高性能環(huán)氧鋼筋涂層噴涂技術(shù)新工藝

高慶利，王海波，白虹

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

環(huán)氧鋼筋涂層噴涂技術(shù)已發(fā)展近30 a，已逐步成為一種成熟有效的防腐技術(shù)，在防腐工程界的重要性不斷提高，應(yīng)用層面和范圍也不斷擴大。目前國內(nèi)掌握環(huán)氧鋼筋噴涂技術(shù)的廠家較少，尤其是高性能環(huán)氧涂層鋼筋，個別廠家呈現(xiàn)壟斷狀態(tài)，采購成本高。通過依托承建的廈門第二東通道工程，研究高性能環(huán)氧鋼筋噴涂技術(shù)，掌握涂層噴涂工藝及質(zhì)量控制方法，為企業(yè)在今后承建工程中自行組織環(huán)氧鋼筋涂層噴涂提供技術(shù)支撐，提升行業(yè)競爭力，推動技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

1 工程概況

廈門第二東通道是廈門市城市道路交通網(wǎng)絡(luò)布局中本島與大陸腹地跨海通道的重要組成部分，是廈門市進出島交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中重要的跨海通道之一。海中段橋梁應(yīng)用裝配化施工工藝，橋梁承臺及墩身采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，場內(nèi)集中預(yù)制，海上分段拼裝，充分發(fā)揮了大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化的施工理念。

項目結(jié)構(gòu)設(shè)計使用壽命為100 a，為解決復(fù)雜海域橋梁防腐耐久性問題，結(jié)構(gòu)采用高性能環(huán)氧涂層鋼筋，其技術(shù)指標(biāo)高于普通環(huán)氧鋼筋，有更加可靠的抗腐蝕性。

依托項目建廠，將環(huán)氧生產(chǎn)線引入施工現(xiàn)場進行涂層噴涂，通過對傳統(tǒng)環(huán)氧噴涂工藝改進，提高涂層性能，同時制定成品保護方案，確保結(jié)構(gòu)耐久性。

2 研究思路和主要施工方法

2.1 研究思路

1） 根據(jù)依托項目環(huán)氧鋼筋耐久要求高、規(guī)格多、使用量大、采購成本高等特點，通過引進國內(nèi)先進的環(huán)氧噴涂生產(chǎn)線進行自主化涂層噴涂生產(chǎn)，實現(xiàn)經(jīng)濟創(chuàng)效。

2） 通過結(jié)合已有研究成果和生產(chǎn)過程中遇到的技術(shù)問題，總結(jié)分析，找出突破點，對鋼筋原材加熱、粉末噴涂、涂層冷卻等過程進行工藝優(yōu)化，實現(xiàn)技術(shù)突破。

3） 研究環(huán)氧鋼筋加工、綁扎施工過程中遇到的涂層破損率高、絲頭易銹蝕等問題，提出解決方案，實現(xiàn)質(zhì)量提升。

2.2 主要施工方法

2.2.1 場地選址及布局

將環(huán)氧噴涂生產(chǎn)線布設(shè)于施工現(xiàn)場的鋼筋加工車間內(nèi)，與鋼筋加工聯(lián)動線分別布置于車間的兩側(cè)，2 條生產(chǎn)線協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)了環(huán)氧鋼筋噴涂和加工一體化施工，充分體現(xiàn)了自動化和機械化理念。

鋼筋噴涂及鋼筋加工車間總體布局見圖1。

圖1 鋼筋噴涂及鋼筋加工車間總體布局圖Fig.1 General layout diagram of steel bar spraying and steel bar processing workshop

2.2.2 生產(chǎn)線基礎(chǔ)建設(shè)及設(shè)備安裝

環(huán)氧噴涂生產(chǎn)線基礎(chǔ)建設(shè)包括水電管道布設(shè)、拋丸機預(yù)埋件安裝及基礎(chǔ)澆筑、冷卻水池施工、場地面層鋪筑?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)完成后將設(shè)備按照生產(chǎn)線布局進行安裝（如圖2 所示），布局按照生產(chǎn)便捷、高效的原則設(shè)計。

圖2 環(huán)氧生產(chǎn)線設(shè)備布置圖Fig.2 Layout of epoxy production line

2.2.3 涂層材料的選擇

現(xiàn)有研究表明，粉末環(huán)氧樹脂中酚醛樹脂為體系提供了涂層體系高交聯(lián)密度三維結(jié)構(gòu)，形成良好的熱穩(wěn)定性、機械強度、電氣絕緣性能、耐水性、耐化學(xué)藥品性、較高的玻璃化溫度等優(yōu)點，故采用工藝較為成熟的酚醛樹脂粉末涂層材料[1-2]。

2.2.4 涂層噴涂施工

環(huán)氧涂層噴涂施工流程圖如圖3 所示。

圖3 環(huán)氧涂層噴涂施工流程圖Fig.3 Construction flow chart of epoxy coating spraying

將市場采購的原始鋼筋擺放到生產(chǎn)流水線上，根據(jù)鋼筋直徑的大小及生產(chǎn)線能效高低等情況，將鋼筋行進速度調(diào)節(jié)為規(guī)定數(shù)值；前處理區(qū)先采用通過式拋丸機對通過的鋼筋進行表面噴砂除銹，達到清潔度不低于Sa21/2、粗糙度不低于Rz60 μm；然后通過預(yù)熱區(qū)的中高頻加熱裝置將除銹后的鋼筋加熱到130～190 ℃；預(yù)熱后的鋼筋進入噴涂區(qū)，采用靜電噴槍將環(huán)氧粉末涂料噴涂到預(yù)熱后的鋼筋表面，涂層厚度均控制在220～400 μm；從噴涂室出來后鋼筋進入保溫室，保溫室溫度不低于180 ℃，保溫室段鋼筋行走20～30 s后出來，立即進入冷卻區(qū)浸水冷卻，即得到上述高性能環(huán)氧涂層鋼筋[3-5]，環(huán)氧涂層噴涂工藝如圖4 所示。

圖4 環(huán)氧涂層噴涂工藝圖Fig.4 Process diagram of epoxy coating spraying

2.2.5 施工質(zhì)量控制

為確保環(huán)氧涂層鋼筋耐久性使用要求，提高涂層連續(xù)性，主要提出采用以下半成品涂層保護措施。

環(huán)氧鋼筋噴涂完畢后，采用專用打包器捆扎，為防止涂層老化，表面包裹黑色避光膜，存放時間不超過3 個月。吊裝時為防止在吊裝過程中強力擠壓、撞擊和滑動對涂層產(chǎn)生破損，現(xiàn)場采用專用吊裝架和高強度的尼龍帶進行吊裝。環(huán)氧鋼筋半成品均存放在設(shè)有尼龍保護板的鋼筋儲存架上，避免環(huán)氧鋼筋與地面及鋼架直接接觸，破壞涂層[6]。

環(huán)氧鋼筋鋸切、彎曲、套絲的過程中，為防止設(shè)備與涂層直接接觸，破壞涂層，將加工設(shè)備均設(shè)置尼龍緩沖墊，避免剛性接觸，降低涂層破損率。

墩臺鋼筋綁扎過程中，部分鋼筋需要水平穿插就位，在穿筋過程中鋼筋與其它鐵件間的摩擦容易造成涂層破損。為此，現(xiàn)場設(shè)計了用于鋼筋綁扎的穿筋滾輪，鋼筋通過穿筋滾輪導(dǎo)向就位，滾輪采用尼龍材料制作，避免了鋼筋表面涂層因剛性接觸破損?，F(xiàn)場鋼筋綁扎時，為避免型鋼與鋼筋間直接接觸，反復(fù)摩擦、碰撞等破壞涂層，型鋼與鋼筋間采用塑料墊片進行隔離，起到較好的保護作用[7]。

環(huán)氧鋼筋綁扎施工涂層保護工裝圖見圖5。

圖5 環(huán)氧鋼筋綁扎施工涂層保護工裝圖Fig.5 Protective drawing of epoxy steel binding construction coating

環(huán)氧鋼筋接長多采用直螺紋套筒機械連接，臨海環(huán)境下鋼筋絲頭銹蝕嚴(yán)重，通過將加工專用鋼筋絲頭保護罩進行防銹處理。對于需多次拆卸組裝的絲頭，由于施工周期長，鋼筋絲頭銹蝕嚴(yán)重導(dǎo)致無法進行最終組裝，將鋼筋絲頭表面銹跡采用電動鋼絲刷除銹處理，除銹后噴涂銀漆并在表面纏繞塑料膜，起到了明顯防銹效果。環(huán)氧鋼筋絲頭保護工裝圖如圖6 所示。

圖6 環(huán)氧鋼筋絲頭保護Fig.6 Protection of epoxy steel wire head

3 存在的問題及改進措施

3.1 存在的問題

1） 本研究依托工程環(huán)氧涂層厚度大（220～400 μm），采用單室噴槍一次噴涂，涂層瞬時內(nèi)應(yīng)力釋放緩慢，后期導(dǎo)致涂層與鋼筋黏結(jié)力降低。

2） 環(huán)氧涂層固化后的冷卻就是行業(yè)普遍冷卻模式即直接用水強制冷卻，將環(huán)氧涂層鋼筋表面溫度降至90 ℃以下。針對環(huán)氧涂層加工過程中強制冷卻降溫問題，試驗分析認(rèn)為現(xiàn)有噴淋降溫方式導(dǎo)致涂層與鋼筋本體的結(jié)合力下降，且均勻降溫效果較差，溫度回升明顯，影響涂層黏聚力。

3.2 改進措施

1） 通過增加1 個粉末噴室，采用雙室連續(xù)噴涂工藝，分散單次噴涂厚度，一定程度解決了涂層內(nèi)應(yīng)力釋放問題。即鋼筋經(jīng)預(yù)熱后進入噴涂區(qū)，噴涂區(qū)根據(jù)涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計2 個噴涂室，即第一噴涂室、第二噴涂室，采用靜電噴槍將環(huán)氧粉末涂料噴涂到預(yù)熱后的鋼筋表面，一、二噴室環(huán)氧粉末涂料涂層厚度均控制在110～200 μm；第一噴涂室出來后鋼筋立即進入第二噴涂室，第二噴涂室采用靜電噴槍將現(xiàn)有面層粉末涂料噴涂到已噴涂層的表面，形成雙層涂層設(shè)計配套體系，相關(guān)對比驗證結(jié)果如表1 所示。

表1 噴涂方式對涂層黏聚力、可彎性改進效果驗證Table 1 Verification of the improvement effect of coating cohesion and flexability by spraying method

2） 采用分段冷卻形式進行涂層冷卻，即固化后環(huán)氧涂層鋼筋降溫時不直接采用現(xiàn)有常溫水直接浸水冷卻的方式，而是采用高、中、低分級逐步降溫冷卻，如采用50～70 ℃的高溫區(qū)、采用30～50 ℃的中溫區(qū)、不超過20 ℃的低溫區(qū)共3 個冷卻區(qū)段進行，實現(xiàn)逐級冷卻、平穩(wěn)降溫，其中高溫區(qū)將環(huán)氧涂層鋼筋表面溫度降至100～120 ℃、中溫區(qū)將環(huán)氧涂層鋼筋表面溫度降至60～80 ℃、低溫區(qū)將環(huán)氧涂層鋼筋表面溫度降至30～40 ℃。逐級、平穩(wěn)的降溫方式將避免環(huán)氧涂層鋼筋初期急冷與后期的鋼筋回溫，引起鋼筋表面涂層的急劇收縮與被動張拉而導(dǎo)致涂層的附著力下降[8]。驗證效果如表2 所示。

表2 冷卻方式對涂層黏聚力、可彎性改進效果驗證Table 2 Verification of the improvement effect of coating cohesion and flexability by cooling method

4 實施效果

通過對環(huán)氧鋼筋生產(chǎn)模式探索，將環(huán)氧生產(chǎn)線引入施工現(xiàn)場并進行布局設(shè)計，大幅提高了生產(chǎn)效率，獲得了較高的經(jīng)濟效益；改進涂層噴涂工藝，由單噴室改為雙噴室，同時涂層冷卻工藝由單一溫度冷卻優(yōu)化為梯度冷卻，獲得技術(shù)提升，提升了環(huán)氧鋼筋涂層性能；提出的環(huán)氧鋼筋加工、綁扎施工過程中涂層保護質(zhì)量控制措施，降低了涂層破損率，確保了結(jié)構(gòu)耐久性。

5 結(jié)語

高性能環(huán)氧鋼筋涂層噴涂技術(shù)適用于環(huán)氧鋼筋使用量大、超高耐久性要求的混凝土構(gòu)件鋼筋防腐工程，目前該技術(shù)已成功應(yīng)用于廈門第二東通道墩臺預(yù)制工程施工中，取得了較大的技術(shù)突破和實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益，具有一定的推廣應(yīng)用價值。