發(fā)布時(shí)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(huán)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(fù)合防腐涂層鋼筋與混凝土黏結(jié)性能推出試驗(yàn)研究，得到了其對(duì)應(yīng)的位移-應(yīng)力曲線、黏結(jié)強(qiáng)度和破壞特征，結(jié)果表明：黏結(jié)強(qiáng)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(huán)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(fù)合防腐涂層鋼筋與混凝土黏結(jié)性能推出試驗(yàn)研究，得到了其對(duì)應(yīng)的位移-應(yīng)力曲線、黏結(jié)強(qiáng)度和破壞特征，結(jié)果表明：黏結(jié)強(qiáng)度從大到小依次排列為 b2>b1>d1>c1>a>c2>d2>b>c>d;ZnAl15+ 環(huán)氧封閉底漆 + 丙烯酸聚氨酯面漆的黏結(jié)強(qiáng)度最大，相對(duì)于無(wú)涂層提高了 8.1%;黏結(jié)強(qiáng)度 =8 MPa 是試樣破壞模式發(fā)生變化的一個(gè)臨界值。
關(guān)鍵詞： 工程防腐;金屬涂層;復(fù)合涂層;鋼筋混凝土;黏結(jié)性能
0 引言
在沿海地區(qū)、鹽堿地區(qū)及部分地下區(qū)域，混凝土中的鋼筋容易發(fā)生銹蝕，導(dǎo)致鋼筋與混凝土黏結(jié)性能退化，從而降低結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，也造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失[1-4]。添加阻銹劑、提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)、增加保護(hù)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(kāi)裂問(wèn)題日益突出[5-7]。經(jīng)過(guò)多年科學(xué)研究和工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在鋼材表面涂裝防腐涂層是有效、簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)的方法，如噴涂金屬涂層、環(huán)氧樹(shù)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(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，人們對(duì)沿海地區(qū)結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性提出了更高的要求，為此，復(fù)合防腐涂層及工藝應(yīng)用而生，且受到廣泛關(guān)注[12-17]。那么涂層后的鋼筋與混凝土的黏結(jié)性如何，能不能滿足工程的需求等問(wèn)題亟待研究。
本試驗(yàn)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(fù)合防腐涂層的鋼筋-混凝土黏結(jié)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，為工程應(yīng)用提供一定的參考。
1 試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)方法：依據(jù)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JG/T 502—2016 中的涂層鋼筋與混凝土相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的檢驗(yàn)方法，采用推出法對(duì)涂層鋼筋混凝土黏結(jié)性能進(jìn)行測(cè)試。
(2)試驗(yàn)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(huán)氧封閉底漆和丙烯酸面漆，涂層層數(shù)分為單層、雙層和三層，試樣編號(hào)及數(shù)量如表 1 所示。本試驗(yàn)采用 準(zhǔn)20 mm Q235 螺紋鋼筋，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C40，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得養(yǎng)護(hù)后的混凝土試樣(150 mm× 150 mm×150 mm)的抗壓強(qiáng)度為 40.6 MPa。
(3)試驗(yàn)設(shè)備：本試驗(yàn)采用的裝置為土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室的長(zhǎng)春科新微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)，加載速度為 12 kN/min。
(1)對(duì)于單一金屬涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現(xiàn)為塑性特點(diǎn)，如圖 1(a)中的 b、圖 1(b)中的 c 和圖 1(c)中的 d：峰值區(qū)域較大，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的峰突現(xiàn)象;峰前，曲線分為 3 個(gè)階段：線性快速增長(zhǎng)段，線性慢速增長(zhǎng)段和非線性減速增長(zhǎng)段;峰后，黏結(jié)應(yīng)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(guān)于黏結(jié)強(qiáng)度軸(黏結(jié)強(qiáng)度值處與 τ 軸平行的軸)近似對(duì)稱;之后，強(qiáng)度下降的同時(shí)，位移發(fā)生大幅度增大，此時(shí)鋼筋與混凝土之間發(fā)生大幅度的滑移。
(2)對(duì)于雙層復(fù)合涂層、三層復(fù)合涂層和無(wú)涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現(xiàn)為脆性特點(diǎn)：存在明顯的峰突現(xiàn)象;峰前，曲線分為 4 個(gè)階段：線性快速增長(zhǎng)段，線性慢速增長(zhǎng)段，線性快速增長(zhǎng)段和非線性減速增長(zhǎng)段;峰后，曲線出現(xiàn)斷崖式下降現(xiàn)象。
(3)隨著涂層的層數(shù)增加，s-τ 曲線從塑性特點(diǎn)向脆性特定轉(zhuǎn)變，黏結(jié)剛度和黏結(jié)強(qiáng)度增大。
2.2 黏結(jié)強(qiáng)度
表 2 為不同防腐涂層下鋼筋混凝土黏結(jié)強(qiáng)度 τc 及破壞模式，其中“劈裂破壞”為“劈裂推出破壞”的簡(jiǎn)稱，文中其他處類似;對(duì)其進(jìn)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(duì)于所有試驗(yàn)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(duì)于單一涂層，τc 從大到小排序?yàn)?a>b>c>d，即， ZnAl15 最大，MgAl5 最小，且均小于無(wú)涂層的;對(duì)于雙層復(fù)合涂層，τc 從大到小排序?yàn)?b1>d1>c1>a，即，ZnAl15+環(huán)氧封閉底漆最大，Al+環(huán)氧封閉底漆最小，且均大于無(wú)涂層的;對(duì)于三層復(fù)合涂層：τc 從大到小排序?yàn)?b2>a>c2>d2，即，ZnAl15+ 環(huán)氧封閉底漆+丙烯酸聚氨酯面漆最大，MgAl5+環(huán)氧封閉底漆+丙烯酸聚氨酯面漆最小，只有 b2 大于無(wú)涂層，其他小于無(wú)涂層。
(3)雙層復(fù)合涂層提高了試樣鋼筋-混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度 τ(c 相對(duì)于無(wú)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(duì)于三層復(fù)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(tài)
通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(tài)特征：鋼筋被推出，且混凝土試塊產(chǎn)生裂紋和破壞，如圖 2 所示;推出破壞形態(tài)特征：鋼筋被推出，混凝土試塊沒(méi)有產(chǎn)生裂紋和破壞，如圖 3 所示。通過(guò)對(duì)所有試樣的破壞模式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類(表 2)，繪制出了復(fù)合涂層鋼筋-混凝土的破壞模式統(tǒng)計(jì)圖，如圖 4 所示，對(duì)其分析可得：
(1)黏結(jié)強(qiáng)度 τc=8 MPa 是試樣破壞模式發(fā)生變化的一個(gè)臨界值：當(dāng) τc<8 MPa 時(shí)，試樣的破壞模式為推出破壞;當(dāng) τc>8 MPa 時(shí)，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(qū)域，如圖 4 中的陰影區(qū)域，當(dāng)試樣的黏結(jié)強(qiáng)度落入該區(qū)域內(nèi)，試樣破壞模式可能是推出破壞，也可能是劈裂破壞。
(2)無(wú)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(gè)別為劈裂破壞;雙層和三層復(fù)合涂層試樣的破壞模式均為劈裂破壞。
(3)隨著涂層層數(shù)的增加，試樣由推出破壞模式向劈裂破壞模式轉(zhuǎn)變，且出現(xiàn)劈裂破壞時(shí)的黏結(jié)強(qiáng)度降低。
3 結(jié)論
本試驗(yàn)研究了以 ZnAl15、Al、AlMg5 金屬涂層為底層、環(huán)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(fù)合防腐涂層鋼筋-混凝土黏結(jié)性能，得到了其對(duì)應(yīng)的位移-應(yīng)力(s-τ)曲線、黏結(jié)強(qiáng)度 τc 和破壞特征，主要結(jié)論如下：
(1)對(duì)于單一金屬涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現(xiàn)為塑性特點(diǎn);對(duì)于雙層、三層復(fù)合涂層及無(wú)涂層，其 s-τ 曲線變化形狀相似，表現(xiàn)為脆性特點(diǎn)。
(2)黏結(jié)強(qiáng)度 τc 從大到小依次排列為 b2>b1>d1>c1>a> c2>d2>b>c>d;雙層復(fù)合涂層提高了試樣鋼筋-混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度 τ(c 相對(duì)于無(wú)涂層)，單層金屬涂層顯著降低了 τc;三層復(fù)合涂層對(duì) τc 的影響既有提高亦有降低;ZnAl15+環(huán)氧封閉底漆+丙烯酸聚氨酯面漆的 τc 最大，相對(duì)于無(wú)涂層提高了 8.1%，單一 AlMg5 金屬涂層的 τc 最小，相對(duì)于無(wú)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(jié)強(qiáng)度 τc=8 MPa 是試樣破壞模式發(fā)生變化的一個(gè)臨界值;隨著涂層層數(shù)的增加，試樣由推出破壞模式向劈裂破壞模式轉(zhuǎn)變，且出現(xiàn)劈裂破壞時(shí)的黏結(jié)強(qiáng)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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