预应力锚固工程用阻锈剂研究

■ 魏曌　李海燕　马华　刘子科



预应力锚固工程用阻锈剂研究

■ 魏曌李海燕马华刘子科

摘 要：针对预应力锚固工程锈蚀情况，制备出多种复合钢筋阻锈剂。进行阻锈剂在盐水溶液中的防锈性能试验、对不同水泥标准稠度用水量及凝结时间的影响试验和对流动度的影响试验，并对试验结果进行分析，得出合成氨基醇类阻锈剂G具有良好的阻锈性能，对碳钢阻锈性能略优于国外产品，且成本较低等结论。

关键词：预应力锚固工程；阻锈剂；防锈性能；水泥标准稠度用水量；凝结时间；流动度

1　概述

预应力锚固方法在公路、市政、铁路的岩土及边坡工程中广泛运用，属于轻型支挡措施，结构美观，植被容易恢复。土层锚杆（索）规范及边坡规范对其防腐有详细规定，但按规范执行成本很高，且地下隐蔽工程难以监控。目前，世界各国都没有相应的检测措施。1992年，国际锚固协会Littlejohn对35个锚固工程锈蚀情况进行调查，按传统工艺实施的工程，普遍在2个月～2年内开始腐蚀，在高应力状态下腐蚀速度更快。梅山水电站坝基加固锚索采用层层防护，一般工程无法比拟。经监测，4～6年间有3根锚索发生断裂。

美国PTI建议地锚分为1级（防腐蚀）和2级（非防腐蚀）。1级使用波纹管及环氧树脂等材料保护，并建议水坝及重点铁路工程应使用树脂包裹钢筋及灌树脂浆，目前这种防腐措施在国内实施不现实。由于防腐问题没有很好解决，目前高速铁路工程多采用普通抗滑桩（比锚索桩造价高很多）、挡墙等造价高、影响景观的刚性加固措施。如果能够解决防腐问题，在水电、高速铁路及一般工程的永久加固方面可采用轻型易覆绿的锚固工程措施。

锚固工程存在的难以解决的腐蚀问题：一是目前绝大部分锚索工程为拉力型，在自由段与锚固段交界处应力集中，灌浆体易出现拉裂缝，水汽容易直接接触锚固材料；二是地锚工程孔容易塌孔，导致灌浆体不饱满，达不到保护层厚度；三是因灌浆材料非工厂化，施工方普遍增大水灰比，导致干缩开裂严重。

目前，国内外已研究开发的钢材锈蚀防护措施有修补法、钢筋涂（镀）层、阴极保护法、钢筋阻锈剂等。由于锚固工程张拉变形量很大，目前涂层法基本不可行。钢筋阻锈剂特有的经济性和实用性，得到工程界的普遍认可，如果能在水泥浆中掺入阻锈剂进行防腐，则取到事半功倍的效果，其应用前景广阔。

目前，通过复配和合成已制备出多种阻锈剂，各阻锈剂成分见表1。

表1　各阻锈剂成分

通过在盐水溶液中的防锈性能试验，筛选出阻锈性能好的阻锈剂，再通过净浆工作性能试验，评价该阻锈剂是否适用于锚固工程。

2　试验方案

试验现场见图1。

图1　试验现场

2.1在盐水溶液中的防锈性能试验

腐蚀产物分析法中最为经典和直接的方法是挂片法，是其他测试研究的基础，主要是建立在阻锈剂的吸附缓蚀作用，引起腐蚀体系中腐蚀金属宏观物性的改变。试样在腐蚀介质中达到一定时间，观察其外观变化以确定腐蚀速率大小。

试样制备和试验方法参照JGJ/T 192—2009《钢筋阻锈剂应用技术规程》中附录A.1。

2.2对不同水泥标准稠度用水量及凝结时间的影响试验为考察不同掺量阻锈剂对水泥物理性能的影响，参照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，分别测试了0‰、1‰、3‰三种掺量的阻锈剂，观察其对PⅡ42.5、P·O42.5、PⅡ52.5、SAC42.5四种水泥标准稠度用水量、初终凝时间和安定性的影响。

2.3对流动度的影响试验

聚羧酸减水剂作为第三代超塑化剂诞生，其减水率更高，坍落度损失保持好，已在工程中大量使用。为满足工程实际需要，考察阻锈剂在掺入时与减水剂的适应性能，分别测试了0‰、1‰、3‰三种掺量的阻锈剂，观察其对三种市售减水剂净浆流动度的影响。

采用300 g基准水泥和87 g水，用水泥净浆搅拌机搅拌，测试其扩展度。

3　结果与分析

3.1盐水溶液中的防锈性能试验

试样在NaCl溶液中浸泡半年，表面形貌见图2。可以看出，不添加钢筋阻锈剂的试样表面呈一层均匀浮锈，并且瓶底清晰可见试样被锈蚀后的锈迹，同时试液浑浊，锈末漂浮其中。在添加钢筋阻锈剂A、B、C、D、E、F、G、H的溶液中浸泡半年的试样见图3—图10。

图2　试样在NaCl溶液中浸泡半年的表面形貌

图3　在添加阻锈剂A溶液中的试样

图4　在添加阻锈剂B溶液中的试样

添加钢筋阻锈剂G后的溶液仍清澈，溶液内及试样表面未见腐蚀，而在添加其他阻锈剂的溶液中，试样都有不同程度的锈蚀，通过视频显微镜观察表面腐蚀形貌并照相，试样表面呈现粗糙的凸凹不平结构，说明腐蚀非常严重。而在添加阻锈剂G溶液中的试样，表面形貌非常平整，说明阻锈剂G对碳钢起到保护作用。仔细观察发现，加工划痕清晰且完整，表明碳钢表面没有受到破坏，说明阻锈剂G对金属表面起到保护作用。

图5　在添加阻锈剂C溶液中的试样

图6　在添加阻锈剂D溶液中的试样

图7　在添加阻锈剂E溶液中的试样

图8　在添加阻锈剂F溶液中的试样

图9　在添加阻锈剂G溶液中的试样

图10　在添加阻锈剂H溶液中的试样

图11　碳钢试片表面形貌比较

阻锈剂G和阻锈剂H在碳钢表面形成了一层致密的保护膜，碳钢试片表面形貌比较见图11。阻锈剂H是意大利TECNOCHEM化学公司的品牌，阻锈剂G是课题组针对预应力锚固工程自行研发的阻锈剂，在阻锈效果相同时，阻锈剂G的成本不到阻锈剂H的一半，阻锈剂G用于预应力锚固工程具有广阔前景。

3.2对不同水泥标准稠度用水量及凝结时间的影响试验

不同掺量阻锈剂对水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性影响见表2。可以看出，随阻锈剂掺量的增加，水泥的标准稠度用水量逐渐降低，但降低幅度不大。降低幅度最大的是PⅡ52.5水泥，从27.3%降到23.6%；降低幅度最小的是PⅡ42.5水泥，降低幅度为2.4%。说明阻锈剂G有一定减水作用，对安定性无影响。

3.3阻锈剂对流动度的影响试验

阻锈剂、减水剂参量对净浆流动度的影响见表3。通过添加0‰、1‰、3‰三种掺量的阻锈剂，对三种减水剂净浆流动度进行测试。测试结果表明，添加阻锈剂后减水剂的减水分散作用没有减弱；在30 min和60 min扩展度保持上，添加阻锈剂后流动度保持更好。通过阻锈剂对水泥标准稠度用水量及凝结时间的测试可以看出，阻锈剂本身掺入水泥后对水泥起到一定缓凝减水作用，与聚羧酸减水剂复合后，使减水剂保持效果更好，起到加成效果。

表2　不同掺量阻锈剂对水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性的影响

表3　阻锈剂、减水剂参量对净浆流动度的影响

4　结论

（1）合成氨基醇类阻锈剂G具有良好的阻锈性能，对碳钢阻锈性能略优于国外产品，且成本较低。

（2）阻锈剂G能与多种水泥及外加剂兼容。复配氨基醇类阻锈剂的外加剂具有减水和阻锈功能，对工程常用水泥无影响，并可降低标准稠度用水量，改善流动度。

5　参考文献

[1] 宋开伟，黄波，纪宪坤. 钢筋锈蚀与钢筋阻锈剂[J].山西建筑，2009，35(10)：143-145.

[2] 李伟. 钢筋阻锈剂的防腐机理及相关规范[J]. 有色矿山，2000，29(4)：49-50.

[3] 张小冬，周庆，陈烈. 钢筋阻锈剂的应用发展概况[J].施工技术，2004，33(6)：52-53.

[4] 杨水彬，彭英. 钢筋阻锈剂阻锈效果的评价[J]. 腐蚀与防护，2005，26(2)：60-66.

魏 曌：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，副研究员，北京，100081

李海燕：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，研究员，北京，100081

马 华：中国铁道科学研究院深圳研究设计院，副研究员，广东 深圳，518034

刘子科：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，助理研究员，北京，100081

责任编辑 苑晓蒙

中图分类号：TU528.04

文献标识码：A

文章编号：1672-061X（2016）02-0012-04