FBEC熔结环氧涂层钢筋.doc

熔结环氧树脂涂层钢筋（FBECR）涂装工艺：在粉末涂料涂装工艺中，粉末涂料涂装到一个洁净的表面上。粉末喷涂后，粉末涂层被加热，将粉末融合成一层平滑、连续的涂层。粉末涂料具有多种树脂类型，涂装性能和颜色。使用最广泛的类型包括丙烯酸树脂，乙烯基树脂，环氧树脂，尼龙，聚酯和聚氨酯等。粉末喷涂的现代涂装工艺分为四个基本类别：流化床工艺，静电床工艺，静电喷涂工艺和等离子喷涂工艺。静电喷涂工艺是粉末喷涂最常用的方法。在这一工艺中，导电和接地对象喷上带电的、非导电粉末涂料。带电粒子被吸往基材，并附着在上面。烤炉加热，然后将颗粒融合成一层光滑的连续涂层。所形成的涂层厚度在25至125微米（ 1到5密耳）的范围内。厚度较薄的涂层难以控制。超喷的粉末涂料可利用箱子和收集系统进行回收再利用。熔结环氧树脂涂层钢筋（FBECR）是美国在20世纪60年代开发的，它主要使用在沿海地区。据称，熔结环氧树脂涂层钢筋归功于介电性能对水分渗透和侵蚀性阴离子（如氯离子）产生的阻抗，并充当电绝缘体为钢筋和腐蚀性电解质之间提供物理屏障。基于这些说法，熔结环氧树脂涂层钢筋于八十年代在美国极受欢迎，并制定了在钢筋上应用和接受这种涂层的国家标准。此后，其他许多国家也开始生产和使用熔结环氧树脂涂层钢筋。然而，以熔结环氧树脂涂层钢筋作为加固的结构在其建造十年内开始出现危机信号。许多其他的研究结果也证实了熔结环氧树脂涂层钢筋不是一种安全可靠的技术，或许更比未涂层的钢筋更容易造成钢筋局部腐蚀的危险。据报道，在95的桥面案例中，环氧涂层在氯化作用之前就已经从钢材表面脱层，并未起到任何延长使用寿命的作用。调查结果显示，无论是在涂层损坏的地方，还是涂层完好内部腐蚀的地方，都有破损发生。这些意见引起了强烈的关注，并使人们对熔结环氧树脂涂层钢筋承受氯盐侵蚀保护混凝土不受腐蚀的能力产生了质疑。这使得研究人员开始重新考察熔结环氧树脂涂层钢筋的保护性能。发表的研究论文将熔结环氧树脂涂层产生意外破损的原因归咎于嵌入混凝土之前涂层已存在的缺陷或涂层喷涂前表面已受污染。一个非常重要的、还没有引起研究者关注的方面，就是环氧树脂涂层可为带中性水的管道提供防腐作用的卓越性能，它使得管道在安装多年后仍具有使用寿命。这一事实表明，环氧树脂涂层在接触混凝土碱性环境时存在不适应性。普遍观点认为熔结环氧树脂涂层通过自身抵抗水的扩散，与其相反，在全国冶金实验室的研究工作中， Jamshedpur在中性氯化物和 SPS（模拟混凝土孔隙液）中利用涂层建立了水吸收的逐渐增加，但吸收率在后者中更快。这些观测结果表明，在直接接触到水溶液时，环氧树脂涂层在加速吸收过程的界面不耐水分渗透和侵蚀性离子以及碱度。在接触中性氯化物溶液（3.5的NaCl）时，钢筋呈现出较慢的腐蚀速度，甚至与加入SPS（模拟混凝土孔隙液）中最小的氯离子相比。上述结果表明，中性氯化钠溶液中，熔结环氧树脂涂层钢筋表现的性能比在氯碱混合的SPS溶液中更加稳定。这可能是七十年代期间强烈推荐使用熔结环氧树脂涂层钢筋作为加固材料的原因，这一点以涂层钢筋暴露在中性氯化钠雾中的试验结果记录为基础。作为介电材料，环氧涂料可能通过自身能够承受氯离子的扩散。通过涂层的水分扩散是相当快的，尤其是在含有大量钾离子的碱性混凝土孔隙液中。这些离子会破坏涂层中本身存在的小孔，然后加速腐蚀的过程。实验表明熔结环氧树脂涂层在氯化碱性溶液中比在中性氯化物溶液中更容易被腐蚀。无损坏的涂层非常耐氯离子和其它离子的扩散，然而，水分和氧气可以穿透涂层，但只有当金属结构涂层表面上存在氯离子时，基体的腐蚀速率才会加剧。涂层下的腐蚀扩散悄无声息地进行着，没有任何混凝土泌水的初始征兆，直到最后阶段混凝土发生开裂。熔结环氧树脂涂层钢筋的缺点总结熔结环氧树脂涂层钢筋必须小心搬运，以防止损坏涂层。由于涂层不具有阴极保护，如果涂层切割端被损坏或在搬运过程中划伤，那么腐蚀可能在熔结环氧树脂涂层下沿着钢筋发生并迅速扩散，如同没有保护一般。腐蚀在熔结环氧树脂涂层下进行，其整体表面上是看不见的，且在熔结环氧树脂涂层下对腐蚀进行修复是困难的，并且成本较高。在一些土木工程结构中，可能无法对钢筋进行更换或修理。作为一个屏障型保护涂层，它容易通过小孔发生局部点蚀。在切割佛罗里达州大桥检查使用的熔结环氧树脂涂层钢筋时，这一点非常明显。此外，在运输和安装过程中搬运不当所造成的受损区域会产生腐蚀孔，这将导致环氧树脂涂层脱落，然后生锈。关于佛罗里达州大桥发表的研究报告表明，恶劣的海洋环境使得环氧树脂钢筋的使用寿命显著减少。熔结环氧钢筋对混凝土的粘结强度实际比未涂装碳钢钢筋更低很多。长期在阳光下的暴露使它遭到粉化降解，因此有必要在遮敝条件下储存环氧涂层钢筋。它的耐混凝土碱性通常较差。它对钢筋保护时需要增加额外加电流阴极保护来配套使用，从而促进阴极保护和维护结构所需的电化学腐蚀保护功能。综上所述，熔结环氧树脂涂层中的应用时需要对涂层表面进行仔细处理。这对工程施工现场及施工准备造成很大困难，且其长期保护性能表现并不令人满意。熔结环氧树脂涂层钢筋产生腐蚀的机理环氧树脂涂层钢筋的腐蚀反应机制如图所示破损环氧树脂涂层既存盐份钢筋A锈蚀钢筋环氧树脂涂层破损B图1（A和B）（A）水分和氧气扩散及（B）涂层脱落和钢筋腐蚀示意图鉴于如上述图1中的图表所示，这个所提出的模型清楚地表明，在基层涂层界面不存在任何氯离子的情况下，发生腐蚀反应的可能性微乎其微，或随着时间的推移逐渐减少。在不存在任何氯离子的情况下，孔隙液的碱度有助于加强表面上原有的钝化膜，所以不会发生腐蚀反应。在某些有利条件下，在氧气和水的浓度较高的地方，容易形成顽固锈蚀。在上述的原理模型中，我们可以得出这样的结论，即涂层下面的氯离子容易在有瑕疵的地方发生迁移，而水分和氧气容易渗透穿过完好无损的环氧涂层。包括水和氧气扩散、阳离子和阴离子运输、阳极和阴极区的发展、电化学反应、阴极电极液和阳极电极液的生成等各个步骤需要在涂层起泡、生锈和分层之前进行。据初期的3,4,5所报道，氯离子（0.47x10-11平方厘米/）和钠（0.3x10-10平方厘米/ S）穿过环氧树脂涂层的扩散系数与氧气和水（10 -8）的相比较是相当小的。这表明一个完整且没有任何瑕疵的环氧树脂涂层，其到达金属表面的氯化物所需的时间大约是水所需时间的100倍。在表面没有接触任何氯化物的情况下，可以采取措施补救环氧涂层道数来减缓所涂覆的钢筋表面的腐蚀。因此，钢筋表面的氯化物要造成腐蚀，其先决条件是涂层在使用期间产生了裂缝（容易出现微裂缝肉眼见不到），或在使用涂料喷涂前，基层表面已经存在腐蚀反应。在钢筋腐蚀的过程中，氯离子的作用仅仅是通过形成铁的可溶性复盐，以稳定G-Fe2O3氧化物相。这些盐不仅具有酸性性质，由于其良好的导电性，也可作为良好的离子导体。这有助于阳极反应的去极化并加速钢筋腐蚀过程。通过本次讨论，我们可以得出这一结论，即如果熔结环氧树脂涂层钢筋（FBECR）是完整且没有瑕疵的，那么在使用涂料前基层（钢筋）上不会存在氯化物，腐蚀反应的发生和扩散可能需要相当长的一段时间。但是，如果存在瑕疵，氯离子就可能以惊人的速度渗透进去，并且随即就会发生区域性的腐蚀反应。混凝土砂浆中的熔结环氧树脂涂层钢筋所进行的较长时间的暴露试验表明，内涂层的腐蚀反应不易被察觉，因为没有影响到外表面的涂层。让我们十分惊讶的是，出界地方的涂层好像完好无损，除了小孔中所积累的锈蚀（图2）。但是用锋利的刀刮涂层时，涂层很快变成碎片。涂层下面钢筋的整个表面覆盖着松散的黑锈（图3）。钢筋表面粘合的环氧树脂涂层已经不与基层粘接。EDXA，SEM和XRD研究恰好验证了所提出的这以观点，即环氧树脂涂层钢筋的内涂层会发生腐蚀反应。累积在小孔嘴的红锈的形态和