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两种新型防腐钢筋在混凝土结构中的应用
发布时间:2015-06-26        浏览次数:251        返回列表
[br]  1摘要介绍环氧树脂涂层钢筋和纤维塑料筋的材料及结构性能以及国内外的最新研宄成果。[br]  近几十年来,国外对耐久性问的研究很重视,经济发达国家的工程建设目前正处于旧建筑物的维修改造阶段,许多结构因耐久性不足而失效,或为继续正常使用而付出了高昂的代价,如现在美国每4座钢筋混凝土公路桥梁中就有1座因钢筋锈蚀而严重损坏,年维修费需亿多美元,据有关资料披露,美国每年这样的损失就高达数百亿美元,这些使他们认识到耐久性问的重要性和迫切性。我国目前尚无精确资料,但据有关专家估计,每年因钢筋锈蚀造成的损失不少于上百亿元人民币。因钢筋锈蚀会发生锈胀,会使混凝土保护层脱落,严重的产生纵向裂缝,影响正常使用;钢筋锈蚀还会导致钢筋有效截面减小,破坏钢筋和混凝土的粘结,使结构承载力降低,甚至导致结构破坏,因此钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土耐久性最重要的因素。为解决钢筋混凝土中的钢筋锈蚀问,建筑界自6,年代开始致力于寻求各种保护钢筋混凝土结构免受腐蚀的办法这些办法主要有0防水薄膜;阴极保护;③加热镀锌法④加大混凝土保护层厚度⑤在混凝土中掺加阻锈剂⑥开发新型纤维塑料筋⑦开发新型涂层钢筋等。经长期的分析研宄,认为环氧树脂涂层筋和纤维塑料筋无论从防腐性能经济性施工性还是从生产工艺来说都是最实用的。[br]  1973年加拿大加尔盖利市的1座公路桥最先使用纤维塑料筋,目前仅在日本,应用纤维塑料筋作为配筋材料的工程结构就超过了500个。环氧树脂涂层筋也是于1973年首次在美国宾西法尼亚州的1座桥面板上使用,1976年进入建筑市场。近年来,美国环氧树脂涂层筋的用量,在桥梁方面占钢筋总用量的7080,其他结构方面占钢筋总用量的67.我国在90年代中期几乎同时开始了纤维塑料筋和环氧树脂涂层筋的引进及应用研究,中国建科院河海大学同济大学等科研院所大专院校在这方面做了大量工作,并取得了较多成果。目前国内已有几个厂家生产玻璃纤维塑料筋,而环氧树脂涂层钢筋只有广东海丰的香港宏利钢材加工厂生产。在香港宏利工业有限公司的支持下,广西工学院也于1997年开始了以上领域的研究,承担了广西教育厅的科研项目,对环氧树脂涂层光面钢筋的粘结锚固问作了研宄。[br]  1纤维塑料筋在混凝土结构中的应用1.1纤维塑料筋的力学性能及特点纤维塑料筋是由多股连续纤维如玻璃纤维碳纤维及阿拉米德纤维等采用基底材料聚酰胺树脂聚乙烯树脂环氧树脂等胶合后,经过特制成分不同,其力学性能差别很大,相应的纤维塑料筋也现出差别很大的物理力学性质。常的纤纤维筋类型密度弹性模量抗拉强度极限强度普通钢筋高强钢筋玻璃纤维碳纤维阿拉米德纤维抗拉强度高。常的3种纤维塑料筋的抗拉强度均明显超过了普通钢筋,与高强钢筋差不多,并且在达到纤维塑料筋的抗拉强度前,几乎没有塑性变形产生。[br]  密度小。纤维塑料筋的密度仅为普通钢筋的25左右。[br]  纤维塑料筋的热膨胀系数与混凝土相近,两者间不会产生大的温度应力。[br]  有高度的非匀质性和脆性,施加预应力比较危险;抗剪强度低,般不超过其抗拉强度的10,因此将纤维塑料筋作为预应力钢筋时需用专门的锚夹具。[br]  纤维塑料筋与混凝土的粘结锚固性能为增强纤维塑料筋与混凝土间的粘结能力,BroWnVL等学者采用了粘砂技术来生产纤维塑料螺纹筋,通过拔出试验明4,纤维塑料筋与混凝土间的粘结强度是普通钢筋与混凝土间粘合强度的70左右;私6等学者对4种具有不同面形状的玻璃纤维塑料筋在不同的径向约束条件下与混凝土间的粘结性能进行了试验研究,结果明,即便对面突纹较小的玻璃纤维塑料筋来说,它所能提供的与混凝土间的粘结强度也能满足美国混凝土结构设计规范的要求,另外,粘结强度会随横向约束的提高而有所增加,而且在同样的约束条件下,普通钢筋与混凝土之间的粘结强度比纤维塑料筋与混凝土之间的粘结强度要稍高些。当然,随着纤维塑料筋面变形和突纹的增大,纤维塑料筋与混凝土之间的粘结强度也会提高,研究资料明,通过有效地改变纤维塑料筋面变形和突纹,纤维塑料筋与混凝土之间出50以上。同济大学的薛伟辰博士建议!6,纤维塑料螺纹筋的粘结锚固长度要求可取用普通螺纹钢筋的粘结锚固长度要求;他的研宄成果还明,纤维塑料螺纹筋与预留孔道后灌水泥浆之间水泥浆之间的粘结强度,这为纤维塑料螺纹筋在后张有粘结预应力混凝土结构中的应用提供了有力的支持;纤维塑料光圆筋与混凝土以及预留孔道后灌水泥浆之间的粘结强度很低,因此纤维塑料筋经过粘砂处理对提高其粘结强度来说是必要灌环氧树脂之间的粘结强度较高。[br]  1.3纤维塑料筋普通混凝土及预应力混凝土梁70,因此纤维塑料筋构件的挠度大和裂缝开展较宽,这是纤维塑料筋的主要缺点之8,等学者的研宄结果明,纤维塑料筋混凝土梁的结构性能在很多方面类似于普通钢筋混凝土梁,但由于纤维塑料筋的弹性模量低,纤维塑料筋混凝土梁的挠度要比钢筋混凝土梁大3 4倍。此外,尽管纤维塑料筋不像钢筋那样具有明显的屈服点,但随着应变的不断增加,纤维产生磨损以及纤维塑料筋外面的肋发生断裂,这些都可能造成纤维塑料筋与混凝土之间的粘结滑移。薛伟辰博士对纤维塑料筋混凝土梁的设计提出了建议7,他认为纤维塑料筋混凝土梁的正截面设计可按普通混凝土梁正截面的设计方法进行,前提是必须合理确定纤维塑料筋的名义屈服强度,他还给出了纤维塑料筋名义屈服强度的建议值;纤维塑料筋混凝土梁的裂缝间距裂缝宽度和挠度的计算公式也与普通混凝土梁的计算公式相同。[br]  为充分利用纤维塑料筋的高强度,施加预应力是有效的方法。从目前国外对纤维塑料筋预应力混凝土梁的受力性能的研宄来看,这些梁都具有良好的短期承载性能,在加入适量的普通钢筋后,可明显改善梁的延性,其荷载位移曲线类似普通钢筋混凝土梁,为折线型。0,10添等人保持弹性,由于纤维塑料筋和混凝土都是脆性材料,所有纤维塑料预应力筋的破坏都是突然的,但由于挠度较大,故破坏前有明显的预兆;加入普通钢筋后可使纤维塑料筋预应力混凝土梁的挠度减少并能提高延性,与纤维塑料筋普通混凝土梁类似,纤维塑料筋预应力混凝土梁的跨中挠度裂缝宽度等均较钢丝束预应力混凝土梁偏大。薛伟辰博士通过试验认为有粘结预应力纤维塑料筋混凝土梁的有效预应力正截面抗裂度和正截面强度进行9.[br]  1.4纤维塑料筋预应力锚具由于纤维塑料筋的抗剪强度和抗挤压强度都很低,通常不超过其抗拉强度的其中玻璃纤维塑料筋的抗剪强度最低,碳纤维塑料筋的抗剪强度略高,阿拉米德纤维塑料筋最高,所以普通预应力钢筋的锚具不再适用,纤维塑料筋的预应力锚具需专门研制。现在国内已研制出些适用于纤维塑料筋的预应力锚具,如锲块型锚具树脂套管锚具锲型树脂锚具软金属涂层套管锚具等。[br]  2环氧树脂涂层钢筋在混凝土结构中的应用环氧树脂涂层钢筋的主要特点1环氧树脂涂层钢筋是在普通钢筋面制作层环氧树脂薄膜保护层的钢筋,涂层厚度般在0.150.3经国外的大量研究和多年的工程应用明,采用这种钢筋能有效地防止处于恶劣环境下的钢筋被腐蚀,从而大大提高工程结构的耐久性。涂层般采用环氧树脂粉末以静电喷涂方法制作。将普通钢筋面进行除锈打毛等处理后加热到230左右,再将带电的环氧树脂粉末喷射到钢筋面,由于粉末颗粒带有电荷,便吸附在钢筋面,并与其熔融结合,经过定养护固化后便形成层完整连续包裹住整个钢筋面的环氧树脂薄膜保护层。环氧树脂涂层不与酸碱等反应,具有极高的化学稳定性和延性大干缩小,与金属面具有极佳的粘着性,在钢筋面形成了阻隔钢筋与外界电流接触的功能,是化学电离子防腐屏障,被誉为钢筋防腐卫士。[br]  环氧树脂涂层钢筋的粘结锚固性能涂层钢筋由于面光滑,故与混凝土的粘结锚固性能减弱。国际标准组织130146541995工作草案及美国人31人775厘951规定,涂层钢筋与普通钢筋的相对粘结强度,1不低于85.日本使用环氧树脂涂层钢筋的钢筋混凝土结强度取普通钢筋的80.中国建筑科学研究院10左右,在最不利条件下降低不超过20,此处最不利条件指箍筋和混凝土保护层厚度的影响,对外形相同的月牙纹钢筋而言,涂层钢筋的锚固长度应比无涂层钢筋增加25左右。东南大学锚固长度的增大系数取1.35;有构造要求的箍筋,环氧树脂钢筋锚固长度的增大系数取1.20.[br]  针对环氧涂层光圆钢筋的粘结锚固问我们做了大量的试验14,认为我国的365体育备用网址标准中关于环氧涂层钢筋的粘结锚固长度的规定是针对带肋钢筋而言的,不能适用于环氧涂层光圆钢筋。根据试验结果建议,环氧涂层光圆无钩钢筋与混凝土之间的粘结强度应取无涂层钢筋粘结强度的50,涂层钢筋的锚固长度应取不小于有关设计规范规定的相同等级和规格的无涂层钢筋锚固长度的1.25倍,光圆钢筋采取机械锚固措施后锚固强度基本不成问,可按普通钢筋的有关规定执行。[br]  环氧树脂混凝土梁的受力性能及设计方法薛伟辰博士提出了环氧树脂混凝土梁的设计建议为15环氧树脂混凝土梁的正截面设计可按普通钢筋混凝土梁的设计方法进行;环氧树脂混凝土梁在使用荷载下的裂缝间距和最大裂缝宽度1.其他符号的意义水工混凝土结构设计规范;环氧树脂混凝土梁的挠度计算可按普通钢筋混凝土梁的挠度计算方法进行。[br]  中国建筑科学研究院的聂永明所做实验结果显,配涂层钢筋的构件其受弯承载能力与普通钢筋构件基本致;在包括搭接钢筋之间相对滑移对刚度的影响时,配涂层钢筋的构件刚度比普通钢筋构件降低。3,如果除去搭接钢筋之间相对滑移的影响,则刚度降低不明显;配涂层钢筋的构件开裂荷载提高了6.6,平均裂缝间距增加了10.8.他建议配涂层钢筋的构件的开裂荷载裂缝间距裂缝宽度仍可采用目前规范方法计算,在设计中应按规范要求配置必要的箍筋。[br]  3结论上述2种防腐钢筋用于混凝土结构中对提高结构耐久性的作用是显而易的,它们在国外已有较长时间的应用实践,并取得了较好的效果,因此有充分的理由相信它们在国内的应用前景是非常广阔的。从2种防腐钢筋目前在国内的研究应用进展来看,环氧涂层钢筋已有365体育备用网址标准,国内也有生产厂家,在国内的些重点工程如北京西客宜得多,因此可以说它是目,国内最好的防腐钢筋;而纤维塑料筋的原材料还需要进口,应用研宄还需进步深入,国内还没有相应的365体育备用网址标准。[br]  张鹏,黄任常,史志华。关于365体育备用网址标准环氧树脂涂层钢筋1.广西工学院学报,1997,3薛伟辰,康清梁。纤维塑料筋在混凝土结构中的应薛伟辰,康清梁。纤维塑料筋粘结锚固性能的试验研宄。工业建筑,199912.[br]  薛伟辰,康清梁。纤维塑料筋混凝土梁受力性能的试验研宄。工业建筑,1999,12.[br]  薛伟辰。有粘结预应力纤维塑料筋混凝土梁的试验杨万里,吴小蓉。环氧树脂涂层钢筋的技术原理发展过程及国内外应用情况。水运工程,1999,王汝凯。使用环氧树脂涂层钢筋是提高高桩码头使用寿命的有效措施。水运工程,1999,8徐有邻,刘立新等。环氧树脂涂层钢筋锚固性能及许清风,蒋永生。影响环氧涂层钢筋粘结锚固性能张鹏,张俊等。环氧树脂光面钢筋粘结性能的试验研宄。工程力学增刊,1999.[br]  薛伟辰。环氧树脂钢筋混凝土梁受力性能研宄1.工业建筑,1999,12.[br]  聂永明。环氧树脂涂层钢筋搭接长度及梁受弯性能试验研宄1.水运工程,1999,82532.[br]  站等己被大量采用,它的价格比纤维塑料筋也便[br]