預(yù)應(yīng)力錨固工程用阻銹劑研究

■ 魏曌　李海燕　馬華　劉子科

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預(yù)應(yīng)力錨固工程用阻銹劑研究

■ 魏曌李海燕馬華劉子科

摘 要：針對預(yù)應(yīng)力錨固工程銹蝕情況，制備出多種復(fù)合鋼筋阻銹劑。進(jìn)行阻銹劑在鹽水溶液中的防銹性能試驗(yàn)、對不同水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間的影響試驗(yàn)和對流動(dòng)度的影響試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出合成氨基醇類阻銹劑G具有良好的阻銹性能，對碳鋼阻銹性能略優(yōu)于國外產(chǎn)品，且成本較低等結(jié)論。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨固工程；阻銹劑；防銹性能；水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量；凝結(jié)時(shí)間；流動(dòng)度

1　概述

預(yù)應(yīng)力錨固方法在公路、市政、鐵路的巖土及邊坡工程中廣泛運(yùn)用，屬于輕型支擋措施，結(jié)構(gòu)美觀，植被容易恢復(fù)。土層錨桿（索）規(guī)范及邊坡規(guī)范對其防腐有詳細(xì)規(guī)定，但按規(guī)范執(zhí)行成本很高，且地下隱蔽工程難以監(jiān)控。目前，世界各國都沒有相應(yīng)的檢測措施。1992年，國際錨固協(xié)會(huì)Littlejohn對35個(gè)錨固工程銹蝕情況進(jìn)行調(diào)查，按傳統(tǒng)工藝實(shí)施的工程，普遍在2個(gè)月～2年內(nèi)開始腐蝕，在高應(yīng)力狀態(tài)下腐蝕速度更快。梅山水電站壩基加固錨索采用層層防護(hù)，一般工程無法比擬。經(jīng)監(jiān)測，4～6年間有3根錨索發(fā)生斷裂。

美國PTI建議地錨分為1級(jí)（防腐蝕）和2級(jí)（非防腐蝕）。1級(jí)使用波紋管及環(huán)氧樹脂等材料保護(hù)，并建議水壩及重點(diǎn)鐵路工程應(yīng)使用樹脂包裹鋼筋及灌樹脂漿，目前這種防腐措施在國內(nèi)實(shí)施不現(xiàn)實(shí)。由于防腐問題沒有很好解決，目前高速鐵路工程多采用普通抗滑樁（比錨索樁造價(jià)高很多）、擋墻等造價(jià)高、影響景觀的剛性加固措施。如果能夠解決防腐問題，在水電、高速鐵路及一般工程的永久加固方面可采用輕型易覆綠的錨固工程措施。

錨固工程存在的難以解決的腐蝕問題：一是目前絕大部分錨索工程為拉力型，在自由段與錨固段交界處應(yīng)力集中，灌漿體易出現(xiàn)拉裂縫，水汽容易直接接觸錨固材料；二是地錨工程孔容易塌孔，導(dǎo)致灌漿體不飽滿，達(dá)不到保護(hù)層厚度；三是因灌漿材料非工廠化，施工方普遍增大水灰比，導(dǎo)致干縮開裂嚴(yán)重。

目前，國內(nèi)外已研究開發(fā)的鋼材銹蝕防護(hù)措施有修補(bǔ)法、鋼筋涂（鍍）層、陰極保護(hù)法、鋼筋阻銹劑等。由于錨固工程張拉變形量很大，目前涂層法基本不可行。鋼筋阻銹劑特有的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，得到工程界的普遍認(rèn)可，如果能在水泥漿中摻入阻銹劑進(jìn)行防腐，則取到事半功倍的效果，其應(yīng)用前景廣闊。

目前，通過復(fù)配和合成已制備出多種阻銹劑，各阻銹劑成分見表1。

表1　各阻銹劑成分

通過在鹽水溶液中的防銹性能試驗(yàn)，篩選出阻銹性能好的阻銹劑，再通過凈漿工作性能試驗(yàn)，評(píng)價(jià)該阻銹劑是否適用于錨固工程。

2　試驗(yàn)方案

試驗(yàn)現(xiàn)場見圖1。

圖1　試驗(yàn)現(xiàn)場

2.1在鹽水溶液中的防銹性能試驗(yàn)

腐蝕產(chǎn)物分析法中最為經(jīng)典和直接的方法是掛片法，是其他測試研究的基礎(chǔ)，主要是建立在阻銹劑的吸附緩蝕作用，引起腐蝕體系中腐蝕金屬宏觀物性的改變。試樣在腐蝕介質(zhì)中達(dá)到一定時(shí)間，觀察其外觀變化以確定腐蝕速率大小。

試樣制備和試驗(yàn)方法參照J(rèn)GJ/T 192—2009《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中附錄A.1。

2.2對不同水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間的影響試驗(yàn)為考察不同摻量阻銹劑對水泥物理性能的影響，參照GB/T 1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》，分別測試了0‰、1‰、3‰三種摻量的阻銹劑，觀察其對PⅡ42.5、P·O42.5、PⅡ52.5、SAC42.5四種水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、初終凝時(shí)間和安定性的影響。

2.3對流動(dòng)度的影響試驗(yàn)

聚羧酸減水劑作為第三代超塑化劑誕生，其減水率更高，坍落度損失保持好，已在工程中大量使用。為滿足工程實(shí)際需要，考察阻銹劑在摻入時(shí)與減水劑的適應(yīng)性能，分別測試了0‰、1‰、3‰三種摻量的阻銹劑，觀察其對三種市售減水劑凈漿流動(dòng)度的影響。

采用300 g基準(zhǔn)水泥和87 g水，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌，測試其擴(kuò)展度。

3　結(jié)果與分析

3.1鹽水溶液中的防銹性能試驗(yàn)

試樣在NaCl溶液中浸泡半年，表面形貌見圖2?？梢钥闯?，不添加鋼筋阻銹劑的試樣表面呈一層均勻浮銹，并且瓶底清晰可見試樣被銹蝕后的銹跡，同時(shí)試液渾濁，銹末漂浮其中。在添加鋼筋阻銹劑A、B、C、D、E、F、G、H的溶液中浸泡半年的試樣見圖3—圖10。

圖2　試樣在NaCl溶液中浸泡半年的表面形貌

圖3　在添加阻銹劑A溶液中的試樣

圖4　在添加阻銹劑B溶液中的試樣

添加鋼筋阻銹劑G后的溶液仍清澈，溶液內(nèi)及試樣表面未見腐蝕，而在添加其他阻銹劑的溶液中，試樣都有不同程度的銹蝕，通過視頻顯微鏡觀察表面腐蝕形貌并照相，試樣表面呈現(xiàn)粗糙的凸凹不平結(jié)構(gòu)，說明腐蝕非常嚴(yán)重。而在添加阻銹劑G溶液中的試樣，表面形貌非常平整，說明阻銹劑G對碳鋼起到保護(hù)作用。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，加工劃痕清晰且完整，表明碳鋼表面沒有受到破壞，說明阻銹劑G對金屬表面起到保護(hù)作用。

圖5　在添加阻銹劑C溶液中的試樣

圖6　在添加阻銹劑D溶液中的試樣

圖7　在添加阻銹劑E溶液中的試樣

圖8　在添加阻銹劑F溶液中的試樣

圖9　在添加阻銹劑G溶液中的試樣

圖10　在添加阻銹劑H溶液中的試樣

圖11　碳鋼試片表面形貌比較

阻銹劑G和阻銹劑H在碳鋼表面形成了一層致密的保護(hù)膜，碳鋼試片表面形貌比較見圖11。阻銹劑H是意大利TECNOCHEM化學(xué)公司的品牌，阻銹劑G是課題組針對預(yù)應(yīng)力錨固工程自行研發(fā)的阻銹劑，在阻銹效果相同時(shí)，阻銹劑G的成本不到阻銹劑H的一半，阻銹劑G用于預(yù)應(yīng)力錨固工程具有廣闊前景。

3.2對不同水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間的影響試驗(yàn)

不同摻量阻銹劑對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和安定性影響見表2?？梢钥闯?，隨阻銹劑摻量的增加，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸降低，但降低幅度不大。降低幅度最大的是PⅡ52.5水泥，從27.3%降到23.6%；降低幅度最小的是PⅡ42.5水泥，降低幅度為2.4%。說明阻銹劑G有一定減水作用，對安定性無影響。

3.3阻銹劑對流動(dòng)度的影響試驗(yàn)

阻銹劑、減水劑參量對凈漿流動(dòng)度的影響見表3。通過添加0‰、1‰、3‰三種摻量的阻銹劑，對三種減水劑凈漿流動(dòng)度進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，添加阻銹劑后減水劑的減水分散作用沒有減弱；在30 min和60 min擴(kuò)展度保持上，添加阻銹劑后流動(dòng)度保持更好。通過阻銹劑對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間的測試可以看出，阻銹劑本身摻入水泥后對水泥起到一定緩凝減水作用，與聚羧酸減水劑復(fù)合后，使減水劑保持效果更好，起到加成效果。

表2　不同摻量阻銹劑對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和安定性的影響

表3　阻銹劑、減水劑參量對凈漿流動(dòng)度的影響

4　結(jié)論

（1）合成氨基醇類阻銹劑G具有良好的阻銹性能，對碳鋼阻銹性能略優(yōu)于國外產(chǎn)品，且成本較低。

（2）阻銹劑G能與多種水泥及外加劑兼容。復(fù)配氨基醇類阻銹劑的外加劑具有減水和阻銹功能，對工程常用水泥無影響，并可降低標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，改善流動(dòng)度。

5　參考文獻(xiàn)

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[4] 楊水彬，彭英. 鋼筋阻銹劑阻銹效果的評(píng)價(jià)[J]. 腐蝕與防護(hù)，2005，26(2)：60-66.

魏 曌：中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，副研究員，北京，100081

李海燕：中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，研究員，北京，100081

馬 華：中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，副研究員，廣東 深圳，518034

劉子科：中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，助理研究員，北京，100081

責(zé)任編輯 苑曉蒙

中圖分類號(hào)：TU528.04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2016）02-0012-04