复合防腐涂层钢筋-混凝土黏结性能试验研究

发布时间：2022-03-17所属分类：工程师职称论文浏览：1次

摘 要： 摘 要： 基于 ZnAl15、Al、AlMg5 热喷涂金属涂层为底层、环氧封闭底漆为中间层和丙烯酸面漆为表层的单层、双层和三层复合防腐涂层钢筋与混凝土黏结性能推出试验研究，得到了其对应的位移-应力曲线、黏结强度和破坏特征，结果表明：黏结强度从大到小依次排列为 b2b1d1c1

　　摘 要： 基于 ZnAl15、Al、AlMg5 热喷涂金属涂层为底层、环氧封闭底漆为中间层和丙烯酸面漆为表层的单层、双层和三层复合防腐涂层钢筋与混凝土黏结性能推出试验研究，得到了其对应的位移-应力曲线、黏结强度和破坏特征，结果表明：黏结强度从大到小依次排列为 b2>b1>d1>c1>a>c2>d2>b>c>d;ZnAl15+ 环氧封闭底漆 + 丙烯酸聚氨酯面漆的黏结强度最大，相对于无涂层提高了 8.1%;黏结强度 =8 MPa 是试样破坏模式发生变化的一个临界值。

　　关键词： 工程防腐;金属涂层;复合涂层;钢筋混凝土;黏结性能

　　0 引言

　　在沿海地区、盐碱地区及部分地下区域，混凝土中的钢筋容易发生锈蚀，导致钢筋与混凝土黏结性能退化，从而降低结构的安全稳定性，也造成了一定的经济损失[1-4]。添加阻锈剂、提高混凝土强度等级、增加保护层厚度等方法有效地阻止或减缓了混凝土中的钢筋锈蚀，然而混凝土开裂问题日益突出[5-7]。经过多年科学研究和工程实践发现，在钢材表面涂装防腐涂层是有效、简便和经济的方法，如喷涂金属涂层、环氧树脂涂层、丙烯酸面漆涂层等[8-11]。

　　随着港珠澳大桥、胶州湾大桥、杭州湾大桥等大型海洋建筑结构的出现，人们对沿海地区结构的抗腐蚀性提出了更高的要求，为此，复合防腐涂层及工艺应用而生，且受到广泛关注[12-17]。那么涂层后的钢筋与混凝土的黏结性如何，能不能满足工程的需求等问题亟待研究。

　　本试验以热喷涂金属涂层为底层，非金属涂层为外层的单层、双层和三层复合防腐涂层的钢筋-混凝土黏结性能进行试验研究，为工程应用提供一定的参考。

　　1 试验

　　(1)试验方法：依据建筑工业行业标准 JG/T 502—2016 中的涂层钢筋与混凝土相对黏结强度的检验方法，采用推出法对涂层钢筋混凝土黏结性能进行测试。

　　(2)试验方案：热喷涂金属涂层为 ZnAl15(Al 占15%)、 Al、AlMg5(Mg 占 5%)，非金属涂层为环氧封闭底漆和丙烯酸面漆，涂层层数分为单层、双层和三层，试样编号及数量如表 1 所示。本试验采用 准20 mm Q235 螺纹钢筋，混凝土设计强度为 C40，经试验测得养护后的混凝土试样(150 mm× 150 mm×150 mm)的抗压强度为 40.6 MPa。

　　(3)试验设备：本试验采用的装置为土木工程学院结构试验室的长春科新微机控制电液伺服压力试验机，加载速度为 12 kN/min。

　　(1)对于单一金属涂层，其 s-τ 曲线变化形状相似，表现为塑性特点，如图 1(a)中的 b、图 1(b)中的 c 和图 1(c)中的 d：峰值区域较大，没有出现明显的峰突现象;峰前，曲线分为 3 个阶段：线性快速增长段，线性慢速增长段和非线性减速增长段;峰后，黏结应力随着位移的增大而缓慢降低;初始下降阶段，曲线与峰前曲线关于黏结强度轴(黏结强度值处与 τ 轴平行的轴)近似对称;之后，强度下降的同时，位移发生大幅度增大，此时钢筋与混凝土之间发生大幅度的滑移。

　　(2)对于双层复合涂层、三层复合涂层和无涂层，其 s-τ 曲线变化形状相似，表现为脆性特点：存在明显的峰突现象;峰前，曲线分为 4 个阶段：线性快速增长段，线性慢速增长段，线性快速增长段和非线性减速增长段;峰后，曲线出现断崖式下降现象。

　　(3)随着涂层的层数增加，s-τ 曲线从塑性特点向脆性特定转变，黏结刚度和黏结强度增大。

　　2.2 黏结强度

　　表 2 为不同防腐涂层下钢筋混凝土黏结强度 τc 及破坏模式，其中“劈裂破坏”为“劈裂推出破坏”的简称，文中其他处类似;对其进行分析可得：

　　(1)以 ZnAl15 为底层的 τc 从大到小依次排列为 b2>b1> a>b，如表 2 所示;以 Al 为底层的 τc 从大到小依次排列为 c1>a>c2>c，如表 2所示;以 AlMg5为底层的 τc从大到小依次排列为 d1>a>d2>d，如表 2所示;对于所有试验涂层，τc从大到小依次排列为b2>b1>d1>c1>a>c2>d2>b>c>d，如表2示。

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　　(2)对于单一涂层，τc 从大到小排序为 a>b>c>d，即， ZnAl15 最大，MgAl5 最小，且均小于无涂层的;对于双层复合涂层，τc 从大到小排序为 b1>d1>c1>a，即，ZnAl15+环氧封闭底漆最大，Al+环氧封闭底漆最小，且均大于无涂层的;对于三层复合涂层：τc 从大到小排序为 b2>a>c2>d2，即，ZnAl15+ 环氧封闭底漆+丙烯酸聚氨酯面漆最大，MgAl5+环氧封闭底漆+丙烯酸聚氨酯面漆最小，只有 b2 大于无涂层，其他小于无涂层。

　　(3)双层复合涂层提高了试样钢筋-混凝土的黏结强度 τ(c 相对于无涂层)，其中 b1 提高了 7.6%，c1 提高了0.2%， d1 提高了 4.5%;单层涂层显著降低了 τc，b 降低了 11.1%，c 降低了 29.8%，d 降低了 45.3%;对于三层复合涂层，b2 提高了 τc，提高了 8.1%，为所有涂层中提高效果最明显的，c2 和 d2 均降低了 τc，分别为 1.6%和 5.4%。

　　2.3 破坏形态

　　通过试验发现，涂层钢筋混凝土的破坏模式主要有两种：劈裂破坏模式和推出破坏模式。劈裂破坏形态特征：钢筋被推出，且混凝土试块产生裂纹和破坏，如图 2 所示;推出破坏形态特征：钢筋被推出，混凝土试块没有产生裂纹和破坏，如图 3 所示。通过对所有试样的破坏模式进行统计和分类(表 2)，绘制出了复合涂层钢筋-混凝土的破坏模式统计图，如图 4 所示，对其分析可得：

　　(1)黏结强度 τc=8 MPa 是试样破坏模式发生变化的一个临界值：当 τc<8 MPa 时，试样的破坏模式为推出破坏;当 τc>8 MPa 时，试样的破坏模式为劈裂破坏。该临界值附近存在一定的干涉区域，如图 4 中的阴影区域，当试样的黏结强度落入该区域内，试样破坏模式可能是推出破坏，也可能是劈裂破坏。

　　(2)无涂层试样的破坏模式均为劈裂破坏;单一涂层试样的破坏模式绝大部分为推出破坏，个别为劈裂破坏;双层和三层复合涂层试样的破坏模式均为劈裂破坏。

　　(3)随着涂层层数的增加，试样由推出破坏模式向劈裂破坏模式转变，且出现劈裂破坏时的黏结强度降低。

　　3 结论

　　本试验研究了以 ZnAl15、Al、AlMg5 金属涂层为底层、环氧封闭底漆为中间层、丙烯酸面漆为表层的单层、双层和三层复合防腐涂层钢筋-混凝土黏结性能，得到了其对应的位移-应力(s-τ)曲线、黏结强度 τc 和破坏特征，主要结论如下：

　　(1)对于单一金属涂层，其 s-τ 曲线变化形状相似，表现为塑性特点;对于双层、三层复合涂层及无涂层，其 s-τ 曲线变化形状相似，表现为脆性特点。

　　(2)黏结强度 τc 从大到小依次排列为 b2>b1>d1>c1>a> c2>d2>b>c>d;双层复合涂层提高了试样钢筋-混凝土的黏结强度 τ(c 相对于无涂层)，单层金属涂层显著降低了 τc;三层复合涂层对 τc 的影响既有提高亦有降低;ZnAl15+环氧封闭底漆+丙烯酸聚氨酯面漆的 τc 最大，相对于无涂层提高了 8.1%，单一 AlMg5 金属涂层的 τc 最小，相对于无涂层的降低了 45.3%。

　　(3)涂层钢筋混凝土的破坏模式主要是：劈裂破坏和推出破坏;黏结强度 τc=8 MPa 是试样破坏模式发生变化的一个临界值;随着涂层层数的增加，试样由推出破坏模式向劈裂破坏模式转变，且出现劈裂破坏时的黏结强度降低。——论文作者：李 兵 1 ，张连英 1 ，安云岐 2 ，晁 兵 2 ，李 雁 1 ，朱 炯 1 ，仇培涛 1 ，马 超 1 ，李承宇 2 ，杨甜甜 1

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