，涂层钢筋当涂层厚度超过0.22mm时，其握裹力一般降低15%,可以通过采用直径较小的钢筋、适当增加混凝土的保护层厚度、配置箍筋、适当延长锚固和绑扎长度、适当提高混凝土强度等措施解决。

　　2.3裂缝、变形及刚度

　　由于涂层钢筋的粘结强度有所降低，影响裂缝的开展宽度。在美国得克萨斯大学的对比试验梁中，在钢筋搭接区未配箍筋的条件下，配涂层钢筋的梁与配普通钢筋的梁相比其裂缝宽度和间距增大约50%.此外，还量测了梁的变形，在试验梁中钢筋上的环氧涂层没有对梁的刚度产生影响。涂层钢筋与普通钢筋在裂缝宽度方面的差异会随重复荷载加载次数的增加而逐渐减小。采用涂层钢筋的构件早期刚度没有明显变化，当接近极限荷载及箍筋较多时，配涂层钢筋构件的刚度相对于配普通钢筋构件的刚度有所减小。涂层钢筋与普通钢筋在变形及刚度方面的差异会随重复荷载加载次数的增加而逐渐减小。

　　2.4耐火性能

　　为研究涂层钢筋的耐火性能，美国波特兰水泥协会及混凝土用钢筋协会联合主持了一个研究项目。该研究项目包括三个阶段：第一阶段是研究高温下涂层钢筋在混凝土中的锚固性能；第二阶段是研究配涂层钢筋的足尺混凝土板的耐火性能；第三阶段是研究配涂层钢筋的足尺混凝土梁的耐火性能。

　　研究结果表明，涂层钢筋具有与普通钢筋相类似的耐火性能。

　　3·涂层钢筋施工注意事项

　　在涂层钢筋施工现场，应避免涂层钢筋在搬运过程中捆与捆之间或钢筋之间发生摩擦。在吊索与涂层钢筋之间应设置垫层，不得直接接触。

　　为减少二次运输，涂层钢筋应尽量卸在靠近其就位的地方，堆放时钢筋应离开地面放在有保护的垫块上，捆与捆之间应垫木块，吊装时应采用多吊点，以防钢筋捆过度下垂。

　　涂层钢筋与普通钢筋应分开贮存，根据工程进度分阶段进场，尽量避免长期贮存。如果施工需要露天贮存较长时间，应防止钢筋受到日晒、遭受盐污染及暴露于大气中。

　　如果涂层钢筋在施工现场需贮存两个月以上时，应采取保护措施。如果存放在有腐蚀性的环境中，应尽快用不透光的聚乙烯薄膜或其他合适的材料覆盖钢筋。对于分层堆放的钢筋捆，覆盖层应沿货架周围悬垂下来。覆盖层应足够可靠，并应保证涂层钢筋周围空气流通。

　　当涂层钢筋在1m长度内涂层破坏面积超过2%时，需切除该损坏段才可使用。如果1m长度内涂层损坏面积不超过2%,应用涂层修补材料修补所有的损坏部分，但修补材料不可涂到未受损的涂层上，因大面积的厚涂层对小直径的钢筋将引起粘结强度的下降。在浇筑混凝土前应仔细检查涂层钢筋是否有损坏，特别是钢筋端头。如有损坏，应按有关要求进行修补。修补方法应严格按要求进行。钢筋修补前应采取合适的方法除掉涂层损坏处的铁锈，修补后浇筑混凝土前应对涂层修补材料进行养护。

　　固定钢筋所用的支架、定位件及绑扎材料表面均应涂上与混凝土相容的绝缘材料，如环氧或塑料涂层材料等。涂层钢筋敷设后应尽量减少施工人员在钢筋上行走，并仔细规划施工机械的布置，以免损坏涂层钢筋。由于插入式混凝土振捣器会对涂层造成损坏，应在这种振捣器端部装上橡胶或非金属端头。

　　4·结束语

　　涂层钢筋在北美特别是在美国使用30多年来，其制造工艺不断完善，质量不断提高，用量不断增大，价格则呈下降趋势。国内涂层钢筋的成本一般比普通钢筋增加2000~2500元/t,对于桥梁工程来说，增加的费用占桥梁工程总费用的2%左右。涂层钢筋吊装、加工、搬运及绑扎和混凝土浇注中可能出现损坏涂层的问题，可以通过将与涂层钢筋直接接触的部件换成非金属件以及改变混凝土振捣方式等措施来解决。

作者：河北交通职业技术学院土木工程系 王廷臣