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环氧粉末涂层钢筋流化床涂敷工艺
 
慧聪网   2005年11月11日9时48分      

   摘要:环氧粉末涂层钢筋是防止钢筋混凝土结构(包括海工混凝土结构)盐污染或化工侵蚀介质污染的一种方法。钢筋上所涂覆的涂层必须符合特定的技术规范。适合钢筋环氧粉末涂敷的工艺经多次试验研究,结果表明流化床工艺是优选的方法。经过批量生产证明,卧式流化床工艺具有明显的省时省工,提高劳动生产率,节省粉末用量,保证涂层质量等优越性。
    1前言
    为防止钢筋混凝土结构(包括海工混凝土结构)盐污染或化工侵蚀介质污染,在钢筋外表面涂以环氧粉末作为防腐层,这种方法在美国、加拿大、欧洲、中东和香港等国家和地区成功应用达二十余年。应用经验和研究表明,它与优质混凝土或掺阻锈剂方法联合使用,具有叠加的保护效果。
    2环氧涂层钢筋的特点
    由于环氧涂层钢筋之间为绝缘涂层所隔开,缺乏电连续性,若采用外加电流阴极保护,不仅会降低保护效果,而且在环氧涂层局部损伤处产生的杂散电流,还会引起严重的电腐蚀问题。故环氧涂层钢筋不得与外加电流阴极保护联合使用。
    环氧涂层钢筋表面光滑、胶结-摩阻降低,咬合作用不好而容易滑脱,致使粘结性能减弱、粘结强度降低。试验研究表明,与无粘结涂层钢筋相比,涂层钢筋的粘结锚固强度降低约10%,在最不利的锚固条件下可降低20%,锚固长度约增长25%,搭接锚固强度约降低13.8%。考虑到环氧涂层钢筋的工程应用经验尚少,故偏安全地规定:环氧涂层钢筋的粘结强度可取为无涂层钢筋的80%,锚固长度和受控绑扎搭接长度分别取为无涂层钢筋锚固长度的1.25倍和1.5倍。
    与无涂层的钢筋混凝土结构相比,配涂层钢筋的混凝土构件承载力基本相同,刚度降低0~11.3%,钢筋应变不均匀系数增大6.2%,平均裂缝间距增大10.8%。据此分析,并从偏安全方面考虑,配涂层的钢筋混凝土构件的承载力、裂缝宽度及刚度的计算方法与无涂层钢筋构件相同,但计算刚度应取系数0.9,裂缝宽度应取系数1.2。
    3涂层检测标准
    在涂敷环氧粉末涂层前,必须对钢筋表面进行净化处理,其质量应达到目视评定除锈等级S21/2级。净化后的钢筋表面不得附着氯化物,表面洁净度不低于95%;净化后的钢筋表面应具有适当的粗糙度,其波峰至波谷间的幅值应在0.04-0.10mm之间。
    固化后的涂层厚度应在0.18~0.30mm之间。涂层应保持连续性,不应有孔洞、孔隙、裂纹或肉眼可见的其它缺陷。涂层钢筋在每米长度上的微孔(肉眼不可见之针孔)数目平均不应超过3个。
    涂层钢筋必须具有良好的可弯性,可采用“弯曲试验机”进行检测。试验样品应在20~30℃之间达到热平衡状态,将试验样品的两纵肋(弯形钢筋)置于与弯曲试验机心轴半径相垂直的平面内,以均匀的且不低于8r/min的速率弯曲涂层钢筋,弯曲角度为180°(回弹后),对于直径d不大于Ф20mm的涂层钢筋,弯曲直径应不大于4d;对于直径d大于Ф20mm的涂层钢筋,弯曲直径应不大于6d。
    4环氧涂层钢筋涂装工艺
    钢筋的粉末涂装工艺可以分为喷涂法、散布法、辊涂法和流化床浸涂法。最常用的是喷涂法和流化床工艺。根据目前我厂一批国外钢筋订单,钢筋直径Ф12mm,长度、形状不同,共12种规格,最短者为1.2m,最长者为9.9m。有直管段、单头弯、双头弯和“U”形弯等形状。总吨位160吨之多,总长度为18000m,总根数为60000多根,而且必须在2个月内全部涂装完成。
    首先,我们采用热喷涂工艺对钢筋样品进行喷涂试验,在确保涂层厚度、针孔度、可弯性等性能达标后,我们研究了批量生产的可行性。实践证明,热喷涂工艺存在明显弊端;粉末飞扬严重,回收难度大。环氧粉末喷涂时,由于单个钢筋必须一字排开,又要保持适当的间距,喷涂操作时,两根钢筋之间的空隙处粉末飘浮于空中,而目前尚无专用粉末回收设备。这种设备是特殊结构,占地面积大,技术难度高,投资较大,制造周期较长的设备,因此在交货期非常急的情况下着手研制这种设备是不现实的。另外我们这批订单是一次性的,若花巨资添置整套庞大设备,到后来“三天打鱼,两天晒网”,连成本都很难收回。就是装备全部到位的话,实际操作时,产品规格繁琐,生产节拍很慢,要在这么短的期间内完成如此数量的钢筋涂塑任务,几乎没有可能,况且外方又不同意延期交货。
    既然喷涂法不可行,还有其它途径吗?俗话说:“东边不亮西边亮”,“车到山前疑无路,柳暗花明又一村”。经过分析研究比较,我们想到了流化床涂装方法。
    5流化床工艺特点
    5.1流化床工艺的通用
    流化床工艺系指工件预热后浸入流态化的粉末容器中,附着一定的粉末涂料之后再固化的涂装工艺。流化床床身皆为立式结构.截面形状为正方形或圆形,其最大面积在1m2左右。由于受空间限制,床身一般为1~2m高。这使适合流化床工艺涂敷的工件尺寸很大程度上受到约束。只有在一定规模,且批量大的条件下才适宜流化床法涂敷。
    5.2特殊规格立式流化床
    到目前为止,国内特殊规格的流化床应用较少。80年代山东某企业从日本转让一套钢管内、外涂塑流化床工艺,其中流化床床身直径为2m,床高为8m,钢管要垂直浸放于床身中,空间余量要求很高。因此只有将床身埋于地面下,这样才能完成从地面向上至多6m长钢管的浸涂。但对于直径只有Ф12mm长的10m钢筋,要实现立式流化床浸涂是不现实的。
    5.3卧式流化床的选择
    如将钢筋横放于床身中能否得到满意的涂层呢?这里必须解决几个问题:
    5.3.1预热温度
    钢筋涂层厚度取决于预热温度。温度高,即热熔量高,粉末熔融量多,附着于钢筋表面的粉末量就多,固化后涂层必厚。反之涂层必薄,甚至达不到起码的厚度值。
    5.3.2浸涂时间
    预热温度设定后,钢筋浸入流态化粉末中的时间长短也直接影响到涂层厚度。浸入时间越长,粘附的粉末量就越多,涂层也就越厚,反之就越薄。
    5.3.3浸八角度
    钢筋的浸入角度直接影响涂层厚度。若一端先浸入床身,其接触粉末时间比后浸入的一端多,其结果必定是涂层厚度不均。要保持整根钢筋涂层厚度一致,必须将其平行浸入床身中,也就是零角度浸入。
    5.3.4取出角度
    钢筋浸入床身后,如何取出对涂层厚度也影响极大。我们必须注意钢筋的取出角度。如零角度即平行取出流化床“液面”,钢筋上表面必定堆积一层多余粉末,如不及时清除掉,就会造成涂层上厚下薄的现象。解决的方法应该是钢筋与“液面”成45°~90°的角度快速取出。如长钢筋不能达到要求的角度取出,起码应将上面堆积的多余粉末用压缩空气吹净或用抖动或振动方式清除之。
    5.3.5创伤口修补方法
    钢筋浸入流化床时必须用夹具将其夹住,取出时将钢筋放在固定支架上后夹紧处必定无涂层。我们可以等涂层固化后再以专用修补胶修补,或立即用粉末修补。经过试验我们发现,趁夹具松开钢筋尚有余热时,立即用粉末涂料在创伤处进行补涂是最好的创伤修补方法。至于修补时采用喷涂还是刷涂,只要达到目的任你选择。
    6卧式流化床独特的优越性
    直径Φ12mm、最大长度9.9m的钢筋采用卧式流化床工艺涂装,具有明显而独特的优越性。
    6.1生产节奏明显加快
    与喷涂法相比,流化床涂装工艺的生产节拍大大提高。经分析测算,就我们这批钢筋订单而言,要完成如此涂装量的环氧涂层,采用喷涂工艺起码需要4个月的时间,而且要求其它产品的涂塑加工全部停下来。现在我们采用流化床涂装工艺,在不影响日常涂塑业务的同时,利用工余时间,适当  占用一些休息时间加班,在两个月时间内便完成了这批任务。
    这就说明流化床法的生产效率与喷涂法相比,起码翻了一番多。
    6.2粉末利用率大大提高
    卧式流化床浸涂工艺中粉末基本不飞扬,即无浪费现象,也无需任何粉末回收装置。如采用喷涂时,粉末回收率至多50%左右,回收的粉末也很难与新粉混合重新使用,往往因混入杂质而作为等外级粉末降级使用。
    6.3降低了环境污染程度
    钢筋在流化床浸涂时无粉末溢出,更无粉末在空中飞扬,对净化空气,降低环境污染,保持生态环境起着积极的作用。操作工人在洁净舒适的环境下操作,有利于职工的身体健康
    6.4涂层质量容易保证
    流化床浸涂时整根钢筋都沉入流态化的粉末中。在热量作用下,钢筋周身皆被粉末覆盖和包围着,完全处于浸透的状态。即使钢筋表面有高低不平或缩孔等缺陷,也容易被粉末填满和掩盖,不像喷涂时易产生屏蔽现象,表面缺陷无法清除。故涂层厚度、针孔度乃至表面平整度和光洁度都处在一个正常的要求状态,涂装质量合格率大幅度上升。
    6.5工艺流程大为简化
    如此繁杂的钢筋涂装若采用喷涂工艺必须先将每根钢筋都固定于构架上,经预热后再进行喷涂,随后分别置于另一构架上予以固化,每次喷涂必须限定钢筋数量。而流化床浸涂时,可以将一大批钢筋堆放在一起预热,再一根根进行浸涂,冷却后也可堆放在一起,最后分开进行固化。此工艺流程简化了若干重复环节,使流程简捷,提高了生产效率。
    6.6设备简单、易行、可靠、制造成本低
    卧式流化床占地面积极小,总共只有5m2,且无其它繁杂的辅助装置,只需一道气路即可。设备投资极小,制造成本低廉,制作周期很短,适用性、针对性强,且易行可靠,投入运行后,很受操作人员的欢迎。
    7卧式流化床装置的研制
    为了满足系列化钢筋的浸涂,可以研制针对性强的系列流化床装置。也可以采用一种规格的卧式流化床解决系列化钢筋的操作问题。此卧式流化床结构分为床身、透气层、气室等。
    7.1床身尺寸
    因最长钢筋为9.9m,故流化床的长度应在9.9m以上,考虑到强度和刚度的要求,此设备分为三段,每段为3.5m,总长为10.5m。至于宽度和高度要求不严,考虑到下面透气室的容量有限,故将宽度和高度限制在尽可能小的范围内。以宽度400mm,高度500mm最为合适。床身材料用δ=2mm的钢板经剪切、折变、焊接、螺钉连接而成。
    7.2透气层的制作
    流化床的透气层材料一般用环氧粉末和石英砂按一定比例混合后烘制而成。我们没有采用石英透气板,原因在于制作难度大,即使制作成功,投入运行后透气板因太长,纵向强度不够,稍有不慎就可能产生破裂而“前功尽弃”。那么使用什么材质呢7从国外有关科技情报得知:以布质材料作透气板可行。于是我们先后用合成纤维布和纯帆布分别作了试验。筛选出以15~20层粗帆布作为透气层效果最好。
    7.3气室的结构设计
    净化后的压缩空气进入气室时,应通过专用的气路出口进入透气层,其原则是:进入透气层的气路出口分四点垂直向下,经反射反弹向上钻入帆布层将粉末流化,这四点围成的面积应等于气室底部总面积的1/2,这样的气室结构比较合理实用。
    8应用情况
    环氧涂层钢筋作为海上混凝土结构防腐蚀措施已成功应用多年。但对1897年美国两座跨海混凝土桥的调查和以后若干海工混凝土结构应用该钢筋的调查表明,制作和施工质量差的涂层钢筋也会在使用仅4~6年的海工混凝土上出现异常严重的钢筋腐蚀破坏。为保证这种钢筋仍不失为盐污染环境中的一种可以显著提高海港工程混凝土结构的耐久性材料,以后美国、日本、欧洲又相继修订和制定了质量要求更高、更全面的相关标准,从材料选择、净化处理、涂敷、运输、吊装、修补、贮存加工、架空到浇筑混凝土的施工全过程,全面而严格地加强全过程质量控制,以尽量减少涂层损伤,使其达到预期的使用效果。国外近年的大量工程实践以及我国汕头LPG海港码头首次大规模应用的环氧涂层钢筋的工程时间业已证实,只要严格遵守国内外现行有关标准的系统要求,加强这种钢筋制作、加工、操作和使用全过程的质量控制,完全可以保证使用寿命。
    9结语
    环氧粉末涂层钢筋得到推广应用,目前国内还处在起步阶段,钢筋涂敷工艺多种多样。根据钢筋的形状、规格、数量可以选择相应的涂敷工艺。经多次应用比较:流化床法尤其是卧式流化床法具有综合优势,经济效益明显,具有广泛的推广应用价值,将越来越受到粉末涂装行业的重视。
 
 
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