环氧树脂涂层钢筋在水闸工程中的应用

娄二召，陈晓华，吴春晖，林道通

（宁海县水利局，浙江 宁海 315600）

1 问题的提出

钢筋混凝土材料广泛应用于水利工程中，但各种环境因素对钢筋混凝土结构耐久性的影响，造成了巨大的经济损失和社会影响[1-2]。在钢筋混凝土结构中，钢筋主要承受外力作用下产生的拉力，钢筋锈蚀破坏是导致混凝土结构耐久性能减弱的重要因素。引起钢筋锈蚀的因素主要包括碳化作用和氯离子的侵蚀[3]。在沿海工程中，由于海水中氯离子含量较高，钢筋混凝土遭受腐蚀的现象尤其严重，随着腐蚀的加剧最终导致混凝土结构的破环，极大地缩短了工程的使用年限，限制其效益的充分发挥。

在混凝土中，钢筋常由于高碱性环境在表面形成了一层钝化膜，保护钢筋免受腐蚀作用。在沿海工程中，氯离子的侵蚀是引起钢筋锈蚀的最重要原因。环境中氯离子的侵蚀和积聚会导致混凝土内碱性降低，进而逐渐破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生锈蚀[4-6]。钢筋锈蚀过程中，会产生膨胀性产物，从而导致混凝土表面开裂和保护层剥落，保护层的破坏，会进一步加剧钢筋的锈蚀[7]。

目前，在钢筋表面涂一层环氧树脂薄膜是一种常用且重要的防止钢筋锈蚀的方法。将环氧树脂喷涂于经过预先处理和加热的钢筋表面，冷却固化后在钢筋表面形成致密连续惰性保护层，达到隔离钢筋表面防止氯离子渗透腐蚀的效果。

2 工程概况

胡陈港水闸工程（包括胡陈港老闸）位于宁海三门湾，为典型的半封闭海湾，属浙江沿海强潮区之一。本工程外海侧海水氯化物含量为354.50 mg/L，所处环境属Ⅲ-C、Ⅲ-D海洋氯化物环境，涨潮和落潮的高差6 ～ 8 m，水位变动进一步加剧海水对混凝土和钢筋的腐蚀作用。根据工程地质勘探所取潜水水样的水质分析结果，潜水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替下具有弱腐蚀性、长期浸水具微腐蚀性。同时由于场地地下水水位埋深较浅，地下水位变化幅度较大，地下水位以上土层受毛细作用及雨水渗透影响，与地下水联系密切，故场地浅层土对建筑材料的腐蚀性评价视同地下水对建筑材料的腐蚀性评价。

基于工程所处环境，对本工程混凝土耐久性进行设计。配筋混凝土耐久性基本要求是混凝土强度等级达到C40以上，同时需控制水胶比及氯离子含量。对可能受到氯盐侵蚀的配筋混凝土表面和部位，浸涂防腐材料，并在混凝土中加入阻锈剂，其受力钢筋采用环氧树脂涂层带肋钢筋。

3 胡陈港老闸腐蚀问题

水闸启闭房的启闭大梁、启闭层楼板及板下梁、立柱、检修层板桥等构件，均出现不同程度的裂缝、钢筋外露及碳化现象。其中启闭机室楼板暴露于外海侧部分腐蚀破坏较严重，检修层板桥表面裂缝较多，检修桥底梁混凝土剥落、钢筋裸露锈蚀。部分胸墙上有混凝土剥落和钢筋外露现象（见图1）。下游立柱剥蚀严重、有骨料外露并出现裂缝。

水闸所有闸墩的下游端头处在水位以上部分混凝土有明显的竖向长裂缝，水面以下部分，混凝土表面冲蚀也较为严重。

水闸采用的是钢筋混凝土板梁式平面闸门，闸门在常水位以下部分冲蚀均较为严重，闸门板间梁混凝土剥落、钢筋裸露锈蚀（见图2）。闸槽的混凝土表面剥落、受海水侵蚀现象严重。

图1 胸墙上混凝土剥落和钢筋锈蚀图

图2 闸门混凝土剥落和钢筋锈蚀图

在沿海环境下，由于海水的冲蚀，海水和水蒸汽中的氯离子的侵蚀以及碳化作用，水闸各部分结构钢筋混凝土都受到了腐蚀作用，混凝土剥落，钢筋裸露锈蚀，极大地降低混凝土结构的耐久性。进一步说明在沿海工程中采取措施防止钢筋锈蚀的重要性，因此在新闸设计建造中采用环氧树脂涂层带肋钢筋。

4 环氧树脂涂层钢筋的施工

与普通钢筋相比，环氧树脂涂层钢筋在施工过程中增加了很多工艺要求。

（1）环氧树脂涂层钢筋的采购和贮存。本工程中涂层钢筋通过工厂加工，经第三方检测单位对涂层厚度、连续性、可弯性和附着性检验合格后，运输至施工现场。需根据工程具体进度安排，采购涂层钢筋，减少涂层钢筋在施工现场的贮存时间，进而减少涂层的损伤和老化。涂层钢筋贮存时，钢筋和地面及不同的钢筋捆之间均需要用木条隔开，避免相互摩擦引起钢筋涂层的损坏，保留采购时包裹在钢筋表面的黑色塑料布，避免紫外线和沿海空气中氯离子造成涂层的老化。

（2）环氧树脂涂层钢筋的吊运和搬运。在吊运时采用高强度的尼龙带，根据钢筋的长度增加吊点数，防止钢筋吊运时出现较大的下垂变形，同时不宜采用钢丝绳吊装，因钢丝绳和涂层间在大的挤压力和摩擦力作用下，会导致涂层的损伤。在钢筋搬运时严禁拖、拉、抛、拽，避免对涂层的破坏[8]。

（3）环氧树脂涂层钢筋的弯曲加工。在钢筋弯曲机平台面上铺设毛垫层，根据支撑销轴、中心销轴和压弯销轴的尺寸，定制高强度的尼龙套筒，若钢筋直接和其他金属接触，涂层容易破损。在钢筋弯曲机一侧根据钢筋的长度搭设支撑架，避免钢筋弯曲下垂至地面，架子与钢筋接触部分需包裹毛垫层。

（4）环氧树脂涂层钢筋的绑扎。通过试验研究，在同等条件下，环氧涂层钢筋与混凝土的粘结强度，和无环氧涂层的钢筋相比降低10% ～ 20%[9]。根据JG/T 502 — 2016《环氧树脂涂层钢筋》等相关规范文件规定，在同等条件下，计算中取环氧树脂涂层钢筋的粘结强度为无环氧涂层钢筋的80%，为保证环氧涂层钢筋和混凝土之间的良好的粘结性能，环氧涂层钢筋锚固长度不小于无环氧涂层钢筋锚固长度的1.25倍。本工程中环氧涂层钢筋锚固长度取普通钢筋设计锚固长度的1.25倍，受拉钢筋绑扎长度为1.50倍。工程中钢筋的连接采用厂家提供的专用包胶铝丝绑扎搭接，利用“X”型绑扎十字交叉的钢筋，提高结构的牢固性[10-11]。钢筋结构的定位必须采用环氧钢筋。在钢筋的绑扎和定位完成后，为防止对涂层造成破坏，不宜直接在钢筋表面行走，如确实需要，必须采取钢筋表面铺设木板或者穿着软底鞋等措施，防止对涂层造成破坏。

（5）涂层的修补。对于较大直径的钢筋在弯曲加工过程中，即使采用尼龙套筒，由于较大的压力和摩擦力，仍会对使涂层损伤，需除去铁锈，用厂家配套的修补液进行修补。钢筋切割后的头部也必须涂修补液。在混凝土浇筑前的验仓过程中，需要进行全面细致地检查，保证所有钢筋环氧涂层的完整性。

5 环氧树脂涂层钢筋的经济效益

环氧树脂涂层钢筋需要对普通钢筋进行喷砂除锈、加热、电离喷射、固化冷却等各道工序的处理，才能在钢筋表面形成1层0.15 ～ 0.30 mm的环氧树脂保护层[12]。环氧树脂和这些加工的工序都增加了环氧树脂涂层钢筋的成本，该工程中采用的环氧树脂涂层钢筋的价格约为普通钢筋的2倍。同时为保证环氧涂层的质量，需要第三方检测单位对对环氧树脂涂层进行厚度、连续性、可弯性和附着性检测，涂层不得有孔洞及损坏。

与普通钢筋相比，环氧树脂涂层钢筋的施工相对复杂，为避免环氧涂层损坏，在吊运时采用高强度的尼龙带，贮存采用不透光的黑色塑料布，加工弯曲时需要为钢筋弯曲机的中心销轴和弯曲销轴定制专门的高强度尼龙套筒，涂层钢筋的锚固长度和绑扎搭接长度都要比普通钢筋长，涂层钢筋切割的头部和损伤的部位也必须用配套的修补液进行修补。这些都增加了环氧树脂图层钢筋的成本，本工程中环氧树脂涂层钢筋的制作安装费用约为普通钢筋的2倍。

环氧树脂涂层钢筋的使用在一定程度上增加了工程的建设费用，但是该工程中环氧树脂涂层钢筋的制作安装费用只占工程总投资的5%，环氧树脂涂层却可以有效防止钢筋锈蚀，提高混凝土结构的耐久性，极大地延长结构的使用年限，减少由于维修加固所产生的费用。因此总的分析，采用环氧树脂钢筋具有巨大的经济效益和社会效益。

6 结 语

在沿海环境下，由于海水的冲蚀，海水和空气中氯离子的侵蚀以及碳化作用下，胡陈港老闸各部分结构钢筋混凝土都受到腐蚀作用，在新闸的设计建设过程中必须充分考虑防腐措施。

在环氧钢筋的施工过程中，采购、贮存、吊运、搬运、连接、定位和修补等工序必须严格按照施工工艺和相关规范要求进行，才能充分发挥环氧涂层对钢筋的保护作用，有效提高结构的耐久性。

采用环氧树脂涂层钢筋会增加工程的投资建设费用，但环氧树脂涂层可以有效防止钢筋锈蚀，提高混凝土结构的耐久性，极大地延长工程结构的使用年限，具有巨大社会效益及可观的经济效益。

参考文献：

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