預應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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預應力錨固工程用阻銹劑研究

■ 魏曌李海燕馬華劉子科

摘 要：針對預應力錨固工程銹蝕情況，制備出多種復合鋼筋阻銹劑。進行阻銹劑在鹽水溶液中的防銹性能試驗、對不同水泥標準稠度用水量及凝結時間的影響試驗和對流動度的影響試驗，并對試驗結果進行分析，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于國外產品，且成本較低等結論。

關鍵詞：預應力錨固工程；阻銹劑；防銹性能；水泥標準稠度用水量；凝結時間；流動度

1　概述

預應力錨固方法在公路、市政、鐵路的巖土及邊坡工程中廣泛運用，屬于輕型支擋措施，結構美觀，植被容易恢復。土層錨桿（索）規范及邊坡規范對其防腐有詳細規定，但按規范執行成本很高，且地下隱蔽工程難以監控。目前，世界各國都沒有相應的檢測措施。1992年，國際錨固協會Littlejohn對35個錨固工程銹蝕情況進行調查，按傳統工藝實施的工程，普遍在2個月～2年內開始腐蝕，在高應力狀態下腐蝕速度更快。梅山水電站壩基加固錨索采用層層防護，一般工程無法比擬。經監測，4～6年間有3根錨索發生斷裂。

美國PTI建議地錨分為1級（防腐蝕）和2級（非防腐蝕）。1級使用波紋管及環氧樹脂等材料保護，并建議水壩及重點鐵路工程應使用樹脂包裹鋼筋及灌樹脂漿，目前這種防腐措施在國內實施不現實。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（比錨索樁造價高很多）、擋墻等造價高、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力集中，灌漿體易出現拉裂縫，水汽容易直接接觸錨固材料；二是地錨工程孔容易塌孔，導致灌漿體不飽滿，達不到保護層厚度；三是因灌漿材料非工廠化，施工方普遍增大水灰比，導致干縮開裂嚴重。

目前，國內外已研究開發的鋼材銹蝕防護措施有修補法、鋼筋涂（鍍）層、陰極保護法、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濟性和實用性，得到工程界的普遍認可，如果能在水泥漿中摻入阻銹劑進行防腐，則取到事半功倍的效果，其應用前景廣闊。

目前，通過復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，篩選出阻銹性能好的阻銹劑，再通過凈漿工作性能試驗，評價該阻銹劑是否適用于錨固工程。

2　試驗方案

試驗現場見圖1。

圖1　試驗現場

2.1在鹽水溶液中的防銹性能試驗

腐蝕產物分析法中最為經典和直接的方法是掛片法，是其他測試研究的基礎，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。試樣在腐蝕介質中達到一定時間，觀察其外觀變化以確定腐蝕速率大小。

試樣制備和試驗方法參照JGJ/T 192—2009《鋼筋阻銹劑應用技術規程》中附錄A.1。

2.2對不同水泥標準稠度用水量及凝結時間的影響試驗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《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》，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、SAC42.5四種水泥標準稠度用水量、初終凝時間和安定性的影響。

2.3對流動度的影響試驗

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。為滿足工程實際需要，考察阻銹劑在摻入時與減水劑的適應性能，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度的影響。

采用300 g基準水泥和87 g水，用水泥凈漿攪拌機攪拌，測試其擴展度。

3　結果與分析

3.1鹽水溶液中的防銹性能試驗

試樣在NaCl溶液中浸泡半年，表面形貌見圖2。可以看出，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，試樣表面呈現粗糙的凸凹不平結構，說明腐蝕非常嚴重。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對碳鋼起到保護作用。仔細觀察發現，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化學公司的品牌，阻銹劑G是課題組針對預應力錨固工程自行研發的阻銹劑，在阻銹效果相同時，阻銹劑G的成本不到阻銹劑H的一半，阻銹劑G用于預應力錨固工程具有廣闊前景。

3.2對不同水泥標準稠度用水量及凝結時間的影響試驗

不同摻量阻銹劑對水泥標準稠度用水量、凝結時間和安定性影響見表2。可以看出，隨阻銹劑摻量的增加，水泥的標準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阻銹劑對流動度的影響試驗

阻銹劑、減水劑參量對凈漿流動度的影響見表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度進行測試。測試結果表明，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擴展度保持上，添加阻銹劑后流動度保持更好。通過阻銹劑對水泥標準稠度用水量及凝結時間的測試可以看出，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準稠度用水量、凝結時間和安定性的影響

表3　阻銹劑、減水劑參量對凈漿流動度的影響

4　結論

（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于國外產品，且成本較低。

（2）阻銹劑G能與多種水泥及外加劑兼容。復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，并可降低標準稠度用水量，改善流動度。

5　參考文獻

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[2] 李偉. 鋼筋阻銹劑的防腐機理及相關規范[J]. 有色礦山，2000，29(4)：49-50.

[3] 張小冬，周慶，陳烈. 鋼筋阻銹劑的應用發展概況[J].施工技術，2004，33(6)：52-53.

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

魏 曌：中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，副研究員，北京，100081

李海燕：中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，研究員，北京，100081

馬 華：中國鐵道科學研究院深圳研究設計院，副研究員，廣東 深圳，518034

劉子科：中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，助理研究員，北京，100081

責任編輯 苑曉蒙

中圖分類號：TU528.04

文獻標識碼：A

文章編號：1672-061X（2016）02-0012-04