环氧树脂钢筋的发展和应用前景分析

任 静 黄 海 梁进修

（桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004）

前言

钢筋是各种建筑工程不可缺少的建筑材料。在海港码头、跨海大桥、采用钢筋混凝土的建筑和需要洒盐水除冰雪的机场及高速公路等设施环境中，钢筋混凝土中会不可避免的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中的钢筋锈蚀。建（构）筑物往往未达到设计使用年限就提前破坏，因此钢筋性能的稳定性已直接关系到建筑物的最终使用寿命。如今，将普通变形钢筋(或称螺纹钢筋)通过除锈、清洗、打毛，加热后用电离子喷射法将环氧树脂涂敷在钢筋表面，再经过固化、冷却后进行微孔，涂层厚度检测和涂层附着力检验，符合要求后即成为环氧树脂涂敷钢筋。多年研究证明，环氧树脂涂层钢筋是钢筋混凝土防护的最有效的手段之一。本文针对这一问题依据国外先进经验及结合国内实际情况对环氧树脂钢筋的发展和应用前景进行了研究分析。

1 环氧树脂涂层钢筋历史回顾和应用现状

1.1 国外环氧树脂涂层钢筋历史回顾

环氧树脂涂覆钢筋技术的研究开发最早始于美国20世纪50～60年代。在美国北方冬季需要在路面上撒大量除冰盐来融化冰雪，当盐水渗到混凝土桥面板中,会使其顶部钢筋网锈蚀，体积膨胀，造成混凝土保护层过早地胀裂、剥落，这样钢筋直接暴露在大气、水及其腐蚀介质中，腐蚀速度加快，混凝土结构提前破坏。在美国南方的海边，混凝土结构长期受到海水中氯离子的侵蚀，也遭到类似的腐蚀破坏，高昂的维修费用，甚至超过其最初的建造费用。为解决这一问题，美国自60年代开始进行钢筋的防腐技术研究开发。通过大量试验,筛选出最佳的钢筋防腐材料静电喷涂环氧树脂粉末。1976年，涂层钢筋进入国际市场，在美、欧日等国家纷纷引进，大量用于路桥、海港码头、近海建筑、地下建筑、车库、隧道、污水处理池、化工建筑等。

1.2 国内环氧树脂涂覆钢筋现状

在我国，钢筋的腐蚀破坏的程度并不亚于欧美国家，钢筋的锈蚀问题，引起越来越多的学者和专家重视。自1997年北京西站南广场立交工程中首次应用“涂层钢筋”技术，解决了除冰盐锈蚀钢筋的难题，为我国推广这项技术提供了范例。又如深圳湾公路大桥工程，主桥1#、3#、4#墩为双独立墩实心钢筋混凝土结构，砼强度等级C40。为提高墩身在浪溅区的抗渗防腐能力，在承台顶以上9m范围内竖向、环向钢筋均采用了环氧涂层钢筋，保护层厚度7.5mm。同时建设部和国家技术监督局已制订了建筑钢筋涂层保护的标准《环氧树脂涂层钢筋》。 该《标准》于1997年12月1日就已经开始实施。由于环氧树脂涂层钢筋能够非常有效地延长结构物的使用寿命，在我国逐渐被采用。目前涂层钢筋已在北京西客站、深圳湾公路大桥工程、上海宝钢马迹山矿石码头、广东汕头LPG石油码头、浙江宁波大桥等重大工程中得到应用。

2 环氧树脂钢筋的防腐机理

2.1 钢筋的的腐蚀破坏机理

钢材不光暴露在大气中和腐蚀性介质中会发生锈蚀，钢筋混凝土中的钢筋也是会锈蚀的，特别是对于大部分允许混凝土开裂的构件或结构物。虽然钢筋处于混凝土中，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，保护钢筋不被锈蚀。但是，钢筋混凝土中砼总有一些缝(孔)隙，这样，水和有害气体以及其它腐蚀介质（主要是氯离子）可以直接侵入，引起混凝土结构的钢筋锈蚀，由于锈蚀产生的氧化铁皮体积的膨胀，导致裂缝增大，因开裂过大致使混凝土保护层剥落，使钢筋直接暴露在大气、水以及其它腐蚀介质中，腐蚀速度加快，直至建筑物未到设计使用年限提前破坏，这种现象在沿海地区十分普遍。海水中的大量氯盐对海洋环境中的钢铁具有强腐蚀性。氯离子的渗入引起的混凝土中钢筋腐蚀是造成钢筋锈蚀的最主要原因。处于浪溅区的混凝土构件最易发生钢筋腐蚀破坏。

2.2 环氧树脂钢筋的特点

环氧涂层钢筋是在抛光净化的钢筋表面热喷涂一层致密、坚韧的膜。涂层可以极大地提高钢筋的防腐蚀性能，有效抵制侵蚀性介质，适合于含氯离子的环境。它一般具有：（1）耐碱性。能长期经受混凝土的高碱性环境（pH=12.5～13.5）；（2）耐化学腐蚀。由于环氧树脂粉末涂层具有很高的化学稳定性和耐腐蚀性，并且膜层具有不渗透性，因此能阻止水、氧、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触；（3）弹性和耐摩擦性好。技术上的主要特点有：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，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。

2.3 环氧树脂防腐机理

在钢筋表面涂覆环氧树脂涂膜是近几年发展起来的一项新技术。环氧树脂是一种高分子材料，它具有强度高、收缩小(收缩率仅2%)、材料延性大、黏结性能强、绝缘性好并且具有很高的化学稳定性等特点。用刷子、喷枪等把环氧树脂涂在钢筋表面，形成保护膜后,它能有效地阻止水和有害气体以及其它腐蚀介质（主要是氯离子）的侵入，使钢筋不会因混凝土裂缝或混凝土中含有氯离子而产生锈蚀，因而具有较好的防腐效果。下面是在八尺门大桥工程中，工程人员用普通钢筋与环氧涂层钢筋在海水中进行抗腐蚀试验对比得出下表的参数：

3 环氧树脂钢筋在再生混凝土结构中的应用前景

再生混凝土是指将废弃的混凝土经裂解、破碎、清理、筛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，由于骨料强度较高，所以并不是影响混凝土强度的主要因素。而对再生混凝土而言，由于再生骨料表面包裹的水泥砂浆强度较低，再加上混凝土块在解体破碎过程中，由于损伤积累而使再生骨料内部存在大量微细裂纹，这些都对再生骨料混凝土的强度产生不利影响。与天然骨料混凝土相比，它本身存在更多的裂缝，当受到盐水或酸雨等侵蚀时，更易导致钢筋混凝土的钢筋锈蚀。由于再生混凝土技术能够从根本上解决废弃混凝土的出路问题，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，也符合可持续发展的要求，产业化前景十分广阔。在以后的研究工作中可以将环氧树脂钢筋应用到再生混凝土里可以提高再生混凝土结构的耐久性。提高再生混凝土这种绿色混凝土的利用，可以实现建筑业可持续发展。

4 结语

提高工程结构的耐久性，历来都是我国工程界十分关注和不断探索解决的主要课题。采用环氧树脂涂层钢筋增加的施工费、人工费约占工程总造价的25%左右，初期建设成本很大，但环氧树脂涂层钢筋能够非常有效地防止钢筋锈蚀，可有效减少使用期间的维修管理费用，且结构的使用寿命延长了20年以上，本着可持续发展的思想，从成本效益分析看，还是具有十分良好的经济效益和社会效益的，尤其是处于腐蚀环境的结构，应用环氧树脂涂层钢筋技术，其经济效益和社会效益更是十分巨大。发展前景很广阔。

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