嵌砂型环氧涂层钢绞线与固定端锚具连接施工技术

作者：张杰 张晓强

中铁一局集团第二工程有限公司河北 唐山 063000

摘要：预应力材料从我国研制开发的冷拉钢筋、冷拔钢丝到中强预应力筋，再到从国外引进高强预应力钢丝、钢绞线技术，极大的促进了我国预应力工程技术的发展，随着预应力钢绞线表面涂层技术的应用，预应力钢绞线领域出现了以防腐和增加预应力钢绞线与混凝土握裹力为主要特点的嵌砂型环氧涂层钢绞线，该类钢绞线是一种较为新型的预应力材料，在国内外应用较少。文章从嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线与固定端锚具连接施工质量出发，进行了大量现场试验总结和实践检验，研究出了一套嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线与固定端配套锚具连接的施工工艺技术，可以为类似工程施工提供借鉴。

关键词：预应力 嵌砂型环氧涂层 钢绞线 锚具

0 引言

依托工程钢桥墩与承台连接的锚固段采用“预应力钢束+PBL剪力键”组合形式，预应力工程是施工质量控制的关键工序环节，新材料与新工艺应用也是容易发生质量问题的薄弱点，施工前调查发现依托工程所设计的Φs15.2七股型整根涂层嵌砂型环氧钢绞线材料国内可生产厂家屈指可数，成功应用于已建工程且形成标准化施工工艺的案例更是寥寥无几。根据以往施工经验，综合分析研判——嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线涂层平均厚度约为0.58mm，固定端锚具挤压套挤压后，挤压簧无法穿透嵌砂环氧涂层与钢丝有效连接，因此，挤压套施工应去除嵌砂环氧涂层。依托工程设计单位认为锚具为配套产品，嵌砂环氧涂层无需去除。经调查，国内目前没有专业的锚具厂家对此开发配套锚具产品。在工期进度要求下项目没有足够时间研发配套产品，更没有类似工程实践经验做参考的情况下，研究一种确保嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线与固定端锚具连接的施工方法，显得尤为重要。

1 工程概况

依托工程项目主桥为连续钢箱梁，全长280m（40m+55m+90m+55m+40m），包含ZP1～ZP6共计6轴桥墩，基础设计均为钻孔灌注桩接混凝土承台结构，其中ZP2、ZP5桥墩采用V型钢结构墩，ZP3、ZP4墩采用Y型钢结构墩，V型、Y型钢墩与承台锚固段连接采用“预应力钢束+PBL剪力键”组合形式，V型墩锚固段共设置32根预应力钢束，Y型墩锚固段共设置48根预应力钢束，钢束型号均为20ΦS15.2-1860级钢绞线。钢束均采用单端张拉，张拉端预应力锚具采用可二次复拉的低回缩预应力锚具，钢绞线采用嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线，设计要求锚具须与嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线配套使用。

2 施工情况

2.1不去除嵌砂环氧涂层施工情况

为验证嵌砂环氧涂层对固定端锚具锚固性能的影响，现场在挤压套施工前未对嵌砂环氧涂层进行处理共制作了三组试件。经试验发现，嵌砂型环氧涂层钢绞线在涂层未剥离条件下，安装固定端挤压套后进行静载锚固性能试验时，张拉力值平均在达到试验规范要求力值5404KN的85%时发生了挤压套滑脱现象，嵌砂环氧涂层与滑脱的挤压套连带在一起，剥落的嵌砂环氧涂层呈褶皱状，被剥离嵌砂环氧涂层后的钢绞线挤压簧压痕深度较浅且不明显。由此可见，在嵌砂环氧涂层未剥离条件下，挤压簧无法完全穿透嵌砂型环氧涂层而刻入钢丝起到锚固作用。在现状调查中我们发现，目前市场上并无在不去除嵌砂环氧涂层情况下满足要求的配套用锚具，有关试验情况如下图所示。

图 1 嵌砂型环氧涂层不去除情况下的静载锚固性能试验试件情况

通过不去除嵌砂环氧涂层施工情况分析，要保证嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线与锚具连接质量，必须采用措施去除钢绞线上的嵌砂环氧涂层。经过市场调查，目前国内锚具生产厂家均无配套嵌砂型环氧涂层钢绞线固定端锚具产品，类似工程均采用去除嵌砂环氧涂层方法施工，由于本工程工期紧任务重，单独研发配套锚具无时间条件，因此本工程计划采用去除嵌砂环氧涂层方法进行施工。据了解，类似工程采用角磨机打磨的方法去除嵌砂环氧涂层，本工程通过试验总结发现，采用角磨机打磨方法施工效率低下，打磨过程中容易损伤钢绞线，质量难以保证。与类似工程所涉及的嵌砂型环氧涂层钢绞线数量仅有6束、每束3根、共计18根相比较，本工程涉及嵌砂型环氧涂层钢绞线有320束、每束20根、共计6400根，数量巨大。因此采用机械打磨去除嵌砂环氧涂层方案并不适用于本工程，应研究新的解决方案。考虑到环氧树脂材料作为一种高分子聚合物，应该可以通过火焰高温溶解或化学溶解反应予以去除，因此，依托工程从此两方面展开研究。

2.2采用火焰高温溶解去除嵌砂环氧涂层

依托工程使用瓦斯煤气燃料为火源，利用火焰高温溶解嵌砂环氧涂层方法制作了三组试件，并对试件进行静载锚固性能试验，试验力值均在未达到试验规范要求时发生了钢绞线断裂，3组试件钢绞线断口均为外圈6丝拉断，中间1丝滑脱。经分析认为，导致实验失败的主要原因是火烧温度控制不标准，对钢绞线有损伤，且不排除火烧去除了钢绞线外层环氧涂层，中间1丝与外丝之间嵌入的环氧涂层未能去除干净，导致张拉时中间1丝与外圈6丝产生滑动而未能完全参与工作，致使内圈6丝受力集中而拉断。综合分析认为火焰高温溶解嵌砂环氧涂层施工工艺中火焰温度难以控制，高温溶解嵌砂环氧涂层在环境温度变化较大时容易造成钢丝脆化，从而降低钢绞线整体抗拉性能，因此无法推广应用。火焰高温溶解嵌砂环氧涂层制作的静载锚固性能试验试件断口及滑脱情况如下图所示。

图 2 火焰高温溶解去除嵌砂环氧涂层工艺钢绞线静载锚固性能试验试件断口

2.3采用化学方法去除嵌砂环氧涂层

经调查，目前市场上存在多种类型的环氧树脂溶解剂，试验选取了一款使用安全、溶解速率适中、性状性能稳定、现场操作简便的环氧树脂溶解剂，该溶解剂无色无味，具有轻度挥发性，使用中需佩戴护目镜和橡胶手套对眼睛及皮肤等身体重要部位予以保护。该溶解剂对金属无损伤并可保持金属原光洁度，但对塑胶有腐蚀性，如果是塑料粘金属，一般是保金属件去塑料件，非常适合去除钢绞线上的嵌砂环氧树脂涂层。经试验发现，使用该方法效率高、安全可靠、易保证施工质量。

图 3 嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线在环氧树脂溶解剂中浸泡后使用裁纸刀割除环氧涂层的效果

依托工程按照试验确定去除嵌砂环氧涂层的方法，制作了3组（60根）嵌砂环氧涂层预应力钢绞线连接固定端锚具静载锚固试验试件，三组试件均在力值在未达到规定值前组装件发生单根P锚挤压套拉脱现象，导致试验失败。事后经对试件进行认真分析检查，发现发生挤压套滑脱的单根钢绞线嵌砂环氧涂层未完全清理干净是导致组装件P锚挤压套滑脱的主要原因。于是，依托工程在原有去除嵌砂环氧涂层的工艺基础上增加了质检环节，对浸泡时间、割除方法等参数进行严格把关，确保试件制作达到预期目标，按此工艺重新制作的试件，试验力值均达到了规范要求，且未发生断裂、滑脱等质量问题。

综上所述，采用化学方法去除嵌砂环氧涂层方法科学有效，解决连接质量问题的同时保证了效率，因此依托工程将采用化学方法去除嵌砂环氧涂层方法确定为了解决方案。

3 施工技术

3.1确定参数

施工前，应将所选择的环氧树脂溶解剂与嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线产品进行试验，验证溶解剂各项性能参数，确定用量、挥发性、浸泡时间及安全注意事项等。依托工程经试验确定：对应嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线所选择的环氧树脂溶解剂在环境温度16～23℃条件下，每15.8h挥发100ml；嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线在溶解中浸泡3.5h后采用裁纸刀可轻松割除，挥发时长与环境温度、容器口径有较大关系，具体施工应根据项目所处位置确定。

图 4 嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线采用环氧树脂溶解剂浸泡去皮试验

3.2现场实施

施工现场我们将一个铁桶切割后，制成一个高50cm、直径59cm的铁制容器，同时用型钢制作一个简易的支撑架。将下料好的嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线逐根插入到铁桶中，插入过程中不断调整相互位置，使之大致排列整齐。本工程单次浸泡350根钢绞线的一端，此时铁制容器未完全挤满钢绞线的部分采用其他物品（非塑料、树脂类）塞紧固定，为防止钢绞线散乱，在整束钢绞线的上端采用铁丝临时绑扎固定，整束钢绞线自然贴靠在简易支撑架上。从铁制容器的一侧缓缓加入环氧树脂溶解剂，控制加入环氧树脂溶解剂液位高度保持在10cm，确保需要去除嵌砂环氧涂层的10cm范围能有效浸泡。浸泡期间每隔30分钟测量一次环氧树脂溶解剂液位高度，环氧树脂溶解剂挥发数量超过10mm时，现场及时补充。浸泡持续至3.5小时后，取下浸泡的钢绞线，将铁桶中剩余的环氧树脂溶解剂及时回收，并立即安排工人采用裁纸刀对嵌砂环氧涂层进行逐根割除，防止长时间放置使嵌砂环氧涂层硬化而难以割除。

图 5 嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线现场采用环氧树脂溶解剂浸泡处理

图 6 嵌砂环氧涂层割除施工方法及处理效果

3.3注意事项

为保证嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线与固定端锚具连接施工质量，确保施工安全，施工中应特别注意一下几个方面。

（1）根据调查，绝大部分环氧树脂溶解剂均有不同程度的挥发性，挥发性气体吸入人体或溅入眼睛会对身体造成一定程度的伤害，因此应选用烈度低、使用简便、在有效防护条件下对人体无伤害的环氧树脂溶解剂。

（2）嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线在容器中浸泡时，应对容器敞口部分用非塑料制品掩盖，以减少挥发，节约环氧树脂溶解剂用量。

（3）浸泡过得嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线应尽快割除其表面环氧涂层，由试验可知，浸泡过得嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线放置36h后，使用裁纸刀割除难度变大，效率明显降低。

（4）使用裁纸刀割除环氧涂层应确保彻底，任何残存均可能影响其与挤压套之间的有效连接。

4 结论

嵌砂型环氧涂层预应力钢绞线作为一种新型预应力材料在工程实践中应用较少，针对依托工程工期紧任务重的特点，项目团队经过多种多次试验的方法确定了去除嵌砂环氧涂层的技术方案，在保证工程质量的情况下，加快了施工进度。在新的配套锚具产品研制应用之前，本工程所采取的施工方法值得借鉴与推广。

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）

[2]《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ85-2010）

[3]《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2015）

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