一种采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构的制作方法

本实用新型涉及钢筋混凝土技术领域，特别涉及一种采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构。

背景技术：

目前，混凝土结构的耐久性问题已得到越来越多的关注，其中，钢筋锈蚀是导致混凝土结构劣化的最主要因素。导致混凝土结构劣化的主要因素有氯离子侵蚀、混凝土碳化、硫酸盐侵蚀、冻融破坏、海浪冲击等，其中氯离子侵蚀是致使钢筋锈蚀的最主要因素。混凝土结构中的游离氯离子与钢筋发生化学反应，引起钢筋顺筋锈蚀膨胀并导致混凝土出现裂缝，降低混凝土结构的耐久性及设计使用寿命。因此，在混凝土生产中，原材料如砂、石、搅拌和养护用水、外加剂等须严格控制氯离子的含量。

但另一方面，随着我国海洋经济发展及边远海岛的建设需求，在离岸岛礁建设凝土工程的需求量增大。我国对海洋的开发已进入黄金时期，但严酷的海洋环境使得公认具有强耐久性的混凝土结构也常因耐久性不足而导致过早破坏，严重制约着我国海洋经济的发展。离岸岛礁上无淡水、碎石、河砂等常规建筑原材料，而从大陆用船运输过去不仅运输成本高，且受风浪等自然条件限制，工期难以保证。因此，在不破坏岛礁生态环境前提下就地取材用海砂代替河砂，用海水代替淡水，配制海水拌养海砂混凝土，对离岸快速修建人工岛礁及国防安全有着重要的现实意义和应用值。

海水拌养混凝土与淡水拌养混凝土的差异，在于海水中含有大量的氯盐，对钢筋具有很强的腐蚀性。在素混凝土结构中，氯离子(c1^-)可与未水化水泥中的铝酸钙反应，生成水化氯铝酸钙。试验研究表明，结晶态的氯铝酸钙延缓和减弱了海水对混凝土的侵蚀，有助于混凝土强度尤其是早期强度的提高。因此，对于海洋环境中的素混凝土结构，氯离子对其耐久性的不利影响可忽略不计。而在钢筋混凝土结构中，c1-可通过毛细孔渗入混凝土内部，在钢筋表面累积到一定浓度(即临界值)后将导致混凝土中的钢筋发生锈蚀，从而使混凝土结构发生破坏。

针对氯离子对钢筋混凝土的腐蚀问题，研究人员从不同角度出发，开发出多种防腐方法，例如，提高混凝土的保护层的厚度、阴极保护技术、外加阻锈剂和缓蚀剂、在混凝土表面涂装防护涂料、采用环氧涂层钢筋、采用特种钢筋如不锈钢筋等。

提高混凝土保护层厚度主要是阻止或减缓环境中的c1-进入混凝土，延长c1^-到达钢筋表面的时间来保护钢筋，这一措施对于海拌海养混凝土是无实际意义的。存在于珊瑚集料、海水和海砂中的c1^-可直接到达钢筋表面并导致锈蚀。阴极保护技术包括强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护，其方法简单，但对人员、场地及投入资金要求较高，难以适应远洋岛礁大规模、大面积的建设需求。阻锈剂和缓蚀剂的主要功能不是阻止c1^-进入混凝土，而是在当有害离子进入混凝土之后使c1^-丧失侵害能力，仅能延缓钢筋腐蚀的电化学过程。在混凝土表面涂装防护涂料与提高混凝土保护层厚度一样，对于海拌海养混凝土是无实际意义的。环氧涂层钢筋施工复杂，防腐效果很大程度取决于施工质量控制，限制了其大规模应用。不锈钢钢筋较普通钢筋的耐腐蚀性能提高很多，国外研究者对不锈钢钢筋的耐腐蚀性能进行了大量研究，结果显示在模拟海水环境下不同钢筋的耐蚀性能，316>>2201>3cr12>普通钢筋。从综合效益考虑，选择耐蚀性能好，价格高的不锈钢筋是海拌海养混凝土用钢的较佳选择。但不锈钢钢筋屈服强度低且价格昂贵，实际使用中须增加配筋率保证强度，这种方法成本较高。

鉴于此，有必要提供一种新的方法解决氯离子对钢筋混凝土的腐蚀问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，采用不锈钢-碳钢覆层钢筋，从源头上解决钢筋锈蚀问题，保证了钢筋混凝土具有优良的抵抗海洋氯化物侵蚀的性能，同时具有较高的抗压强度、抗拉强度和屈服强度。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，包括混凝土基体、设于所述混凝土基体内部的覆层钢筋，所述覆层钢筋包括芯部钢筋及包覆于所述芯部钢筋表面的不锈钢覆层。

进一步地，所述不锈钢覆层采用316l材料制备。

进一步地，所述不锈钢覆层的厚度为0.1-2mm。

进一步地，所述芯部钢筋采用螺纹碳钢制备，其材料为hrb400、hrb400e、hrb500、hrb500e中的一种。

进一步地，所述覆层钢筋的端面采用防腐材料覆盖。

进一步地，所述芯部钢筋与所述不锈钢覆层通过热轧工艺冶金结合。

进一步地，所述覆层钢筋为带肋钢筋或光圆钢筋。

进一步地，所述混凝土基体为海拌海养混凝土基体。

进一步地，所述混凝土基体的截面形状为方形或圆形。

与现有技术相比，本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，有益效果在于：

一、本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，通过在普通钢筋的表面包覆不锈钢覆层，使覆层钢筋具有较优的防腐性能，从而保证钢筋混凝土具有优良的抵抗海洋氯化物侵蚀的性能；且覆层钢筋的芯部钢筋为螺纹钢碳钢，使覆层钢筋同时具有与普通钢筋相同的力学性能，从而保证钢筋混凝土具有较高的抗压强度、抗拉强度和屈服强度，而不需要额外增加配筋量。

二、本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，混凝土基体为海拌海养混凝土基体，采用海砂、珊瑚礁碎屑为集料，以海水直接搅拌和养护，就近取材，减少从陆地运输建筑原材料的工作量，降低运输成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构的结构示意图；

图2是图1所示采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构中覆层钢筋的结构示意图；

图3是图2所示覆层钢筋的截面示意图；

图4是覆层钢筋的结合界面金相图；

图5是覆层钢筋拉伸试验断口处实拍图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型所述的海拌海养混凝土是指采用海水直接搅拌和养护制备得到的混凝土。

请结合参阅图1、图2和图3，其中图1是本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构的结构示意图；图2是图1所示采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构中覆层钢筋的结构示意图；图3是图2所示覆层钢筋的截面示意图。采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构100包括混凝土基体11、设于混凝土基体11内部的覆层钢筋12。

其中，混凝土基体11由混凝土拌合物凝固形成。在制备工艺中，混凝土基体11以水泥为主要胶凝材料，以海砂、珊瑚礁碎屑为集料，以海水为拌和水制备得到。本实用新型中，水泥、集料、海水的混合比例为1:2.8-3.3:0.4-0.5；且由于本实用新型所用的集料为海砂、珊瑚礁碎屑组成的混合物，具有质松、表面粗糙且空隙多的特点，因此水泥使用量相对于现有技术中普通混凝土水泥使用量增加。优选的，珊瑚礁碎屑的粒径小于等于10mm；集料中海砂与珊瑚礁碎屑的质量比控制为1:1.2-1.5。

需要说明的是，在混凝土拌合物制备工艺中，需要控制集料的泥含量，使含泥量≤0.3％。

另外，在应用过程中，可根据混凝土的使用环境和混凝土拌合物的性能，在原料中增加适量的外加剂。根据混凝土需要改善的性能，外加剂为减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂中的至少一种，其加量小于等于水泥质量的5％。外加剂的掺入用以改善混凝土拌合物的流变性、调节混凝土的凝结时间和硬化性能，且具体的掺入成分及含量可根据具体的应用环境调整。

本实用新型的重点在于，钢筋混凝土所用的钢筋为不锈钢-碳钢覆层钢筋，即覆层钢筋12包括芯部钢筋121及包覆于芯部钢筋121表面的不锈钢覆层122。其中芯部钢筋121采用碳钢材料制成，其材料可以为hrb400、hrb400e、hrb500、hrb500e中的一种，也或是其他材料的碳钢。优选的，芯部钢筋121采用螺纹钢，可提高芯部钢筋121与不锈钢覆层122的结合强度。

优选的，不锈钢覆层122采用316l不锈钢材料制备形成，其牌号为022cr17ni12mo2。不锈钢覆层122的厚度为0.1-2mm，具体厚度根据设计要求调整；优选地，不锈钢覆层122的厚度为0.2-1mm。

本实用新型中，芯部钢筋121与不锈钢覆层122通过热轧工艺冶金结合，以保证两者在热轧工艺中冶金结合，从而提高芯部钢筋121与不锈钢覆层122的结合牢固程度。需要说明的是，芯部钢筋121与不锈钢覆层122的热轧工艺，采用现有技术中的热轧工艺，在此不做赘述。热轧工艺后形成的覆层钢筋12可以为带肋钢筋或光圆钢筋，图2、图3中的覆层钢筋12即为带肋覆层钢筋。

成型后的覆层钢筋需要按设计要求切割分段，且分段后的部分覆层钢筋需要进行折弯等处理，以满足将覆层钢筋绑扎成框架结构的要求。本实用新型中，混凝土基体11的截面形状根据建筑设计要求确定，可以为方面，也可以为圆形，或者其他形状；对应地，覆层钢筋绑扎成的框架的形状与混凝土基体11的截面形状相适应。

为了减少海水中氯化物对切割面裸露的碳钢进行腐蚀，优选地，覆层钢筋的端面采用防腐材料覆盖，如采用不锈钢材料焊接覆盖切割面，或采用环氧树脂材料将切割面覆盖。在将覆层钢筋绑扎成框架的过程中，所用绑扎丝采用316l扎丝或塑料扎丝，以避免海水中氯化物的腐蚀为宜。

基于上述结构描述，本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构的制备工艺包括如下步骤：

步骤s1，通过热轧工艺将芯部钢筋121与不锈钢覆层122冶金结合形成覆层钢筋，并根据设计要求将覆层钢筋切割、折弯；

芯部钢筋121、不锈钢覆层122的形状、直径、厚度等参数根据设计要求设定；其中覆层钢筋的切割尺寸同样根据设计要求设定。

步骤s2，采用防腐材料将覆层钢筋的切割面覆盖，以覆盖切割后裸露的芯部钢筋，以满足覆层钢筋的端面由防腐材料覆盖；

步骤s3，按设计要求将覆层钢筋绑扎成框架；

绑扎过程中所用的扎丝采用316l不锈钢扎丝或塑料扎丝，以避免海水中氯化物对框架结构的腐蚀。在框架绑扎过程中，需要焊接的地方全部采用316l焊材焊接，其焊接后芯部钢筋不能裸露，或芯部钢筋裸露部分采用316l焊材焊接覆盖。且将覆层钢筋绑扎成的框架形状根据应用环境并按照设计要求确定，以满足钢筋混凝土的抗拉强度、抗压强度、屈服强度等力学性能。

步骤s4，将水泥、集料、海水按比例混合，并搅拌均匀，形成混凝土拌合物；

水泥、集料、海水的混合比例为1:2.8-3.3:0.4-0.5，且控制集料的含泥量≤0.3％。

步骤s5，将拌合物浇入步骤s3的框架中，振捣密实，并采用海水进行混凝土养护，得到采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构。

混凝土的养护周期、养护方法参照现有技术中海拌海养混凝土工艺。

本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，通过在普通钢筋的表面包覆不锈钢覆层，使覆层钢筋具有较优的防腐性能，从而保证钢筋混凝土具有优良的抵抗海洋氯化物侵蚀的性能；且覆层钢筋的芯部钢筋为碳钢，使覆层钢筋同时具有与普通钢筋相同的力学性能，从而保证钢筋混凝土具有较高的抗压强度、抗拉强度和屈服强度，而不需要额外增加配筋量。

针对覆层钢筋的防腐性能，前篇中已经做了详细的说明，在海水环境下不同钢筋的腐蚀性能为316>>2201>3cr12>普通钢筋，因此本实用新型采用的覆层钢筋具有316l不锈钢同等防腐蚀性能。

针对覆层钢筋的力学性能，本实用新型对覆层钢筋进行了拉伸试验和冷弯试验，试验条件及测试结果如下：

1、覆层钢筋结构：采用316l为不锈钢覆层，hrb400为芯部钢筋材料，通过热轧工艺将不锈钢覆层与芯部钢筋冶金结合，形成的不锈钢覆层厚度为0.3mm。

2、覆层钢筋的力学性能测试结果如表1：

表1：覆层钢筋力学性能测试结果

其中，rel表示下屈服强度，rm表示抗拉强度，a表示断后伸长率。

3、不锈钢覆层与芯部钢筋的结合力：请结合参阅图4，是覆层钢筋的结合界面金相图。通过图4可以看出，覆层钢筋的结合界面金属组织致密、均匀。

同时，请结合参阅图5，是覆层钢筋拉伸试验断口处实拍图。由图5可以看出，覆层钢筋拉断断口处不锈钢覆层与芯部钢筋未出现脱层、结合不良等现象，进一步说明二者为冶金结合，结合性能优。

综上，本实用新型的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，覆层钢筋的不锈钢覆层采用316l不锈钢，具有与316l全不锈钢筋相同的防腐性能，保证了不锈钢覆层钢筋混凝土具有最优的抵抗海洋氯化物侵蚀的性能；

覆层钢筋的芯部钢筋为高强度的螺纹钢碳钢，如hrb400、hrb400e、hrb500、hrb500e中的其中一种，具有与普通螺纹钢筋相同的力学性能，保证了采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构具有较高的抗拉强度、抗压强度、屈服强度，而不需要额外增加配筋量；

覆层钢筋采用316l不锈钢与高强度的碳钢覆层，保证覆层钢筋的制造成本远低于具有相同防腐性能的全不锈钢钢筋，且力学性能更优，使用成本更低。

采用海砂、珊瑚礁为集料，以海水直接搅拌和养护，就近取材，减少从陆地运输建筑原材料的工作量，降低运输成本。

需要说明的是，本实用新型提供的采用不锈钢覆层钢筋的海拌海养钢筋混凝土结构，不仅适用于海拌海养钢筋混凝土结构，同样也适用于淡水拌养混凝土结构。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本实用新型的保护范围之内。