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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 环氧涂层填充型钢绞线的制造 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 要环氧涂层填充型钢绞线是具有卓越防腐性能的预应力钢绞线。本文介绍这种防腐钢绞线的结构、特点、制造方法、质量标准及其应用领域。 关键词环氧涂层填充型钢绞线 环氧粉末 静电喷涂 1 前言 作为预应力混凝土结构的骨架材料预应力钢材，其防腐性对结构耐久性起着最为关键的作用。光面钢绞线作为最早推广使用的预应力钢材，已在国际上得到广泛应用，在我国近20年内得到迅速发展。光面钢绞线表面无涂层保护，并在高应力状态下服役，存在腐蚀和应力双重作用下的应力腐蚀问题。预应力钢绞线的锈蚀程度对预应力工程质量的影响一直是国际预应力专业委员会所关注的问题。为提高预应力钢绞线的防腐性能和耐久性，人们提出各种各样的防腐方法。随着预应力技术的不断发展，其应用领域不断扩大，一般防腐措施已不能适应对预应力钢绞线越来越高的防腐要求。 目前，具有防腐功能的预应力钢绞线有两种镀层钢绞线和涂层钢绞线。镀层钢绞线的代表是镀锌钢绞线和镀Galfan钢绞线；涂层钢绞线的代表是涂塑钢绞线、包塑钢绞线、无粘结钢绞线和涂环氧树脂钢绞线。[1] 镀锌钢绞线的表面锌层破损后会引起电化学反应从而加重钢绞线的腐蚀；镀Galfan钢绞线虽然成为替代镀锌钢绞线的热点，但国内尚未有成熟产品出现；涂塑和包塑钢绞线国内应用也较少；无粘结钢绞线使用时需进行剥套和清洗油脂处理，若PE破损会造成油脂泄漏导致防腐失效。与上述防腐钢绞线相比，涂环氧树脂钢绞线为目前业界认可的防腐性能最佳的钢绞线产品。 环氧涂层填充型钢绞线为目前唯一同时遵循ISO 146551999标准和ASTM A882/A882M标准要求的涂环氧树脂钢绞线产品。为解决我国预应力钢绞线的防腐问题，江阴法尔胜住电新材料有限公司于2003年引进了日本最新的环氧树脂填充型钢绞线生产线，并于2004年成功生产出合格的产品。本文介绍这种防腐钢绞线的结构、特点、制造方法、质量标准、性能特点及其应用领域。 费汉兵，男，1975.1出生，工学硕士，工程师 2 结构及特点 2.1 结构 环氧涂层填充型钢绞线的结构如图1所示。钢绞线外层及其间隙间均填充环氧树脂，使钢绞线各部分成为密封整体，能完全防止外界腐蚀介质通过毛细作用或其它液压作用渗透到钢绞线内部。 PC钢绞线 环氧树脂 图1 环氧涂层填充型钢绞线结构图 2.2 特点 1 钢绞线外层及各根钢丝间隙均由环氧树脂填充，外界腐蚀介质难以通过毛细作用或其它液压作用渗入到钢绞线内部，防腐性能卓越； 2 熔融的环氧树脂与钢绞线有效粘结，形成一整体，钢绞线拉伸时各丝同时受力，使用强度增加；同时，防止各丝之间摩擦疲劳的产生，提高了抗疲劳性能； 3 外层厚环氧涂层（0.4～1.1mm），比其它防腐钢绞线更能适应施工过程对钢绞线的摩擦损伤； 4 环氧涂层具有足够的强韧性，能与钢绞线同步拉伸而不出现开裂现象； 5 需采用专用锚具对其进行夹持。 3 制造方法 环氧涂层填充型钢绞线采用粉末静电喷涂法进行生产。其生产工艺流程如图2所示。 图2 环氧涂层填充型钢绞线生产流程示意图 由图2可见，环氧涂层填充型钢绞线生产工艺流程为 光面钢绞线放线→钢绞线前牵引→表面处理→水洗→超声波加热→钢绞线拆股→环氧粉末静电喷涂→（喷砂仅用于磨砂型环氧涂层填充型钢绞线）→脱磁→后加热固化→水冷却→在线针孔检测→在线膜厚检测→钢绞线后牵引→成品收线。 图3 复检流程示意图 若在生产过程中检测出环氧涂层填充型钢绞线表面存在针孔，则需在后期进行复检修补处理。复检过程如图3所示，复检流程如下 钢绞线放线→牵引→针孔检测→修补→成品收线。 3.1 光面钢绞线放线与牵引 用于制作环氧涂层填充型钢绞线的光面钢绞线原料必须符合GB 5224-2003的规定。其一般包装形式为无盘包装，因此需用特制放线架将钢绞线放出，并用牵引机沿生产线牵引至收线盘处。 3.2 光面钢绞线酸洗与水洗前处理 光面钢绞线即使刚出厂，其表面也会不可避免地存在锈蚀的现象，因此在喷涂前必须进行处理。前处理是将钢绞线连续通过特殊溶液，将光面钢绞线表面氧化物及其它杂质去除。 3.3 超声波加热前加热 经表面处理后的光面钢绞线需进行预加热，以便环氧粉末喷涂到其上能迅速熔融。普通的电加热方式会使钢绞线表面再次生成氧化物，超声波加热能有效避免这种现象的产生。 3.4 光面钢绞线拆股 由于需将环氧树脂涂覆到钢绞线各根钢丝间隙内，因此在喷涂前需将加热后的钢绞线拆股成七根独立的钢丝，喷涂后再复扭成股。采用特制设备将加热的钢绞线拆股，并在其进入喷涂室前对钢绞线各丝进行擦拭，以去除其表面氧化物。 3.5 环氧粉末静电喷涂 环氧粉末静电喷涂是环氧树脂填充型钢绞线最关键的环节。 静电喷涂是利用电泳的物理现象，使雾化的涂料颗粒在直流高压电场中带上负电荷，并在静电场的作用下，定向地流向带正电荷的工件表面，原本互不粘连的粉末粒子经加热熔融固化成均匀、平整、光滑的涂层。[2][3][4] 环氧涂层填充型钢绞线的另一重要原料是环氧树脂粉末，环氧粉末除应在熔融固化后具有ASTM A882/A882M-04a标准和ISO 146551999标准中规定的涂层防腐性能要求外，还应具有如下工艺性能要求粉末的颗粒细度、粉末的电阻率和介电常数、粉末含水量的湿度、粉末的稳定性。[5]目前，国内尚没有厂家生产出适合环氧涂层填充型钢绞线的环氧树脂粉末，因此，江阴法尔胜住电新材料有限公司使用的环氧粉末原材料全部由国外进口，能保证上述涂层防腐性能和工艺性能要求。 当经过前处理和前加热后的光面钢绞线进入喷涂室后，干燥的压缩空气带动储料桶内的环氧粉末进入喷枪，喷枪由于接上高压负极产生电晕放电，其周围产生密集的电荷，使 粉末带上负电荷，其通过锥孔旋转喷头后，在静电力和压缩空气的作用下，均匀地吸附在钢绞线上。为确保钢绞线径向各处膜厚均匀，喷涂室内安装喷枪从不同角度对钢绞线进行静电喷涂。 由于钢绞线已经经过预热处理，当环氧粉末均匀吸附到钢绞线上后，立即熔融，经复扭后钢绞线各丝间隙及外层均由环氧树脂涂覆，环氧树脂填充型钢绞线初步成形。 3.6 喷砂 喷砂工序仅用于制作磨砂型环氧涂层填充型钢绞线为保证环氧钢绞线与混凝土的有效粘结，在其表面均匀喷涂一层惰性材料砂粒，以增强钢绞线与混凝土的握裹性。砂粒必须选用颗粒均匀、不易破碎的无机矿物砂。在环氧树脂未完全固化前均匀喷涂到钢绞线表面。 3.7 脱磁 由于喷涂时钢绞线上带正电，因此需将其通过脱磁装置进行脱磁处理将其极性消除。 3.8 固化后加热 初步成形的环氧树脂填充型钢绞线必须连续通过热空气烘管进行固化。调节热空气温度以控制环氧树脂的固化温度。 3.9 水冷却 固化后的环氧钢绞线连续通过水冷槽进行快速完全冷却。 3.10 在线膜厚检测和针孔检测 为控制环氧涂层填充型钢绞线的产品质量，在生产线上安装自动膜厚检测仪和针孔检测仪。自动膜厚检测仪能测试钢绞线径向表面膜厚，并通过自动调整喷枪的粉末喷射参数进行膜厚调节，使各处膜厚均匀一致。针孔检测仪是将3KV高压加在刷状软金属上，并紧贴在环氧钢绞线表面。若钢绞线上存在针孔，则产生放电现象，可检测出该针孔位置。在该位置做好标记，在复绕过程中进行修补。 3.11 钢绞线后牵引和收线 采用履带式牵引机牵引钢绞线并利用自动收线机进行收线。 3.12 复绕 环氧涂层填充型钢绞线生产过程中，若检测到其内部存在针孔，则必须进行复绕修补处理，以保证成品出厂时全长范围内无针孔存在。复绕时，利用针孔检测仪再次对钢绞线进行4KV针孔检测，若发现针孔，则停止牵引，用专用液态修补环氧树脂修补该针孔，待环氧树脂固化后再次牵引，直至所有针孔被全部修补。 4 质量标准 根据ASTM A882/A882M-04a和ISO 146551999标准要求，环氧涂层填充型钢绞线需满足表1所示的质量要求。 表1 环氧涂层填充型钢绞线的质量要求[6][7] 序 号 试验名称 合格要求 试验方法 1 钢绞线涂层厚度试验 0.38～1.14mm ASTM 0.4～0.9mm ISO 在连续的钢绞线上，至少每600m取样测量钢绞线凸部环氧涂层厚度，取外层6根钢丝凸部涂层厚度的平均值 2 钢绞线涂层连续性试验 环氧涂层应无孔洞、中空、裂纹或肉眼可分辩的受损区域 生产过程中，用针孔检测机对钢绞线进行连续针孔检测 3 钢绞线涂层粘附性试验 弯曲试验中，在弯曲钢绞线的外围，不应有肉眼可见的涂层裂纹或粘结失效现象； 拉伸试验中，涂层不应出现肉眼可见的裂纹 弯曲试验在20～30℃下，从环氧钢绞线成品盘上取一端试样，沿直径为钢绞线公称直径的32倍心轴进行180弯曲； 拉伸试验在232℃下，拉伸速度为6～60MPa/s，钢绞线试样拉伸至1％的延伸率 4 钢绞线拉伸试验 满足规范要求 在拉伸试验机上测量钢绞线的破断载荷、延伸率等 5 钢绞线松弛试验 1000h后的钢绞线松弛损失不大于6.5％ 环氧钢绞线加载至破断载荷的70％，1000h后测量 合格的环氧涂层填充型钢绞线除应满足表1的质量要求外，还应与锚具组装件一起满足静载试验和疲劳试验的要求。江阴法尔胜住电新材料有限公司生产的环氧涂层填充型钢绞线及其配套锚具，经过第三方检测结构检测，各项性能指标完全满足ASTM A882/A882M-04a、ISO 146551999、GB/T 14370-2000标准的要求。 5 应用领域 环氧涂层填充型钢绞线适用于各种预应力工程，特别是盐害地区、海洋性气候地区等特殊环境中。它能作为体内预应力筋（推荐采用磨砂型环氧涂层填充型钢绞线）、体外预应力筋、斜拉索索体、岩土锚固锚杆等使用。 6 结论 通过控制生产过程的各环节，环氧涂层填充型钢绞线具有优良的机械性能、卓越的防腐性能以及与各种工程结构的适应性，是目前国内防腐钢绞线行业公认的优良产品，为解决预应力结构钢材的耐久性问题提供了新的选择答案。 参考文献 [1] 孙金茂，桥梁用预应力钢丝钢绞线的防腐，金属制品，2000（3） 59 [2] 王家青，汪朝晖，胡迎锋，静电喷涂技术及其应用探讨，机械工程师，2006（1） 136138 [3] 李红生，王文丽，静电喷涂技术，涂料技术与文摘，2004（2） 1314 [4] 赵晓利，静电喷涂工艺综述，涂装指南，2005（5） 1012 [5] 邱鹤年，静电喷涂工艺对环氧粉末涂料的技术要求，涂装指南，2005（3） 6568 [6] ASTM Designation A882/A882M-04a, Standard Specification for Filled Epoxy-Coated Seven-Wire Prestressing Steel Strand [7] ISO 146551999, Epoxy-coated strand for the prestressing of concrete