环氧涂层钢筋在钢筋混凝土防腐工程中的应用

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1.环氧涂层钢筋的发展应用简介：
由于桥梁、水工建筑物和海上建筑物等处于恶劣环境和暴露性环境中，经常因钢筋锈蚀而导致结构破坏。在国外，美国的近50万座桥梁中，有四分之一因钢筋锈蚀而严重损坏；在国内，河海大学等单位于80年代初对国内水工建筑物，港口码头等的使用情况进行了调查，发现使用了10-30年的水工建筑物有近60%出现了钢筋锈蚀破坏，使用了7-25年的海港码头有近90%出现了钢筋锈蚀破坏。解决钢筋锈蚀问题的一个切实有效的方法是采用环氧涂层钢筋.
环氧树脂涂层钢筋是一种在普通钢筋的表面制作了一层环氧树脂薄膜保护层的钢筋，涂层厚度一般在0.15mm-0.30mm。涂层一般脸用环氧树脂粉末以静电喷涂方法制作：将普通钢筋表面进行除锈、打毛等处理后加热到230多摄氏度的高温，再将带电的环氧树脂粉末喷射到钢筋表面，由于粉末颗粒带有电荷，便吸附在钢筋表面，并与其熔融结合，经过一定养护固化后便形成一层完整、连续、包裹住整个钢筋表面的环氧树脂薄膜保护层。环氧树脂涂层以其不与酸、碱等反应，具有极高的化学稳定性和延性大、干缩小，与金属表面具有极佳的粘着性的特点，在钢筋表面形成了阻隔其与水分、氧、氯化物或侵蚀性介质接触的物理屏障，同时，还因其具有阻隔钢筋与外界电流接触的功能而被认为是化学电离子防腐屏障。
环氧涂层钢筋防腐技术的研究开发最早始于美国，经过20多年的发展，涂层钢筋的涂装技术已十分成熟，有一整套完备的产品质量检测手段，与镀锌、涂塑、阴极保护等防腐技术相比，涂层钢筋具有防腐效果好、涂装工艺简单、涂层厚度易于控制、对环境无污染、最具成本效益等优势，因而得到迅速发展。目前美国在冬季需要大量撒布消冰盐的路桥上，采用涂层钢筋已成为必要的防腐措施，在其他方面，如海港码头、近海建筑、地下建筑、车库、隧道、污水处理地、化工厂房等也普遍采用了这种钢筋，除美国外，涂层钢筋在北美的加拿大，在欧洲的英国、挪威，在亚洲的日本、中东和东南亚国家以及我国的香港地区等，都得到了越来越多的应用。近年来，随着对こ探峁股杓剖褂媚晗抟?蟮奶岣撸?诠こ探缫恍┯惺吨?康耐贫?拢?坎愀纸罘栏?际踉谖夜?仓鸾サ玫接τ谩?997年11月作为涂层钢筋在我国内地首次应用的试点工程，北京西客站广场地下通道的顶板率先采用涂层钢筋，该工程主要考虑顶板上部一部分要覆土绿化，另有一部分作为通道，冬季雪后需撤消冰盐，顶板内钢筋处于较为恶劣的工作环境中，因此除在该顶板上部设计了防水层外，还决定采用涂层钢筋。此后，由交通部三航局设计施工的上海宝钢马鞍山矿石码头、由交通部四航局设计院设计的广东汕头LPG码头也采用了涂层钢筋。LPG码头的业主是美国加德士石油公司，由于该码头的设计使用年限为50年，业主主动提出采用涂层钢筋防腐技术。据不完全统计，涂层钢筋已在福建下白石大桥工程、福鼎至宁德高速公司八尺门特大桥、唐津高速公路二期工程、三亚市的南山观音苑以及粤海铁路南港栈桥工程等多项工程中采用。涂层钢筋目前大多应用于钢筋混凝土结构，施工技术也不复杂，根据试点工程情况和国外的应用经验，一般素质的施工队伍，经过交底均可胜任。采用涂层钢筋可大大提高结构的耐久性，同时也不可避免地要增加一些工程造价，但从成本效益分析来看，是十分值得的。从西客站工程来看，涂层钢筋的加工费用约为钢筋本身价格的60%，由于生产厂家远在广东，（国内第一条涂层钢筋生产线在广东省海丰县），运输费用较高，约为钢筋价格的40%，因此该工程钢筋成本增加了约1倍，加上施工时人工费用的增加，该工程增加的总费用“占土建工程总造价约1.35%”，工程设计单位北京市市政设计研究总院在对该工程作的成本效益分析中认为，“从整个工程来看，成本增加并不高，但是由于涂层有效地保证了腐蚀介质与钢筋的隔离，延缓和防止了钢筋的锈蚀，可以减少通道使用期间的维修费用，保证结构的设计使用条件，并延长了结构使用寿命，具有良好的经济效益和社会效益”。广东汕头LPG码头是我国港口码头工程中首次采用涂层钢筋，也是目前国内采用涂层钢筋最多的一项工程，该工程钢筋及施工人工费用的增加，约占水工工程总造价的2.5%， 但使海港高桩码头的使用年限从30年提高到50年。可见，在处于腐蚀环境的结构中采用涂层钢筋，其经济效益和社会效益是十分巨大的。
为推动此项技术在我国的发展，我国也先后制定了有关标准：由中国建筑科学研究院会同有关单位共同编制完成了建筑工业行业标准《环氧树脂涂层钢筋》JG3042-1997，该标准对涂层钢筋产品的技术要求，品质检测的试验方法、产品的检验规则以及对制作环氧树脂涂层材料的性能等均作出了具体规定，此外，鉴于我国现行的有关混凝土结构设计、施工规范尚未对涂层钢筋应用中的有关要求作出规定，该标准还对涂层钢筋的设计与施工方法提出了原则要求，该标准已于1997年12月1日起实施。我国交通部亦于1999年组织编写了JTJ275-2000《海港工程砼结构防腐蚀技术规范》，将环氧树脂涂层钢筋列为主要的防腐措施之一，为在国内推广应用环氧树脂涂层钢筋提供了法规依据。
2.环氧涂层钢筋粘结锚固性能试验、设计建议和有关规范的规定：
2.1   建科院、郑州工业大学试验结论及设计建议：
  由于钢筋表面经环氧树脂涂层履盖后，粗糙凹凸全被填满而成为平整光滑的表面，从而与混凝土界面的胶结和摩阻作用受到削弱，中国建筑科学研究院，郑州工业大学联合试验探讨了其粘结锚固机理、锚固特性及锚固强度，并通过梁锚试验加以验证，在此基础上，由可靠度分析提出锚固长度设计值的建议。
2.1.1试验结论：
①环氧涂层钢筋由于表面光滑，胶结-摩阻力减小，机械咬合作用也因滑移而受到影响，故粘结性能削弱；
②环氧涂层钢筋的粘结锚固刚度减小，滑移加大；
③环氧涂层钢筋的劈裂强度降低，但配箍后锚固强度有较大的增加，因此涂层钢筋的混凝土保护层中必须配置钢箍或围箍钢筋；
④环氧涂层钢筋比无涂层钢筋在一般情况下粘结强度降低10%左右，在最不利锚固条件下降低不超过20%。
2.1.2、环氧涂层钢筋的锚固长度及其箍筋配置设计建议：
①环氧涂层钢筋的锚固长度lac（mm）应不小于下表的数值：
混凝土强度等级
Ⅱ级月牙钢筋
Ⅲ级月牙钢筋

C20
50d
55d

C25
45d
50d
C30
40d
45d
≥C40
30d
35d
②环氧涂层钢筋的锚固长度范围内应配置不少于构造要求的钢箍或围箍钢筋。其箍筋直径应不小于力筋直径的0.25倍，间距不宜大于力筋直径的10倍。
2.2 同济大学、河海大学的试验结论与设计建议：
2.2.1不同厚度的涂层钢筋与混凝土的粘结锚固性能试验结论：
① 普通钢筋与混凝土之间的粘结强度一般要大于环氧涂层钢筋与混凝土的粘结强度；
② 环氧涂层厚度为0.18mm的Φ12mm钢筋和Φ16mm钢筋与普通钢筋相比，它们的粘度强度下降非常小，这表明，0.18mm的环氧涂层厚度对钢筋的粘结强度的影响非常小，可以不计；
③ 当环氧涂层厚度为0.22-0.25mm时，Φ12mm钢筋和Φ16mm的环氧涂层钢筋表现出了不同的情态，Φ16mm环氧涂层钢筋的粘结强度下降较小，而Φ12mm环氧涂层钢筋的粘结强度却下降较多，说明这种涂层厚度对钢筋直径或横肋具有敏感性；
④ 当环氧涂层厚度为0.35mm时，环氧涂层钢筋Φ12mm的粘结强度下降很多，而Φ16mm环氧涂层钢筋的粘结强度则下降较小，这表明对小直径的环氧涂层钢筋而言，0.35mm的环氧涂层厚度过大，工程中不宜应用；
⑤ Φ16mm环氧涂层钢筋的粘结强度比Φ12钢筋的粘结强度高出较多，说明钢筋与混凝土之间的机械咬合力对钢筋的粘结强度尤其是后期强度具有决定性的作用，对普通钢筋和环氧涂层钢筋均适用。
2.2.2.设计建议：
① 对于环氧涂层厚度介于0.18mm-0.25mm之间的涂层钢筋，其粘结锚固长度宜为普通钢筋粘结锚固长度要求取值的1.4倍；
② 对于Φ16mm等直径较大的环氧涂层钢筋，其粘结锚固长度的取值可适当放宽，宜为普通钢筋粘结锚固长度要求取值的1.2倍；
③对于Φ12mm等较小直径的涂层钢筋来说，涂层厚度应不大于0.25mm，而对于Φ16mm等较大直径的涂层钢筋来说，涂层厚度宜不大于0.35mm。在满足涂层钢筋微孔要求的基础上，应尽量使涂层厚度薄一些，但应至少大于0.13mm。

2.3 JG3042-97《环氧树脂涂层钢筋》中对钢筋锚固长度的规定：
①.涂层钢筋的锚固长度应取为不小于有关设计规范规定的相同等级和规格的无涂层钢筋锚固长度的1.25倍；
②.涂层钢筋的绑扎搭接长度，对受拉钢筋，应取为不小于有关设计规范规定的相同等级和规格的无涂层钢筋锚固长度的1.5倍，且不小于375mm；对受压钢筋，应取为不小于有关设计规范规定的相同等级和规格的无涂层钢筋锚固长度的1.0倍且不小于250mm。

3.使用环氧涂层钢筋注意事项：
3.1吊装：
① 吊装涂层钢筋的吊索应采用高强度的尼龙带，不得使用钢丝绳吊装，以避免吊索与钢筋之间因挤压、摩擦造成涂层破坏；
② 对长度超过6m的涂层钢筋应采用多支点吊装，以避免钢筋两端因过大垂落造成钢筋的摩擦与碰撞，损坏涂层。
3.2贮存与搬运：
① 涂层钢筋在施工现场的贮存期应尽量缩短，一般不宜超过三个月；
② 涂层钢筋在贮存期间，应采用不透光的黑色塑料布包裹，以避免因紫外线照射引起涂层的褪色和老化；
③ 涂层钢筋在堆放时，钢筋与地面之间，钢筋捆与钢筋捆之间应以木条隔开，且堆放层数不宜超过5层；
④ 涂层钢筋应以水平方式搬运，在搬运过程中，严禁拖拽抛掷涂层钢筋。
3.3涂层钢筋的加工：
①加工时，环境温度宜不低于摄氏5℃，钢筋弯曲机的芯轴应套以专用套管，平板表面应铺以布毡垫层，避免涂层与金属物直接接触；涂层钢筋的弯曲直径，对直径≤20mm钢筋，不宜小于4d；对直径d≥20 mm钢筋不宜小于6d，且弯曲速率不宜高于82r/min；
② 涂层钢筋的切断应采用砂轮锯或钢筋切断机进行，严禁采用气割方法；切断加工时，在直接接触涂层钢筋的部位，应垫以缓冲材料；切断后应以专用修补涂料进行修补。
3.4 涂层钢筋的连接与定位：
① 涂层钢筋的连接可根据设计要求，采用绑扎连接，焊接连接和机械连接；
② 为保证涂层钢筋的绑扎连接的牢固和不损坏涂层，应采用专用的包胶铅丝；对十字交叉钢筋，应采用“X”型绑扣；
③ 涂层钢筋的绑扎搭接长度应符合设计要求；
④ 涂层钢筋焊接前，应先将钢筋焊接部位的涂层清除干净；焊接后，要将焊接部位附近受影响的涂层清除干净；并采用专用修补材料将焊接部位及其影响区域的涂层进行修补；
⑤ 涂层钢筋的机械连接，宜采用已经过涂装的专用套筒螺母，连接后采用专用修补材料将接口处受损涂层进行修补；当未采用已经过涂装的专用套筒螺母进行涂层钢筋的机械连接时，尚应在连接后采用专用修补材料将套筒、螺母等连接件涂刷涂层；
⑥ 涂层钢筋宜采用已经过涂装的专用铁架定位；
⑦ 涂层钢筋铺装就位后，施工人员不宜在其上行走，并应避免将施工工具跌落砸坏涂层。
3.5涂层修补：
在混凝土浇筑前，应检查钢筋涂层破损情况，对破损涂层应采用专用修补材料予以修补。
3.6混凝土的浇筑：
① 混凝土浇筑应待涂层材料完全固化后进行，涂层修补材料的固化时间可根据修补材料的说明书确定；
② 采用插入式振捣棒震捣混凝土时，应在金属振捣棒外套以橡胶套或采用非金属振捣棒，并尽量避免振捣棒与钢筋直接碰撞。