復合防腐涂層鋼筋-混凝土黏結性能試驗研究

發布時間：2022-03-17所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次

摘 要： 摘 要： 基于 ZnAl15、Al、AlMg5 熱噴涂金屬涂層為底層、環氧封閉底漆為中間層和丙烯酸面漆為表層的單層、雙層和三層復合防腐涂層鋼筋與混凝土黏結性能推出試驗研究，得到了其對應的位移-應力曲線、黏結強度和破壞特征，結果表明：黏結強度從大到小依次排列為 b2b1d1c1

　　摘 要： 基于 ZnAl15、Al、AlMg5 熱噴涂金屬涂層為底層、環氧封閉底漆為中間層和丙烯酸面漆為表層的單層、雙層和三層復合防腐涂層鋼筋與混凝土黏結性能推出試驗研究，得到了其對應的位移-應力曲線、黏結強度和破壞特征，結果表明：黏結強度從大到小依次排列為 b2>b1>d1>c1>a>c2>d2>b>c>d;ZnAl15+ 環氧封閉底漆 + 丙烯酸聚氨酯面漆的黏結強度最大，相對于無涂層提高了 8.1%;黏結強度 =8 MPa 是試樣破壞模式發生變化的一個臨界值。

　　關鍵詞： 工程防腐;金屬涂層;復合涂層;鋼筋混凝土;黏結性能

　　0 引言

　　在沿海地區、鹽堿地區及部分地下區域，混凝土中的鋼筋容易發生銹蝕，導致鋼筋與混凝土黏結性能退化，從而降低結構的安全穩定性，也造成了一定的經濟損失[1-4]。添加阻銹劑、提高混凝土強度等級、增加保護層厚度等方法有效地阻止或減緩了混凝土中的鋼筋銹蝕，然而混凝土開裂問題日益突出[5-7]。經過多年科學研究和工程實踐發現，在鋼材表面涂裝防腐涂層是有效、簡便和經濟的方法，如噴涂金屬涂層、環氧樹脂涂層、丙烯酸面漆涂層等[8-11]。

　　隨著港珠澳大橋、膠州灣大橋、杭州灣大橋等大型海洋建筑結構的出現，人們對沿海地區結構的抗腐蝕性提出了更高的要求，為此，復合防腐涂層及工藝應用而生，且受到廣泛關注[12-17]。那么涂層后的鋼筋與混凝土的黏結性如何，能不能滿足工程的需求等問題亟待研究。

　　本試驗以熱噴涂金屬涂層為底層，非金屬涂層為外層的單層、雙層和三層復合防腐涂層的鋼筋-混凝土黏結性能進行試驗研究，為工程應用提供一定的參考。

　　1 試驗

　　(1)試驗方法：依據建筑工業行業標準 JG/T 502—2016 中的涂層鋼筋與混凝土相對黏結強度的檢驗方法，采用推出法對涂層鋼筋混凝土黏結性能進行測試。

　　(2)試驗方案：熱噴涂金屬涂層為 ZnAl15(Al 占15%)、 Al、AlMg5(Mg 占 5%)，非金屬涂層為環氧封閉底漆和丙烯酸面漆，涂層層數分為單層、雙層和三層，試樣編號及數量如表 1 所示。本試驗采用 準20 mm Q235 螺紋鋼筋，混凝土設計強度為 C40，經試驗測得養護后的混凝土試樣(150 mm× 150 mm×150 mm)的抗壓強度為 40.6 MPa。

　　(3)試驗設備：本試驗采用的裝置為土木工程學院結構試驗室的長春科新微機控制電液伺服壓力試驗機，加載速度為 12 kN/min。

　　(1)對于單一金屬涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現為塑性特點，如圖 1(a)中的 b、圖 1(b)中的 c 和圖 1(c)中的 d：峰值區域較大，沒有出現明顯的峰突現象;峰前，曲線分為 3 個階段：線性快速增長段，線性慢速增長段和非線性減速增長段;峰后，黏結應力隨著位移的增大而緩慢降低;初始下降階段，曲線與峰前曲線關于黏結強度軸(黏結強度值處與 τ 軸平行的軸)近似對稱;之后，強度下降的同時，位移發生大幅度增大，此時鋼筋與混凝土之間發生大幅度的滑移。

　　(2)對于雙層復合涂層、三層復合涂層和無涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現為脆性特點：存在明顯的峰突現象;峰前，曲線分為 4 個階段：線性快速增長段，線性慢速增長段，線性快速增長段和非線性減速增長段;峰后，曲線出現斷崖式下降現象。

　　(3)隨著涂層的層數增加，s-τ 曲線從塑性特點向脆性特定轉變，黏結剛度和黏結強度增大。

　　2.2 黏結強度

　　表 2 為不同防腐涂層下鋼筋混凝土黏結強度 τc 及破壞模式，其中“劈裂破壞”為“劈裂推出破壞”的簡稱，文中其他處類似;對其進行分析可得：

　　(1)以 ZnAl15 為底層的 τc 從大到小依次排列為 b2>b1> a>b，如表 2 所示;以 Al 為底層的 τc 從大到小依次排列為 c1>a>c2>c，如表 2所示;以 AlMg5為底層的 τc從大到小依次排列為 d1>a>d2>d，如表 2所示;對于所有試驗涂層，τc從大到小依次排列為b2>b1>d1>c1>a>c2>d2>b>c>d，如表2示。

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　　(2)對于單一涂層，τc 從大到小排序為 a>b>c>d，即， ZnAl15 最大，MgAl5 最小，且均小于無涂層的;對于雙層復合涂層，τc 從大到小排序為 b1>d1>c1>a，即，ZnAl15+環氧封閉底漆最大，Al+環氧封閉底漆最小，且均大于無涂層的;對于三層復合涂層：τc 從大到小排序為 b2>a>c2>d2，即，ZnAl15+ 環氧封閉底漆+丙烯酸聚氨酯面漆最大，MgAl5+環氧封閉底漆+丙烯酸聚氨酯面漆最小，只有 b2 大于無涂層，其他小于無涂層。

　　(3)雙層復合涂層提高了試樣鋼筋-混凝土的黏結強度 τ(c 相對于無涂層)，其中 b1 提高了 7.6%，c1 提高了0.2%， d1 提高了 4.5%;單層涂層顯著降低了 τc，b 降低了 11.1%，c 降低了 29.8%，d 降低了 45.3%;對于三層復合涂層，b2 提高了 τc，提高了 8.1%，為所有涂層中提高效果最明顯的，c2 和 d2 均降低了 τc，分別為 1.6%和 5.4%。

　　2.3 破壞形態

　　通過試驗發現，涂層鋼筋混凝土的破壞模式主要有兩種：劈裂破壞模式和推出破壞模式。劈裂破壞形態特征：鋼筋被推出，且混凝土試塊產生裂紋和破壞，如圖 2 所示;推出破壞形態特征：鋼筋被推出，混凝土試塊沒有產生裂紋和破壞，如圖 3 所示。通過對所有試樣的破壞模式進行統計和分類(表 2)，繪制出了復合涂層鋼筋-混凝土的破壞模式統計圖，如圖 4 所示，對其分析可得：

　　(1)黏結強度 τc=8 MPa 是試樣破壞模式發生變化的一個臨界值：當 τc<8 MPa 時，試樣的破壞模式為推出破壞;當 τc>8 MPa 時，試樣的破壞模式為劈裂破壞。該臨界值附近存在一定的干涉區域，如圖 4 中的陰影區域，當試樣的黏結強度落入該區域內，試樣破壞模式可能是推出破壞，也可能是劈裂破壞。

　　(2)無涂層試樣的破壞模式均為劈裂破壞;單一涂層試樣的破壞模式絕大部分為推出破壞，個別為劈裂破壞;雙層和三層復合涂層試樣的破壞模式均為劈裂破壞。

　　(3)隨著涂層層數的增加，試樣由推出破壞模式向劈裂破壞模式轉變，且出現劈裂破壞時的黏結強度降低。

　　3 結論

　　本試驗研究了以 ZnAl15、Al、AlMg5 金屬涂層為底層、環氧封閉底漆為中間層、丙烯酸面漆為表層的單層、雙層和三層復合防腐涂層鋼筋-混凝土黏結性能，得到了其對應的位移-應力(s-τ)曲線、黏結強度 τc 和破壞特征，主要結論如下：

　　(1)對于單一金屬涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現為塑性特點;對于雙層、三層復合涂層及無涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現為脆性特點。

　　(2)黏結強度 τc 從大到小依次排列為 b2>b1>d1>c1>a> c2>d2>b>c>d;雙層復合涂層提高了試樣鋼筋-混凝土的黏結強度 τ(c 相對于無涂層)，單層金屬涂層顯著降低了 τc;三層復合涂層對 τc 的影響既有提高亦有降低;ZnAl15+環氧封閉底漆+丙烯酸聚氨酯面漆的 τc 最大，相對于無涂層提高了 8.1%，單一 AlMg5 金屬涂層的 τc 最小，相對于無涂層的降低了 45.3%。

　　(3)涂層鋼筋混凝土的破壞模式主要是：劈裂破壞和推出破壞;黏結強度 τc=8 MPa 是試樣破壞模式發生變化的一個臨界值;隨著涂層層數的增加，試樣由推出破壞模式向劈裂破壞模式轉變，且出現劈裂破壞時的黏結強度降低。——論文作者：李 兵 1 ，張連英 1 ，安云岐 2 ，晁 兵 2 ，李 雁 1 ，朱 炯 1 ，仇培濤 1 ，馬 超 1 ，李承宇 2 ，楊甜甜 1

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