谈预应力钢丝和钢绞线的防腐镀（涂）层
(1)Galfan和锌镀层的主要差别金属保护镀层是以保护钢基不受腐蚀为目的,因此,其抗腐性能优劣,就成为镀层好坏的衡量标准。Galfan镀层替代镀锌层已成为国际上无可争议的事实,据此,而出现的许多钢丝标准和钢绞线标准,在美、英、德、法、加拿大等国迅速推广。
Galfan是Zn一Al合金的共晶体,具有较低的熔点。Zn的熔点为419.5℃,而Galfan熔点同382℃。它除兼有Zn和用的抗蚀优点外,还因其合金生成了金属门化合物作为涂层,显微结构状态为富铝片层和富锌片层形成无规则排列的取向群体(与钢的共析组织珠光体相似),形成了隔离大气的坚固屏障(物理保护)和低的电极电位(Zn为-0.760V,Al为-1.670V)而造成电化学保护,形成了双重护保。
镀锌和Galfan,除在工艺和装备上不能通用以外,在镀锌钢丝的技术标准上考核条款也有较大区别。镀层重量约为2:l,它没有渡Zn时很厚的锌铁合金层,具有良好的可塑性。镀Zn时的不均匀性,CuSO4次数考核被取消了,因为大量数据已经证实Galfan镀层的均匀性较镀Zn为好。(CuSO4试验并不是抗腐蚀的性能指标)。粘结力的性能指标用缠绕来衡量,Galfan较Zn镀层为优越。因此,在国外标准 ASTM A475中,考核锌层质量的三个指标中被保留两个,锌层重量考核指标要比镀锌减少一半。
(2)镀Galfan预应力钢绞线生产的可行性作为低松驰的预应力钢绞性,在镀层方面,Galfan镀层具有镀层硬度高镀层薄,有利于与锚具的锚固。但从力学性能上,由于低松驰的力学性能,必须要经过稳定化处理。其热处理温度从理论上来讲必须控制较镀锌钢绞线低37.5℃。否则将导致镀层的熔化。热处理温度降低后,对钢基体的松驰性能影响如何?有待进一步探讨。
4.涂塑钢绞线和包塑钢绞线塑料作为优良的防腐隔离层,也被国内外广泛使用。在预应力钢绞线上的应用还没有纳入正常的产品标准渠道,国外有的企业也停留在供需双方的协议阶段。
(1)涂塑钢绞线分析
a.涂塑的工艺方法涂塑是将塑料(一般用HDPE)直接粘结在钢绞线上,使钢基与塑料之间没有空隙,若塑料不破损,就能完全隔离腐蚀环境,保证绞线不受腐蚀。为达到涂塑的目的,必须是钢基与液态的塑料相接触,从而塑料在冷却的条件下固化。与所有钢材涂层一样,有涂前处理,涂层,冷却三大工序。就涂层而言,一般有浸涂、喷涂、电涂。其中浸涂最为常用。以往浸涂都是冷态的钢件浸入液态的涂层材料,随后抽出冷却固化。较新的工艺是加热的钢件通过塑料粒子的流化床,接触钢件的塑料迅速熔化而被粘结在钢件上带出冷却固化。
b.涂塑钢绞线涂塑钢绞线按其加工方法,可有整根钢绞线涂塑和组成钢绞线的钢丝涂塑两种,前者只要将成品钢绞线通过浸涂的方法,在钢绞线外缘涂上一层塑料,在施工锚固端将塑料去除后与锚具咬合。与无粘结钢绞线的锚固端防腐要求一样,必须加强锚固端的防腐处理。该类钢绞线一般施工与光面钢绞线相同,在腐蚀环境较为严重的场合,诸如海岸堤坝等场合应用。
组成钢绞线钢丝的涂塑,必须在钢绞线稳定化处理以后,顺序是:钢绞线放盘→折股→表面预处理→涂塑→合股→收盘。这里不对该工艺的可行性作评价,就对涂塑钢绞线的使用性能和成品性能作如下分析:①需专用锚夹具相匹配,假使涂层厚度为 0.05~0.lmm,则钢绞线的直径就要增加 0.3~0.6mm,对φ15.24公称直径来讲,实际直径就要到φ16mm.锚夹具还必须与该类产品具有牢固的锚固力。
②钢丝密度大为减少,英国紧密型钢绞线能在同样直径的条件下提高钢绞线密度来提高承载能力,按断面积计算,其密度要减少10%,在预应力构件中的应用,不能不讲是一个承载能力的损失。
③钢绞线结构松散,影响其力学性能。光面钢绞线在稳定化处理后,其钢丝都处于定型状态。因此,质量完好的钢绞线才有"不松散"的特性,钢绞线经拆股、涂塑、合股后,由于钢丝直径增加和经一定外力张拉下同时在一定温度下涂塑,致使其难以复位,造成钢绞线松散(我公司从提供实样分析),尤其中心丝,不能被边缘丝紧密握裹住,就会造成张拉时中心滑丝,影响预应力加载和松弛性能,最终影响结构使用和寿命。
(2)包塑钢绞线分析
a.包塑工艺方法包塑是将塑料护套挤套在钢绞线外,该护套不与钢绞线粘结,以隔离腐蚀环境为目的。其加工方法一般是用挤塑机套在钢绞线外层,正像无粘结钢绞线加工一样,其主要区别是无粘结钢绞线有防腐润滑脂填充在绞线和护套之间,包塑钢绞线没有润滑脂填充。由此而产 生了改进型的双护套包塑钢
b.包塑钢绞线防腐分析包塑钢绞线与涂塑钢绞线相比,没有涂塑钢绞线一些技术与质量的争议。像无粘结钢绞线一样,加工制造工艺稳定,对钢绞线的力学性能没有任何影响,施工也可按常规进行。
包塑钢绞线正像无粘结钢绞线的防腐要求一样,只要保证加工前钢绞线有较好的表面状条,塑料护套完好,锚固端密封按规范进行,其防腐效果也相仿,并减少了防腐油脂质量差而加速腐蚀的风险,双护套包塑钢绞线更增加了其防腐隔离层,若在双护套中间填充润滑脂,便可作为无粘结钢绞线应用,其防腐效果理应胜过单护套的无粘结钢绞线。
5.涂环氧树脂钢绞线防腐分析环氧树脂作为有机的非金属涂层,在钢材中的应用甚少,预应力钢绞线的环氧涂层,仅有美国以产品标准形式予以确认,(ASTMA882/A 882M-92)它以预应力钢绞线(AST-MA416中的1720MPa和1860MPa)为基础规定了环氧涂层的操作、涂层指标,与混凝土的粘合力和有机涂层的要求。主要用于防腐要求较为严格的场合以代替光面钢绞线使用。
与其他涂层的钢材一样,涂前必须要经表面清净处理(化学法或其他有效方法),在出现肉眼可见的重新氧化之前,必须进行涂层,以确保钢材不受腐蚀。
尽管它具有较好的防腐性能,但由于其制造工艺和装备较为繁杂,检测条件也较为特殊,诸如盐雾试验、涂层连续性检测、厚度均匀性检测、混凝土抽出试验、涂层粘附性试验等,增加大量制造成本。在使用上保护好涂层表面,在运输施工上也需投入大量额外资金。因此,除美国外,其他国家较少制造和应用。
三、结论
(l)预应力钢绞线是在高应力状态下服役,应力腐蚀直接影响其使用寿命,从而影响建筑工程寿命。为此,必须由设计,施工和钢材制造厂各方严格控制,才能确保工程质量万元一失。
(2)高应力钢绞线断面尺寸增大(加大公称直径或增加正公差范围)是提高抗应力腐蚀寿命的需要,尤其对后张预应力钢绞线,还必须提高预制管中水泥灌浆的密实性和提高锚固端的密封程度,才能确保建筑工程质量和寿命。
(3)镀锌作为有效和可靠的钢材防腐镀层,在预应力钢绞线的应用中,切忌与混凝土灌浆直接接触,并应采用热浸镀锌,可消除"氢脆"危害的风险。因而也限制了其使用范围。Galfan(锌-5%铝合金)具有较镀锌更好的抗腐性能。在建筑钢材上应大力应用和开发。
(4)非金属防腐涂层中,无粘结钢绞线和整根钢绞线涂包塑具有较好的防腐性能和市场可操作性。但必须按四条防护措施做到规范操作和控制,才能达到预期防腐效果。
参考文献
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[2] Allan B. Dove: "The Production usage and corrosion of sleel wire far prestress concrete reinforce" 《W.J.I》 V23 May 1990. P19-28
[3] 预应力技术简介。第138期 1999.1