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1、环氧树脂涂覆钢筋防腐在水工混凝土结构中应用探讨一、 水工混凝土结构中钢筋的锈蚀钢筋处于混凝土中，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，使钢筋表面生成难溶的23和34，称为纯化膜，它能阻止阳极铁的溶解，保护钢筋不被锈蚀。因此，一般情况下，通过提高混凝土密实性、控制保护层厚度等措施可有效防止钢筋的锈蚀。但是，混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料，由于施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝。在荷载、温差等长期
2、作用下，通常无害的微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝，裂缝的存在和发展使混凝土内的钢筋产生腐蚀。另一方面，水工混凝土结构多处在恶劣的环境中，受泥沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多，混凝土碳化、冻融破坏极为常见。碳化使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，在水与空气存在的条件下，钢筋开始生锈；冻融破坏致使混凝土表层削落、结构疏松，钢筋裸露、锈蚀。在较为恶劣的强侵蚀环境中，由于广泛存在的氯离子和二氧化碳等使钢筋表面的氧化膜破坏，进而导致处于潮湿环境未采取进一步有效防护措施的钢筋发生严重的锈蚀。钢筋
3、锈蚀不仅削弱了钢筋强度，也使钢筋与混凝土间的结合性能遭到破坏，从而严重地影响混凝土结构的耐久性与安全性。防止新建工程中钢筋的锈蚀和对原有建筑物中已锈蚀钢筋进行处理，已成为一个迫切需要解决的问题。二、 在钢筋表面涂覆环氧树脂进行防护通过在钢筋表面涂覆环氧树脂涂层直接保护钢筋防止钢筋锈蚀，是国外发展的一项新技术，在我国还处于起步阶段。环氧涂覆材料分干粉和液体两种。干粉环氧树脂涂覆方法之一是静电法，其原理是将环氧树脂粉末涂覆钢筋表面，通过加热，粉末融化后便形成连续的薄膜，我国已有钢厂生产这种涂覆钢筋。与液态环氧涂膜相比，干粉环氧涂膜具有附着力高，针孔数量少等优点，但由于需工厂生产、运输、加工不方便及
4、技术要求高，尤其在中小型工程中推广使用有一定困难。液态环氧树脂涂覆就是用刷子、喷枪等把环氧树脂涂覆在钢筋表面，干燥后形成涂层。这一方法工艺简单，且在现场操作，既可用于中小型新建建筑物钢筋的防腐，也可用于对结构中已锈蚀钢筋的处理。1. 环氧树脂涂料配方环氧树脂涂料配方由环氧树脂基液、固化剂、溶剂组成。其中环氧树脂基液是在环氧树脂（6101）中加入填料锌粉组成，锌粉用量（填料/干膜重）60%70%。填料可提高防腐涂层的屏蔽作用，减少氯离子等的透过，并能增强涂层与钢筋的附着力。通过对不同配合比例时的粘度、厚度、附着力、柔韧性、耐蚀性的对比试验，并考虑便于施工操作等因素，提出环氧树脂防腐配方如下表：环
5、氧树脂防腐涂料配方（重量比）环氧树脂基液固化剂（乙二胺）溶剂（二甲苯：丁醇=7：3）10020252030固化剂和溶剂的用量应随气温的高低及施工方法适当调整。该配方适用于气温1525。气温低于15固化很慢，10以下难以固化。环氧树脂涂膜厚度应同时满足柔韧性、粘结力和耐蚀性的要求，根据美国标准ASTM A-775-81，涂膜厚度应在130300m之间。该配方单层涂膜厚度3060m，涂覆24层，涂膜总厚度为130240m。2.施工工艺液态环氧涂料的涂覆工艺较简单，施工方法有三种：刷涂法、喷涂法和浸渍法。涂覆工艺如下图：钢筋除锈、加工晾干涂刷（或喷涂、浸渍）成品堆放制备环氧树脂涂料液态环氧树脂的涂覆
6、工艺图（1）钢筋表面处理未经处理的金属表面有油脂、水分、尘埃和铁锈等污垢及腐蚀物质，这些物质影响涂膜与金属表面直接接触，造成附着力下降，从而影响涂膜的防腐效果。因此，在涂覆前，必须对钢筋进行表面预处理。常用的表面处理的方法有：手工铁刷或砂纸除锈，酸洗除锈，喷砂除锈等。（2）环氧树脂涂料制备环氧涂料由富锌环氧树脂基液、固化剂、溶剂三部分组成。配方见上表。应根据实际要求、气温情况及施工方法通过试配确定固化剂和溶剂的具体用量。涂料配合时首先向干净容器中加入环氧防腐涂料基液，再按比例加入固化剂、溶剂，并用铁棒充分搅拌均匀。应根据需要确定配量，一次配量不宜过多，并应注意即配即用。气温低于10时涂料难以固
7、化，除非采取加热措施，否则不宜施工。（3）涂覆方法涂刷法首先焊制摆放钢筋的支架，支架应坚固、稳定，高度也要使工人便于操作不易疲劳。涂刷应在室内或室外阴凉、通风且无粉尘污染处进行。把经过表面处理的钢筋平铺在支架上，钢筋之间应留一定空隙，防止涂层干燥前接触。将配置好的环氧涂料搅拌均匀，然后用普通毛刷涂刷钢筋，涂刷时要注意涂层均匀、不流淌，对于螺纹钢筋，应顺螺纹方向涂刷。每层涂膜表干后，再刷下一层。固化时间随固化剂用量及气温而变，一般为12h左右。喷涂法用喷枪将液态环氧涂料喷涂在钢筋表面，操作时应特别注意喷涂均匀且不产生流淌。每层涂膜表干后，再喷涂下一层。浸涂法这种方法需要一个特制的液槽，先把液态环
8、氧涂料倒入槽内，再把经过表面处理的钢筋浸入液体中，取出后放在支架上晾干。该法可在大批量处理钢筋时使用，掌握不好很难涂覆均匀，为提高涂料与钢筋的基本粘着，需增大溶剂的含量。（4）注意事项环氧涂覆钢筋的使用和方法与普通钢筋没有原则性区别，施工人员只需掌握一些常识即可。但由于环氧涂膜具有一定的脆性，在使用过程中要特别注意涂膜的完整性，以确保涂覆钢筋的耐蚀性能。 运输与贮存吊装涂覆钢筋时，不宜用金属吊索，宜用尼龙或PVC绳捆扎结实，以防冲撞和滑落。堆放时，地面需铺垫塑料垫板。 弯曲与装配最好在涂覆前进行钢筋的弯曲与焊接。若必须涂覆后在现场弯制与切断，由于加工时受压侧涂膜易被圆钢棒擦伤，而受拉侧涂膜易出
9、现开裂，故最好用尼龙布包衬弯制钢筋用的圆钢棒，以减少受压侧涂膜的损伤。弯曲半径或弯曲角度过小，受拉侧涂膜易破裂，所以宜选择适当的弯曲半径和弯曲角度。 损伤修补根据美国标准ASTM A775，允许在运输及装配过程中涂膜有少量损伤，但当损伤数量超过规定限值时，损伤处应用与涂膜材质相同的液态树脂涂刷，涂覆钢筋切断端头及受拉侧涂膜的裂缝则必须实行修补。 浇注混凝土尽管环氧涂覆钢筋具有理想的防腐性能，但仍应浇注优质混凝土。布料及振捣棒插捣时不应触碰涂覆钢筋，以防擦伤。 锚固长度在结构设计中，应考虑环氧涂膜对粘结的削弱作用。通常，钢筋在混凝土中锚固长度宜比未涂覆钢筋增加10%。三、环氧涂覆钢筋的耐腐蚀性能
10、1.加速试验中的耐腐蚀性通过盐水浸渍试验得知，涂膜的耐盐水性能随涂层的厚度逐渐增加，但厚度在240m以上时，增幅不再明显。采用海水循环浸泡法进行加速试验一年后所得的结果表明，涂膜厚度为100m，无缺陷的涂覆钢筋即便保护层厚为20mm，在干湿交替作用下也不发生腐蚀。对拔出后钢筋的观察发现，涂覆钢筋不仅保持了原有的光泽，而且还保持了最初的粘结强度和硬度。而裸钢筋在加速试验一年后根据保护层厚度和龄期的不同，已发生了不同程度的侵蚀。2.长期暴露试验结果美国K.W.J.Treadaway等在骨灰比6：1和8：1两种混凝土中分别埋入直径10mm环氧涂覆钢筋，环氧涂膜的厚度为10m。试件脱膜后置于大气暴露环
11、境中，5年后对所有试件进行电化学和破型检查。试验结果表明，环氧树脂涂覆钢筋均未受到腐蚀，在没做修补处理的钢筋截断处出现了混凝土表面的裂缝，破型后可观察到黑色锈蚀产物。英国Dakhil等根据ASTM用1：0.45的水灰比，制作了120120350mm的棱柱体，每个棱柱体内都有4种长度的钢筋。通过向拌和用水中加入NaCL，得到三个水平的氯盐外加剂（分别为2.4、4.8和19.2kg/m3），并埋入三种类型的钢筋：软钢、镀锌钢筋和环氧涂覆钢筋。在新鲜水中养护28d后，所有试件都在具有典型沿海平原环境的沙特阿拉伯Dhahran的一个露天场地放置了7年。根据混凝土裂缝的产生与发展，除去疏松锈层所引起的重
12、量损失及钢筋表面生锈或产生点蚀的百分率，对钢筋的锈蚀进行评定，结果表明锈蚀及裂缝的严重程度明显随氯盐含量的增加而增加。在氯盐含量仅为2.4 kg/m3的情况下，软钢便产生了重量损失。在氯盐含量仅为4.8 kg/m3的情况下，软钢出现了非常严重的断面损失，镀锌钢筋全部失去了它们的镀锌层，尽管钢筋的螺纹仍然存在，的确产生了均匀的锈蚀，而环氧涂覆钢筋仍然处于一个很好的状态。只是在氯盐含量19.2 kg/m3的混凝土中，在环氧涂层上产生了与钢筋平行的裂缝，在裂缝处有明显的锈蚀。对于长时期暴露在自然环境中的情况，国外的上述试验已初步表明，环氧涂覆钢筋的耐蚀性要优于裸钢和镀锌钢筋。四、 存在问题1. 尽管
13、环氧树脂与钢筋及混凝土之间的粘结能力都较好，环氧涂层的存在仍然会降低钢筋与混凝土间的粘结力，并且这一影响随涂层厚度的增加而增大。根据钢筋与混凝土的粘结强度试验GB50152-92规定的第三种试验方法即立方体中心拔出试验法，进行环氧涂覆钢筋与混凝土的粘结性能试验，得出：螺纹钢筋、涂层厚度为270m时，钢筋与混凝土粘结强度的降低值仅为4.41%，大大低于ASTM标准的允许值。2. 采用环氧涂覆钢筋需消耗环氧树脂防腐涂料、增加用工，相应的机械台班用量也会有所增加，直接成本要比普通钢筋有一定幅度的提高。但采用环氧涂覆钢筋能使钢筋的防腐能力明显加强，从而能大大延长处于恶劣环境下的水工混凝土结构的寿命及安全性，大量地节省结构的维护费用，由此而产生的社会效益及经济效益会远远超过防腐涂料所带来的一次性成本的增加。液态环氧树脂涂覆钢筋，既可用于新建工程钢筋的防腐，也可用于老化结构锈蚀钢筋的处理。作为较有效的钢筋防腐措施之一，环氧树脂涂覆钢筋可在延长处于恶劣环境下的水工建筑物的寿命及安全性方面发挥重要的作用。
