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中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 环氧涂层钢绞线标准综述 费汉兵 徐钦华 金平 （江阴法尔胜住电新材料有限公司，江阴 214445） 提 要本文介绍了环氧涂层钢绞线标准的发展和主要内容。 关键词环氧涂层 钢绞线 标准 1 环氧涂层钢绞线的发展 图1 环氧涂层涂装型钢绞线 图2 环氧涂层填充型钢绞线 1981年，美国佛罗理达线缆公司在早期的环氧树脂涂层钢筋技术的基础上，采用热熔固化方式将环氧树脂涂覆到光面钢绞线外侧，形成了最初形态的环氧涂层钢绞线，称之为“环氧涂层涂装型钢绞线”，见图1。在以后的十几年内，“环氧涂层涂装型钢绞线”得到了实际工程应用。1983年，“环氧涂层涂装型钢绞线”在美国维吉尼亚州朴次茅斯市预制混凝土浮动船坞中作为后张预应力筋得到了首次商业应用。1984年，“环氧涂层涂装型钢绞线”作为斜拉索用于伊利诺斯州昆西市的Bayview桥。1985年，“环氧涂层涂装型钢绞线”首次作为岩锚力筋用于加拿大Malibu的一座私房基础加固中。1989年，洛山矶图书馆的永久挡墙成为“环氧涂层涂装型钢绞线”第一个重大岩锚工程。 在“环氧涂层涂装型钢绞线”的工程使用过程中，人们发现，由于该种钢绞线仅在其外侧涂覆环氧树脂，水气及其它腐蚀介质仍可能进入钢绞线间隙内，因此防腐性能并不十分理想。为此，1987年日本住友电工株式会社在购买了环氧涂层钢绞线的专利技术后，着手研究钢绞线内外均涂覆环氧树脂的全密封环氧树脂涂层钢绞线，称之为“环氧涂层填充型钢绞线”，见图2。随后，这种新型的环氧涂层钢绞线在北美和日本被大量推广使用。1992年，“环氧涂层填充型钢绞线”首次在日本小田原Blueway桥上 费汉兵，男，1975.1出生，工学硕士，工程师 进行使用。1994年，“环氧涂层填充型钢绞线”首次在日本首都高速公路中作为体外索使用。2003年，“环氧涂层填充型钢绞线”首次在国内厦门钟宅湾大桥上作为系杆索使用。目前，欧美和亚洲地区，“环氧涂层填充型钢绞线”的用量约占环氧涂层钢绞线总用量的70％。 2 环氧涂层钢绞线标准的发展 目前，国际上关于环氧涂层钢绞线的标准主要有两份，分别为ASTM标准和ISO标准。其中，ASTM最新标准为ASTM A882/A882M-04a，ISO最新标准为ISO 146551999。 美国材料与试验协会ASTM于1991年出版了第一版关于环氧涂层钢绞线的标准。随着对环氧涂层钢绞线研究的不断深入以及产品的不断改进，ASTM对标准不断进行改版。环氧涂层钢绞线标准的发展情况如下 1991年，ASTM A882/A882M委员会发布了第一版环氧涂层钢绞线标准ASTM A882/A882M-91 “Standard Specification for Epoxy Coated Seven Wire Prestressing Steel Strand”。 1992年，ASTM A882/A882M委员会将91版标准改版为ASTM A882/A882M -92，“Standard Specification for Epoxy-Coated Seven-Wire Prestressing Steel Strand”。 1996年，ASTM A882/A882M委员会将92版标准改版为ASTM A882/A882M -96e1，“Standard Specification for Epoxy-Coated Seven-Wire Prestressing Steel Strand”。 1999年，国际标准化组织根据ASTM A882/A882M-96标准制订了环氧涂层钢绞线的国际标准ISO 146551999 “Epoxy-Coated strand for the prestressing of concrete”。 2001年，ASTM A882/A882M委员会将96版标准改版为ASTM A882/A882M-01“Standard Specification for Epoxy-Coated Seven-Wire Prestressing Steel Strand”。 2002年，ASTM A882/A882M委员会将01版标准改版为ASTM A882/A882M-02a“Standard Specification for Filled Epoxy-Coated Seven-Wire Prestressing Steel Strand”。 2004年，ASTM A882/A882M委员会将02版标准改版为ASTM A882/A882M-04a“Standard Specification for Filled Epoxy-Coated Seven-Wire Prestressing Steel Strand”。 从环氧涂层钢绞线标准的名称可直观看出，01版之前版本的ASTM A882/A882M标准所规定的范围为“环氧涂层钢绞线”，即包括了“环氧涂层涂装型钢绞线”和“环氧涂层填充型钢绞线”；而02版和04版的ASTM A882/A882M标准规定的范围专指“环氧涂层填充型钢绞线”。由于ISO 146551999标准是根据ASTM A882/A882M-96标准而制订的，因此在该标准中，环氧涂层钢绞线的范围包括“环氧涂层涂装型钢绞线”和“环氧涂层填充型钢绞线”。 3 环氧涂层钢绞线标准的内容[1][2] 国际上环氧涂层钢绞线的两种最新标准ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999，由于其制订年代不同，因此在对环氧涂层钢绞线所规定的具体内容上部分相同的同时，也存在较多差异。 3.1 范围 ASTM A882/A882M-04a标准中1.1节指明“本规范包括具有起保护作用的熔融粘结环氧涂层的满足ASTM A416规范中的250级和270级低松弛七丝预应力钢绞线。环氧涂层通 过静电沉积方法或者其它满足第8节中的涂层的要求的方法制得，并且七根钢丝间的空隙由环氧树脂完全填充，使得由毛细作用或者其它流体静力引起的腐蚀介质的侵入降至最低。” 在1.2节中指出“若买方有特殊要求，钢丝间的空隙可以不充填。” 但在随后的注意2中指出“空隙不填充的钢绞线会从内部发生腐蚀，不推荐其作为混凝土预应力筋或者岩土锚固使用。” ISO 146551999标准中第1节指明“本国际标准规定了预应力混凝土用熔融粘结的，环氧涂层涂装型的或者环氧涂层填充型的七丝预应力钢绞线”。 因此，ASTM A882/A882M-04a标准范围专指“环氧涂层填充型钢绞线”，而ISO146551999标准范围为“环氧涂层涂装型钢绞线”和“环氧涂层填充型钢绞线”。 3.2 术语和定义 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均对“粘结失效”、“熔融粘结环氧涂层”、“砂料”、“针孔”和“修补材料”进行了相似的定义。 所不同的是，ISO 146551999对“涂层填充型钢绞线”和“涂层涂装型钢绞线”分别进行了定义。ISO 146551999对“环氧涂层填充型钢绞线”的定义为“钢丝间的空隙由环氧涂层完全充填的环氧涂层七丝钢绞线，以防止腐蚀介质通过毛细作用或者其它流体静力的侵入”；对“环氧涂层涂装型钢绞线”的定义为“由熔融粘结环氧涂层涂装的七丝预应力钢绞线”。 另外，ISO 146551999还对“磨砂型环氧涂层钢绞线”进行了定义“涂层表面嵌入砂料的环氧涂层钢绞线”。 3.3 材料要求 3.3.1 钢绞线母材 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定被涂装的预应力钢绞线应满足买方指定标准的要求，并且应无油、油脂或油漆等污染物。 3.3.2 环氧粉末 1 环氧粉末涂层材料 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定环氧粉末应满足标准附件中所规定的环氧粉末强制要求，这些要求包括环氧粉末涂层的抗化学性、氯化物渗透性、抗磨损性、抗机械损伤能力、盐雾试验、升温试验等（表1）。而且，两种标准还规定应由买方和制造商可接受的试验单位进行试验；一旦改变环氧粉末涂层的配方或改变供应商，就应当根据上述要求的规定重新进行上述试验；由试验单位签字的试验结果应提交给制造商。 表1 环氧粉末涂层的强制要求 涂层要求 试验方法 合格标准 抗化学性 参考ASTM G20 环氧涂层应无水泡、软化、粘结失效或在此期间出现针孔。45天内，特意钻孔的周围环氧涂层应不出现粘结失效。 氯化物渗透性 参考FHWA-RD-74-18 小隔间中的氯化物浓度应小于110-4M。 抗磨损性 参考ASTM D968 除去0.25mm环氧涂层所需的砂粒体积应大于1000L。 （续上表） 抗机械损伤能力 参考ASTM G14 ISO 6272 经过9N﹒m冲击后，除冲击区域永久变形外，涂层应无脱落、裂纹或粘结失效出现。 盐雾试验 参考ASTM B117 ISO 9227 盐雾下暴露3000h后，环氧涂层钢绞线不应出现生锈的迹象。 升温试验 升温到88℃后，钢绞线在混凝土中不出现滑移。 2 书面证明 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定若订单指定，制造商应向买方提供书面证明，完全说明订单中所使用的环氧粉末的批号、每批数量、生产日期、粉末制造商名称和地址；以及所供应的环氧粉末材料和质量符合环氧涂层材料要求的说明。 3 环氧涂层材料试样 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定若订单指定，应给买方提供用密封容器包装的约0.25kg的环氧涂层材料试样，并标明批号。 3.3.3 修补材料 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定若订单指定，应给买方提供与环氧涂层材料相一致的、在混凝土中呈现惰性的、满足环氧涂层材料要求的修补材料。 3.4 钢绞线母材表面处理 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定将被涂装的钢绞线表面，应用化学方法或其它能达到相同清洁效果的方法进行清洁，这种清洁方式应不削弱钢绞线的性能。 3.5 涂装要求 3.5.1 涂装时机 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定在钢绞线母材表面清洁后10min内，尽快对其进行环氧涂装。 3.5.2 涂装前钢绞线表面温度 ASTM A882/A882M-04a未对涂装前钢绞线表面温度进行规定。 ISO 146551999规定“熔融粘结的环氧粉末涂层，应按照涂层材料制造商针对初始的钢材表面温度范围和涂装后的固结要求的书面推荐进行涂装。进行涂装之前的标明温度，应用红外枪和/或温度指示笔进行测量。在连续生产中，至少每10min测量一次”。 3.5.3 涂装方式 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定采用静电沉积方法或其它合适的方法进行涂装。 3.5.4 涂层类型 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定涂层可以是光滑类型的或者是磨砂类型的。 3.5.5 对磨砂型环氧涂层钢绞线的要求 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定对于磨砂型环氧涂层钢绞线，惰性 粒子（砂料）应被嵌入涂层的表面，这些粒子不应导致涂层不满足环氧涂层钢绞线成品的要求。粒子在混凝土中应为惰性，与混凝土添加剂及可溶性盐不起反应。磨砂型环氧涂层钢绞线表面的环氧涂层，应能达到66℃而不降低通过环氧涂层与混凝土的握裹而将预应力从钢绞线向周围混凝土的传递。 3.6 环氧涂层钢绞线成品的要求 3.6.1 涂层厚度 ASTM A882/A882M-04a规定环氧涂层填充型钢绞线的涂层厚度应为0.381.14mm。 ISO 146551999规定环氧涂层涂装型钢绞线的涂层厚度应为0.651.15 mm，若制造商和买方同意，涂层厚度可小于0.65mm，但应提供满足本标准要求的涂层性能试验数据。环氧涂层填充型钢绞线的涂层厚度应为0.40.9mm。 3.6.2 涂层厚度的测量 ISO 146551999未规定涂层厚度的测量方式和检测频次。 ASTM A882/A882M-04a规定涂层厚度应用磁力测微计或其它方式进行测量，测量位置为钢绞线外层钢丝顶部，测量允许误差为5。在连续钢绞线上，至少每600m测量外层6根钢丝的顶部涂层厚度并取平均值。 3.6.3 机械性能 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定环氧涂层钢绞线应满足光面钢绞线所规定的破断力、屈服力和延伸率的要求。 ASTM A882/A882M-04a规定当环氧涂层填充型钢绞线加载到其最小破断力的70时，1000h后的松弛损失应不大于6.5。 ISO 146551999规定当环氧涂层涂装型钢绞线加载到其最小破断力的70时，1000h后的松弛损失应不大于4。当环氧涂层填充型钢绞线加载到其最小破断力的70时，1000h后的松弛损失应不大于6.5。 3.6.4 涂层的连续性 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定环氧涂层钢绞线，应进行连续的针孔检测。若每30m钢绞线上的针孔多于2个，则该卷钢绞线应被废弃；若每30m钢绞线上有2个或2个以下的针孔，则应按照修补材料制造商的推荐进行修补。 ISO 146551999未规定检测方式。 ASTM A882/A882M-04a规定涂装后，应进行连续在线针孔检测，并用自动设备记录针孔的大约位置，或在钢绞线上标识，以便后续修补。不允许在静止的钢绞线上进行3s以上时间的针孔检测。针孔修补时，环氧涂层和修补材料的总厚度应不超过1.1mm。 3.6.5 涂层的粘附 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定涂层的粘附性能试验可采用弯曲试验和拉伸试验方式进行评估。 弯曲试验方法为在环氧涂层钢绞线成品盘上取样，在2030℃下，沿直径为钢绞线公称直径32倍的心轴进行180弯曲。在弯曲钢绞线的外层，不应有肉眼可见的涂层裂纹 或粘结失效。若试验过程中发生钢丝或钢绞线断裂，不应认为是涂层的粘结失效，应用同一生产批次的另一段试样重新试验。除此之外，若弯曲钢绞线外层出现涂层开裂或粘结失效，则该批次钢绞线应被废弃。 拉伸试验方式为在232℃下，钢绞线拉伸至1的延伸率时，涂层不应出现肉眼可见的裂纹。 3.6.6 与混凝土或水泥浆的粘结 针对磨砂型环氧涂层钢绞线，ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定了其与混凝土或水泥浆的粘结性能，采用拉出试验方式进行检验。 ASTM A882/A882M-04a规定每年必须至少做3个拉出试验；或当生产工艺的变化可能降低其握裹力时需再次进行试验。买方采购磨砂型环氧钢绞线时，有权要求进行额外的拉出试验。 ISO 146551999规定每生产15000m磨砂型环氧涂层钢绞线，应进行拉出试验。若制造商能够证明其能满足买方要求，可允许降低拉出试验的频率。 3.7 重复试验 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定若涂层厚度、连续性、涂层的粘附、拉出试验的试样不能满足规定的要求，对于每个失败的试验，从同一盘卷第一个试样相邻的位置另取两个试样进行重复试验。若两个重复试验的结果满足规定的要求，试样所代表的盘卷应被接受。 3.8 废弃 ASTM A882/A882M-04a规定除重复试验合格的试样外，没有满足规范要求的试样所代表的环氧涂层钢绞线盘卷应被废弃。由于涂层厚度或连续性而废弃的环氧涂层钢绞线盘卷，去除不合格部分后的剩余部分材料满足规范的涂层要求时，应被接受。 3.9 受损涂层的修补 ASTM A882/A882M-04a规定对受损涂层的修补，应根据修补材料制造商的推荐进行修补，修补后的涂层应符合标准的规定。 ISO 146551999规定修补前，任意1m长度内所有受损表面的面积，不应超过钢绞线表面面积的0.5。对于肉眼可见的涂层损伤，应根据修补材料制造商的推荐进行修补，修补后的涂层最小厚度为0.65mm。 3.10 制造商提供的证明材料 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定当买方要求时，制造商应提供试验证明，表明其所提供的材料满足标准的要求。若订单中有要求，制造商应对其供货的环氧涂层钢绞线提供一份有代表性的载荷－延伸率曲线和制造商质量控制试验的复印件。 3.11 处置和识别 ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999均规定 所有包装带均应加衬垫或采取合适的包装以防止涂层的损伤。环氧涂层钢绞线的所有盘卷都应用这种对钢绞线涂层不产生损伤的方式进行包装。 因包装而造成的涂层损伤，应根据修补材料制造商的推荐进行修补，修补后的涂层应满足标准的要求。 为便于追溯，在环氧涂层钢绞线整个生产制造、涂装及运输过程中均应保持钢绞线盘卷号。 4 结语 本文主要介绍了环氧涂层钢绞线的两个现行标准的主要内容，分析其在具体条款上的异同点。ASTM A882/A882M-02a标准对“环氧涂层填充型钢绞线”进行了规定；ISO 146551999标准对“环氧涂层涂装型钢绞线”和“环氧涂层填充型钢绞线”进行了规定。这两个标准，在标准范围、涂装前钢绞线表面温度、涂层厚度要求、涂层厚度测量方式、涂层连续性检测方式、磨砂型环氧涂层钢绞线与混凝土或水泥浆的粘结能力检验频次、受损涂层的修补等标准条款上存在差异。 需要指出的是，除上述标准中的“环氧涂层填充型钢绞线”和“环氧涂层涂装型钢绞线”产品外，目前国内外市场上还出现一种称之为“全涂装环氧涂层钢绞线”产品。该钢绞线的7根钢丝外层分别熔融粘结环氧涂层，7根钢丝间隙内未充填满环氧涂层，外层6根钢丝涂层厚度仅为0.1～0.2mm。该环氧钢绞线产品不符合本文所列的两种环氧钢绞线标准的要求，其相关标准未见公开报道。 参考文献 [1] ASTM A882/A882M-04a, Standard Specification for Filled Epoxy-Coated Seven-Wire Prestressing Steel Strand [2] ISO 146551999, Epoxy-coated strand for the prestressing of concrete