環(huán)氧樹脂鋼筋的發(fā)展和應用前景分析

任 靜 黃 海 梁進修

（桂林理工大學土木與建筑工程學院，廣西 桂林 541004）

前言

鋼筋是各種建筑工程不可缺少的建筑材料。在海港碼頭、跨海大橋、采用鋼筋混凝土的建筑和需要灑鹽水除冰雪的機場及高速公路等設施環(huán)境中，鋼筋混凝土中會不可避免的出現(xiàn)一些縫隙或空隙，當受到鹽水或酸雨等侵蝕時會引起鋼筋混凝土中的鋼筋銹蝕。建（構）筑物往往未達到設計使用年限就提前破壞，因此鋼筋性能的穩(wěn)定性已直接關系到建筑物的最終使用壽命。如今，將普通變形鋼筋(或稱螺紋鋼筋)通過除銹、清洗、打毛，加熱后用電離子噴射法將環(huán)氧樹脂涂敷在鋼筋表面，再經(jīng)過固化、冷卻后進行微孔，涂層厚度檢測和涂層附著力檢驗，符合要求后即成為環(huán)氧樹脂涂敷鋼筋。多年研究證明，環(huán)氧樹脂涂層鋼筋是鋼筋混凝土防護的最有效的手段之一。本文針對這一問題依據(jù)國外先進經(jīng)驗及結(jié)合國內(nèi)實際情況對環(huán)氧樹脂鋼筋的發(fā)展和應用前景進行了研究分析。

1 環(huán)氧樹脂涂層鋼筋歷史回顧和應用現(xiàn)狀

1.1 國外環(huán)氧樹脂涂層鋼筋歷史回顧

環(huán)氧樹脂涂覆鋼筋技術的研究開發(fā)最早始于美國20世紀50～60年代。在美國北方冬季需要在路面上撒大量除冰鹽來融化冰雪，當鹽水滲到混凝土橋面板中,會使其頂部鋼筋網(wǎng)銹蝕，體積膨脹，造成混凝土保護層過早地脹裂、剝落，這樣鋼筋直接暴露在大氣、水及其腐蝕介質(zhì)中，腐蝕速度加快，混凝土結(jié)構提前破壞。在美國南方的海邊，混凝土結(jié)構長期受到海水中氯離子的侵蝕，也遭到類似的腐蝕破壞，高昂的維修費用，甚至超過其最初的建造費用。為解決這一問題，美國自60年代開始進行鋼筋的防腐技術研究開發(fā)。通過大量試驗,篩選出最佳的鋼筋防腐材料靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末。1976年，涂層鋼筋進入國際市場，在美、歐日等國家紛紛引進，大量用于路橋、海港碼頭、近海建筑、地下建筑、車庫、隧道、污水處理池、化工建筑等。

1.2 國內(nèi)環(huán)氧樹脂涂覆鋼筋現(xiàn)狀

在我國，鋼筋的腐蝕破壞的程度并不亞于歐美國家，鋼筋的銹蝕問題，引起越來越多的學者和專家重視。自1997年北京西站南廣場立交工程中首次應用“涂層鋼筋”技術，解決了除冰鹽銹蝕鋼筋的難題，為我國推廣這項技術提供了范例。又如深圳灣公路大橋工程，主橋1#、3#、4#墩為雙獨立墩實心鋼筋混凝土結(jié)構，砼強度等級C40。為提高墩身在浪濺區(qū)的抗?jié)B防腐能力，在承臺頂以上9m范圍內(nèi)豎向、環(huán)向鋼筋均采用了環(huán)氧涂層鋼筋，保護層厚度7.5mm。同時建設部和國家技術監(jiān)督局已制訂了建筑鋼筋涂層保護的標準《環(huán)氧樹脂涂層鋼筋》。 該《標準》于1997年12月1日就已經(jīng)開始實施。由于環(huán)氧樹脂涂層鋼筋能夠非常有效地延長結(jié)構物的使用壽命，在我國逐漸被采用。目前涂層鋼筋已在北京西客站、深圳灣公路大橋工程、上海寶鋼馬跡山礦石碼頭、廣東汕頭LPG石油碼頭、浙江寧波大橋等重大工程中得到應用。

2 環(huán)氧樹脂鋼筋的防腐機理

2.1 鋼筋的的腐蝕破壞機理

鋼材不光暴露在大氣中和腐蝕性介質(zhì)中會發(fā)生銹蝕，鋼筋混凝土中的鋼筋也是會銹蝕的，特別是對于大部分允許混凝土開裂的構件或結(jié)構物。雖然鋼筋處于混凝土中，混凝土減緩了氧和水分向鋼筋的滲透，同時由于水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對鋼筋有良好的保護作用，保護鋼筋不被銹蝕。但是，鋼筋混凝土中砼總有一些縫(孔)隙，這樣，水和有害氣體以及其它腐蝕介質(zhì)（主要是氯離子）可以直接侵入，引起混凝土結(jié)構的鋼筋銹蝕，由于銹蝕產(chǎn)生的氧化鐵皮體積的膨脹，導致裂縫增大，因開裂過大致使混凝土保護層剝落，使鋼筋直接暴露在大氣、水以及其它腐蝕介質(zhì)中，腐蝕速度加快，直至建筑物未到設計使用年限提前破壞，這種現(xiàn)象在沿海地區(qū)十分普遍。海水中的大量氯鹽對海洋環(huán)境中的鋼鐵具有強腐蝕性。氯離子的滲入引起的混凝土中鋼筋腐蝕是造成鋼筋銹蝕的最主要原因。處于浪濺區(qū)的混凝土構件最易發(fā)生鋼筋腐蝕破壞。

2.2 環(huán)氧樹脂鋼筋的特點

環(huán)氧涂層鋼筋是在拋光凈化的鋼筋表面熱噴涂一層致密、堅韌的膜。涂層可以極大地提高鋼筋的防腐蝕性能，有效抵制侵蝕性介質(zhì)，適合于含氯離子的環(huán)境。它一般具有：（1）耐堿性。能長期經(jīng)受混凝土的高堿性環(huán)境（pH=12.5～13.5）；（2）耐化學腐蝕。由于環(huán)氧樹脂粉末涂層具有很高的化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性，并且膜層具有不滲透性，因此能阻止水、氧、氯鹽等腐蝕介質(zhì)與鋼筋接觸；（3）彈性和耐摩擦性好。技術上的主要特點有：具有極佳的化學抗腐蝕性能；形成后的涂層與金屬粘著力高、干縮小、延性大，有效阻隔侵蝕物質(zhì)；可延長建筑物的使用壽命達50年以上，避免因維修或拆除造成的諸多不便和昂貴的成本。

2.3 環(huán)氧樹脂防腐機理

在鋼筋表面涂覆環(huán)氧樹脂涂膜是近幾年發(fā)展起來的一項新技術。環(huán)氧樹脂是一種高分子材料，它具有強度高、收縮小(收縮率僅2%)、材料延性大、黏結(jié)性能強、絕緣性好并且具有很高的化學穩(wěn)定性等特點。用刷子、噴槍等把環(huán)氧樹脂涂在鋼筋表面，形成保護膜后,它能有效地阻止水和有害氣體以及其它腐蝕介質(zhì)（主要是氯離子）的侵入，使鋼筋不會因混凝土裂縫或混凝土中含有氯離子而產(chǎn)生銹蝕，因而具有較好的防腐效果。下面是在八尺門大橋工程中，工程人員用普通鋼筋與環(huán)氧涂層鋼筋在海水中進行抗腐蝕試驗對比得出下表的參數(shù)：

3 環(huán)氧樹脂鋼筋在再生混凝土結(jié)構中的應用前景

再生混凝土是指將廢棄的混凝土經(jīng)裂解、破碎、清理、篩分后制成混凝土骨料，全部或部分代替天然骨料配制而成的新混凝土。天然骨料混凝土中，由于骨料強度較高，所以并不是影響混凝土強度的主要因素。而對再生混凝土而言，由于再生骨料表面包裹的水泥砂漿強度較低，再加上混凝土塊在解體破碎過程中，由于損傷積累而使再生骨料內(nèi)部存在大量微細裂紋，這些都對再生骨料混凝土的強度產(chǎn)生不利影響。與天然骨料混凝土相比，它本身存在更多的裂縫，當受到鹽水或酸雨等侵蝕時，更易導致鋼筋混凝土的鋼筋銹蝕。由于再生混凝土技術能夠從根本上解決廢棄混凝土的出路問題，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，也符合可持續(xù)發(fā)展的要求，產(chǎn)業(yè)化前景十分廣闊。在以后的研究工作中可以將環(huán)氧樹脂鋼筋應用到再生混凝土里可以提高再生混凝土結(jié)構的耐久性。提高再生混凝土這種綠色混凝土的利用，可以實現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

提高工程結(jié)構的耐久性，歷來都是我國工程界十分關注和不斷探索解決的主要課題。采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋增加的施工費、人工費約占工程總造價的25%左右，初期建設成本很大，但環(huán)氧樹脂涂層鋼筋能夠非常有效地防止鋼筋銹蝕，可有效減少使用期間的維修管理費用，且結(jié)構的使用壽命延長了20年以上，本著可持續(xù)發(fā)展的思想，從成本效益分析看，還是具有十分良好的經(jīng)濟效益和社會效益的，尤其是處于腐蝕環(huán)境的結(jié)構，應用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋技術，其經(jīng)濟效益和社會效益更是十分巨大。發(fā)展前景很廣闊。

[1]王明章,杜昌明.環(huán)氧樹脂涂覆鋼筋的應用［J］.黑龍江水利科技,2008,36(4):172

[2]李雯霞.防止氯離子侵蝕混凝土中鋼筋的措施［J］.商品混凝土,2008.6

[3]佚名.STIC 重防腐蝕涂料［M］.廣州：中國科學院南方集團廣州重防腐蝕涂料有限公司，1997

[4]田惠文,李偉華,宗成中,侯保榮.海洋環(huán)境鋼筋混凝土腐蝕機理和防腐涂料研究進展［J］.涂料工業(yè),2008,38(8):62-67

[5]徐峰.環(huán)氧樹脂涂層鋼筋在八尺門大橋工程中的應用［J］.公路，2002.9

[6]朱毓麗.環(huán)氧樹脂涂層鋼筋在海港工程中的應用前景［J］.引進與咨詢,2002.6

[7]王樹群.環(huán)氧涂層鋼筋及其在工程中的應用［J］.新型材料,2006.5

[8]馬新偉，鄺靜哲，范征玉.鋼筋阻銹劑的新發(fā)展[J].等溫建筑技術，2004(6)：7-8