環(huán)氧涂層鋼筋在鋼筋混凝土防腐工程中的應(yīng)用

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1.環(huán)氧涂層鋼筋的發(fā)展應(yīng)用簡介：
由于橋梁、水工建筑物和海上建筑物等處于惡劣環(huán)境和暴露性環(huán)境中，經(jīng)常因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。在國外，美國的近50萬座橋梁中，有四分之一因鋼筋銹蝕而嚴(yán)重?fù)p壞；在國內(nèi)，河海大學(xué)等單位于80年代初對國內(nèi)水工建筑物，港口碼頭等的使用情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)使用了10-30年的水工建筑物有近60%出現(xiàn)了鋼筋銹蝕破壞，使用了7-25年的海港碼頭有近90%出現(xiàn)了鋼筋銹蝕破壞。解決鋼筋銹蝕問題的一個(gè)切實(shí)有效的方法是采用環(huán)氧涂層鋼筋.
環(huán)氧樹脂涂層鋼筋是一種在普通鋼筋的表面制作了一層環(huán)氧樹脂薄膜保護(hù)層的鋼筋，涂層厚度一般在0.15mm-0.30mm。涂層一般臉用環(huán)氧樹脂粉末以靜電噴涂方法制作：將普通鋼筋表面進(jìn)行除銹、打毛等處理后加熱到230多攝氏度的高溫，再將帶電的環(huán)氧樹脂粉末噴射到鋼筋表面，由于粉末顆粒帶有電荷，便吸附在鋼筋表面，并與其熔融結(jié)合，經(jīng)過一定養(yǎng)護(hù)固化后便形成一層完整、連續(xù)、包裹住整個(gè)鋼筋表面的環(huán)氧樹脂薄膜保護(hù)層。環(huán)氧樹脂涂層以其不與酸、堿等反應(yīng)，具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和延性大、干縮小，與金屬表面具有極佳的粘著性的特點(diǎn)，在鋼筋表面形成了阻隔其與水分、氧、氯化物或侵蝕性介質(zhì)接觸的物理屏障，同時(shí)，還因其具有阻隔鋼筋與外界電流接觸的功能而被認(rèn)為是化學(xué)電離子防腐屏障。
環(huán)氧涂層鋼筋防腐技術(shù)的研究開發(fā)最早始于美國，經(jīng)過20多年的發(fā)展，涂層鋼筋的涂裝技術(shù)已十分成熟，有一整套完備的產(chǎn)品質(zhì)量檢測手段，與鍍鋅、涂塑、陰極保護(hù)等防腐技術(shù)相比，涂層鋼筋具有防腐效果好、涂裝工藝簡單、涂層厚度易于控制、對環(huán)境無污染、最具成本效益等優(yōu)勢，因而得到迅速發(fā)展。目前美國在冬季需要大量撒布消冰鹽的路橋上，采用涂層鋼筋已成為必要的防腐措施，在其他方面，如海港碼頭、近海建筑、地下建筑、車庫、隧道、污水處理地、化工廠房等也普遍采用了這種鋼筋，除美國外，涂層鋼筋在北美的加拿大，在歐洲的英國、挪威，在亞洲的日本、中東和東南亞國家以及我國的香港地區(qū)等，都得到了越來越多的應(yīng)用。近年來，隨著對こ探峁股杓剖褂媚晗摶?蟮奶岣擼?詮こ探繅恍┯惺噸?康耐貧?攏?坎愀紙罘欄?際踉諼夜?倉鸞サ玫接τ謾?997年11月作為涂層鋼筋在我國內(nèi)地首次應(yīng)用的試點(diǎn)工程，北京西客站廣場地下通道的頂板率先采用涂層鋼筋，該工程主要考慮頂板上部一部分要覆土綠化，另有一部分作為通道，冬季雪后需撤消冰鹽，頂板內(nèi)鋼筋處于較為惡劣的工作環(huán)境中，因此除在該頂板上部設(shè)計(jì)了防水層外，還決定采用涂層鋼筋。此后，由交通部三航局設(shè)計(jì)施工的上海寶鋼馬鞍山礦石碼頭、由交通部四航局設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的廣東汕頭LPG碼頭也采用了涂層鋼筋。LPG碼頭的業(yè)主是美國加德士石油公司，由于該碼頭的設(shè)計(jì)使用年限為50年，業(yè)主主動提出采用涂層鋼筋防腐技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，涂層鋼筋已在福建下白石大橋工程、福鼎至寧德高速公司八尺門特大橋、唐津高速公路二期工程、三亞市的南山觀音苑以及粵海鐵路南港棧橋工程等多項(xiàng)工程中采用。涂層鋼筋目前大多應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工技術(shù)也不復(fù)雜，根據(jù)試點(diǎn)工程情況和國外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一般素質(zhì)的施工隊(duì)伍，經(jīng)過交底均可勝任。采用涂層鋼筋可大大提高結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)也不可避免地要增加一些工程造價(jià)，但從成本效益分析來看，是十分值得的。從西客站工程來看，涂層鋼筋的加工費(fèi)用約為鋼筋本身價(jià)格的60%，由于生產(chǎn)廠家遠(yuǎn)在廣東，（國內(nèi)第一條涂層鋼筋生產(chǎn)線在廣東省海豐縣），運(yùn)輸費(fèi)用較高，約為鋼筋價(jià)格的40%，因此該工程鋼筋成本增加了約1倍，加上施工時(shí)人工費(fèi)用的增加，該工程增加的總費(fèi)用“占土建工程總造價(jià)約1.35%”，工程設(shè)計(jì)單位北京市市政設(shè)計(jì)研究總院在對該工程作的成本效益分析中認(rèn)為，“從整個(gè)工程來看，成本增加并不高，但是由于涂層有效地保證了腐蝕介質(zhì)與鋼筋的隔離，延緩和防止了鋼筋的銹蝕，可以減少通道使用期間的維修費(fèi)用，保證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用條件，并延長了結(jié)構(gòu)使用壽命，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益”。廣東汕頭LPG碼頭是我國港口碼頭工程中首次采用涂層鋼筋，也是目前國內(nèi)采用涂層鋼筋最多的一項(xiàng)工程，該工程鋼筋及施工人工費(fèi)用的增加，約占水工工程總造價(jià)的2.5%， 但使海港高樁碼頭的使用年限從30年提高到50年?？梢?，在處于腐蝕環(huán)境的結(jié)構(gòu)中采用涂層鋼筋，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是十分巨大的。
為推動此項(xiàng)技術(shù)在我國的發(fā)展，我國也先后制定了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：由中國建筑科學(xué)研究院會同有關(guān)單位共同編制完成了建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)氧樹脂涂層鋼筋》JG3042-1997，該標(biāo)準(zhǔn)對涂層鋼筋產(chǎn)品的技術(shù)要求，品質(zhì)檢測的試驗(yàn)方法、產(chǎn)品的檢驗(yàn)規(guī)則以及對制作環(huán)氧樹脂涂層材料的性能等均作出了具體規(guī)定，此外，鑒于我國現(xiàn)行的有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范尚未對涂層鋼筋應(yīng)用中的有關(guān)要求作出規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)還對涂層鋼筋的設(shè)計(jì)與施工方法提出了原則要求，該標(biāo)準(zhǔn)已于1997年12月1日起實(shí)施。我國交通部亦于1999年組織編寫了JTJ275-2000《海港工程砼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》，將環(huán)氧樹脂涂層鋼筋列為主要的防腐措施之一，為在國內(nèi)推廣應(yīng)用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋提供了法規(guī)依據(jù)。
2.環(huán)氧涂層鋼筋粘結(jié)錨固性能試驗(yàn)、設(shè)計(jì)建議和有關(guān)規(guī)范的規(guī)定：
2.1   建科院、鄭州工業(yè)大學(xué)試驗(yàn)結(jié)論及設(shè)計(jì)建議：
  由于鋼筋表面經(jīng)環(huán)氧樹脂涂層履蓋后，粗糙凹凸全被填滿而成為平整光滑的表面，從而與混凝土界面的膠結(jié)和摩阻作用受到削弱，中國建筑科學(xué)研究院，鄭州工業(yè)大學(xué)聯(lián)合試驗(yàn)探討了其粘結(jié)錨固機(jī)理、錨固特性及錨固強(qiáng)度，并通過梁錨試驗(yàn)加以驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，由可靠度分析提出錨固長度設(shè)計(jì)值的建議。
2.1.1試驗(yàn)結(jié)論：
①環(huán)氧涂層鋼筋由于表面光滑，膠結(jié)-摩阻力減小，機(jī)械咬合作用也因滑移而受到影響，故粘結(jié)性能削弱；
②環(huán)氧涂層鋼筋的粘結(jié)錨固剛度減小，滑移加大；
③環(huán)氧涂層鋼筋的劈裂強(qiáng)度降低，但配箍后錨固強(qiáng)度有較大的增加，因此涂層鋼筋的混凝土保護(hù)層中必須配置鋼箍或圍箍鋼筋；
④環(huán)氧涂層鋼筋比無涂層鋼筋在一般情況下粘結(jié)強(qiáng)度降低10%左右，在最不利錨固條件下降低不超過20%。
2.1.2、環(huán)氧涂層鋼筋的錨固長度及其箍筋配置設(shè)計(jì)建議：
①環(huán)氧涂層鋼筋的錨固長度lac（mm）應(yīng)不小于下表的數(shù)值：
混凝土強(qiáng)度等級
Ⅱ級月牙鋼筋
Ⅲ級月牙鋼筋

C20
50d
55d

C25
45d
50d
C30
40d
45d
≥C40
30d
35d
②環(huán)氧涂層鋼筋的錨固長度范圍內(nèi)應(yīng)配置不少于構(gòu)造要求的鋼箍或圍箍鋼筋。其箍筋直徑應(yīng)不小于力筋直徑的0.25倍，間距不宜大于力筋直徑的10倍。
2.2 同濟(jì)大學(xué)、河海大學(xué)的試驗(yàn)結(jié)論與設(shè)計(jì)建議：
2.2.1不同厚度的涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固性能試驗(yàn)結(jié)論：
① 普通鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度一般要大于環(huán)氧涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度；
② 環(huán)氧涂層厚度為0.18mm的Φ12mm鋼筋和Φ16mm鋼筋與普通鋼筋相比，它們的粘度強(qiáng)度下降非常小，這表明，0.18mm的環(huán)氧涂層厚度對鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度的影響非常小，可以不計(jì)；
③ 當(dāng)環(huán)氧涂層厚度為0.22-0.25mm時(shí)，Φ12mm鋼筋和Φ16mm的環(huán)氧涂層鋼筋表現(xiàn)出了不同的情態(tài)，Φ16mm環(huán)氧涂層鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度下降較小，而Φ12mm環(huán)氧涂層鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度卻下降較多，說明這種涂層厚度對鋼筋直徑或橫肋具有敏感性；
④ 當(dāng)環(huán)氧涂層厚度為0.35mm時(shí)，環(huán)氧涂層鋼筋Φ12mm的粘結(jié)強(qiáng)度下降很多，而Φ16mm環(huán)氧涂層鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度則下降較小，這表明對小直徑的環(huán)氧涂層鋼筋而言，0.35mm的環(huán)氧涂層厚度過大，工程中不宜應(yīng)用；
⑤ Φ16mm環(huán)氧涂層鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度比Φ12鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度高出較多，說明鋼筋與混凝土之間的機(jī)械咬合力對鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度尤其是后期強(qiáng)度具有決定性的作用，對普通鋼筋和環(huán)氧涂層鋼筋均適用。
2.2.2.設(shè)計(jì)建議：
① 對于環(huán)氧涂層厚度介于0.18mm-0.25mm之間的涂層鋼筋，其粘結(jié)錨固長度宜為普通鋼筋粘結(jié)錨固長度要求取值的1.4倍；
② 對于Φ16mm等直徑較大的環(huán)氧涂層鋼筋，其粘結(jié)錨固長度的取值可適當(dāng)放寬，宜為普通鋼筋粘結(jié)錨固長度要求取值的1.2倍；
③對于Φ12mm等較小直徑的涂層鋼筋來說，涂層厚度應(yīng)不大于0.25mm，而對于Φ16mm等較大直徑的涂層鋼筋來說，涂層厚度宜不大于0.35mm。在滿足涂層鋼筋微孔要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量使涂層厚度薄一些，但應(yīng)至少大于0.13mm。

2.3 JG3042-97《環(huán)氧樹脂涂層鋼筋》中對鋼筋錨固長度的規(guī)定：
①.涂層鋼筋的錨固長度應(yīng)取為不小于有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的相同等級和規(guī)格的無涂層鋼筋錨固長度的1.25倍；
②.涂層鋼筋的綁扎搭接長度，對受拉鋼筋，應(yīng)取為不小于有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的相同等級和規(guī)格的無涂層鋼筋錨固長度的1.5倍，且不小于375mm；對受壓鋼筋，應(yīng)取為不小于有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的相同等級和規(guī)格的無涂層鋼筋錨固長度的1.0倍且不小于250mm。

3.使用環(huán)氧涂層鋼筋注意事項(xiàng)：
3.1吊裝：
① 吊裝涂層鋼筋的吊索應(yīng)采用高強(qiáng)度的尼龍帶，不得使用鋼絲繩吊裝，以避免吊索與鋼筋之間因擠壓、摩擦造成涂層破壞；
② 對長度超過6m的涂層鋼筋應(yīng)采用多支點(diǎn)吊裝，以避免鋼筋兩端因過大垂落造成鋼筋的摩擦與碰撞，損壞涂層。
3.2貯存與搬運(yùn)：
① 涂層鋼筋在施工現(xiàn)場的貯存期應(yīng)盡量縮短，一般不宜超過三個(gè)月；
② 涂層鋼筋在貯存期間，應(yīng)采用不透光的黑色塑料布包裹，以避免因紫外線照射引起涂層的褪色和老化；
③ 涂層鋼筋在堆放時(shí)，鋼筋與地面之間，鋼筋捆與鋼筋捆之間應(yīng)以木條隔開，且堆放層數(shù)不宜超過5層；
④ 涂層鋼筋應(yīng)以水平方式搬運(yùn)，在搬運(yùn)過程中，嚴(yán)禁拖拽拋擲涂層鋼筋。
3.3涂層鋼筋的加工：
①加工時(shí)，環(huán)境溫度宜不低于攝氏5℃，鋼筋彎曲機(jī)的芯軸應(yīng)套以專用套管，平板表面應(yīng)鋪以布?xì)謮|層，避免涂層與金屬物直接接觸；涂層鋼筋的彎曲直徑，對直徑≤20mm鋼筋，不宜小于4d；對直徑d≥20 mm鋼筋不宜小于6d，且彎曲速率不宜高于82r/min；
② 涂層鋼筋的切斷應(yīng)采用砂輪鋸或鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行，嚴(yán)禁采用氣割方法；切斷加工時(shí)，在直接接觸涂層鋼筋的部位，應(yīng)墊以緩沖材料；切斷后應(yīng)以專用修補(bǔ)涂料進(jìn)行修補(bǔ)。
3.4 涂層鋼筋的連接與定位：
① 涂層鋼筋的連接可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用綁扎連接，焊接連接和機(jī)械連接；
② 為保證涂層鋼筋的綁扎連接的牢固和不損壞涂層，應(yīng)采用專用的包膠鉛絲；對十字交叉鋼筋，應(yīng)采用“X”型綁扣；
③ 涂層鋼筋的綁扎搭接長度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；
④ 涂層鋼筋焊接前，應(yīng)先將鋼筋焊接部位的涂層清除干凈；焊接后，要將焊接部位附近受影響的涂層清除干凈；并采用專用修補(bǔ)材料將焊接部位及其影響區(qū)域的涂層進(jìn)行修補(bǔ)；
⑤ 涂層鋼筋的機(jī)械連接，宜采用已經(jīng)過涂裝的專用套筒螺母，連接后采用專用修補(bǔ)材料將接口處受損涂層進(jìn)行修補(bǔ)；當(dāng)未采用已經(jīng)過涂裝的專用套筒螺母進(jìn)行涂層鋼筋的機(jī)械連接時(shí)，尚應(yīng)在連接后采用專用修補(bǔ)材料將套筒、螺母等連接件涂刷涂層；
⑥ 涂層鋼筋宜采用已經(jīng)過涂裝的專用鐵架定位；
⑦ 涂層鋼筋鋪裝就位后，施工人員不宜在其上行走，并應(yīng)避免將施工工具跌落砸壞涂層。
3.5涂層修補(bǔ)：
在混凝土澆筑前，應(yīng)檢查鋼筋涂層破損情況，對破損涂層應(yīng)采用專用修補(bǔ)材料予以修補(bǔ)。
3.6混凝土的澆筑：
① 混凝土澆筑應(yīng)待涂層材料完全固化后進(jìn)行，涂層修補(bǔ)材料的固化時(shí)間可根據(jù)修補(bǔ)材料的說明書確定；
② 采用插入式振搗棒震搗混凝土?xí)r，應(yīng)在金屬振搗棒外套以橡膠套或采用非金屬振搗棒，并盡量避免振搗棒與鋼筋直接碰撞。