LK可调回转式除锈机除锈后对混凝土质量影响研究

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摘要：从我国建筑质量事故比例居高不下的现实出发，经过长时间的分析研究，初步认定混凝土中所用钢筋表面存在的氧化层是影响混凝土强度和韧度的重要因素之一。从此出发，反复研究，在技术上进行了突破和工艺上的创新，根据线性同步全切原理，通过采用同向全角双传动技术，研制出了新型lk可调回转式除锈机，解决了用机械对钢筋除渣除锈的问题。接着使用LK可调回转式除锈机对钢筋除渣除锈前后的混凝土的强度和韧度进行了比对实验，首次实证和提出了钢筋粘灰率的概念，填补了建筑质量检验上的一项空白。对提高我国混凝土建筑物、特别是混凝土桥梁的质量，具有重要的现实推动作用。

关键词 线性同步全切 同向全角双传动 可调回转式 除渣除锈 混凝土粘灰率

中图分类号：TU375 文献标识码：A

近年来，在我国大力开展基础设施建设和房地产快速发展的同时，频繁发生的“楼脆脆”和“桥脆脆”等建筑质量事故对建筑混凝土的相关质量提出质疑。从事故的调查来看，其原因大致是：钢筋标号不足、钢筋密度不够、水泥沙石比例不科学等，核心指向施工中的偷工减料。不可否认，大部分的建筑质量事故与此相关。但是，我们在实践中发现，建筑用钢材的表面锈蚀形成的氧化层对混凝土质量的影响却没有引起足够的重视。本文分两部分对此进行论述。

一

由于工业化的快速推进，一方面，大气污染加重，空气中CO2、SO2、H2S等有害气体含量明显增多。另一方面，建筑业的快速发展，使钢材的用量成倍增长。为了及时满足建筑市场对钢材的需求，钢材生产厂短期内需有充足的库存。大家知道，库存钢材一般都露天存放，使得钢材被腐蚀生锈的机会大大增高，且时间短，生锈快。而建筑商从钢材厂购买钢材后，由于建筑周期较长，所以建筑商购入的钢材还需要再存放一段时间。一般而言，钢材从走出生产车间到和混凝土浇铸约有六到十二个月的时间，有的更长。所以，经这么长时间露天堆放的钢材表面已经形成两层锈蚀层，即表面被完全氧化锈蚀而形成的膨松层，膨松层下面的不完全氧化锈蚀层。如不能在使用前有效地将这两个层的锈蚀消除，就会在混凝土中形成钢材和水泥沙石间的夹层，严重影响钢材和水泥沙石的粘结度，进而不能有效发挥混凝土中钢材的强度和韧性，从而使建筑物的实际强度低于原设计值，使桥梁的实际韧度低于原设计值，这就给建筑物埋下了不易被注意的隐患。

但这一对建筑质量构成影响的内在因素却并未引起建筑商的重视，其原因在于国家建筑主管、监管、设计部门并未将此因素列入建筑质量技术监管的考量之中。

钢材存放锈蚀的问题是市场提出的。由于钢材经销商从钢材生产厂购入钢材后，要存放一定的时间后才可能全部售出，在存放过程中，钢材产生不同程度的锈蚀，从而影响了钢材的正常销售，有些锈蚀钢材无法售出，最后只能当废钢处理，这给钢材经销商造成了一定的损失。于是，钢材表面除锈的问题便提了出来。

二

面对市场对钢材除锈的需要，一些技术人员和一些机械生产厂家自发地开始了钢材除锈机械的研制和生产。但是，进入市场的除锈机械，由于技术设计方面的原因，存在着除锈不彻底，不均匀，且对原料造成过量损耗的问题。加之操作不方便，耗材过高，生产成本高，除渣除锈效率低，使其使用推广步履维艰，市场的需要仍难以满足。

在这种背景下，我们组织相关科研人员对现有除锈机械问题进行了深入剖析，反复研究，在技术上进行了突破和工艺上的创新。根据线性同步全切原理，通过采用同向全角双传动技术，在两个钢刷轮式自转的同时，整个刷架同向围绕原料呈全角公转，使原料表面3600受力均匀，完全解决了同类机械现存的原料接触面不完全、受力不均匀的问题，在降低原料损耗的同时，除锈率接近90%。通过采用由特种钢材制作的轮式钢丝刷，这种特制的轮上钢丝，带一定的弯曲度，弹性系数高，可根据原料表面的锈蚀度进行自动调节，加之刷轮调整架和钢刷自身的双重调整，使钢刷和原料处在相应的压力之下，从而解决了除锈不彻底和原料过量损耗的问题。正常情况下，换一次钢刷，可生产原料60～80吨，同比延长钢刷寿命4～5倍；采用中心齿轮分体结构，边齿用锰钢制作，使用寿命大大延长。磨损更换时只需更换边齿，更换成本低，大大降低了生产成本。通过采用双向传动匀速进料装置，这种装置可根据不同原料调节孔径，并自动匀速进料，加之调整架扭距大，在内部操作时，可自由扳动，方便省力。各个系统由齿轮和皮带传动，操作简单，运行平稳，噪音低，安全，高效，环保。大大提高了单位时间内的工作效率，有效地解决了操作不方便、生产效率低和生产成本高的问题。“LK可调回转式除锈机”于2010年6月获国家专利，专利号为：201020219719.1。

具体技术参数如下：

原料直径 12～38MM；

钢刷自转 1146转／分；

钢刷公转 223转／分；

电机功率5500瓦／380V；

调整架扭距 ≦1800；

原料受力面 3600；

除静率 ≦90%；

损耗率 ﹤0.05%；

进料效率 10～15M／分钟；

生产效率 25的螺纹钢为例. 3.55 吨／小时。

三

在此基础上，我们经过进一步研究和实验，发现新螺纹钢从轧钢炉成型出来时有1000多度的高温，在和空气接触后会在表面生成0.02到0.05厘米厚的氧化层，由于螺纹钢表面的纹度不同，其氧化层的厚度也不同。当这种螺纹钢受到拉力和弯力时，表面的氧化层就会脱落。如果不对钢材进行除渣除锈，钢材在混凝土中因氧化层的脱落会形成间隙，从而降低了水泥和钢材的粘结度，也降低了整个混凝土的强度和韧度，直接影响到桥梁的抗震强度和高层建筑的抗压强度，成为高层建筑、特别是桥梁质量问题的内在因素。

为了就此问题找到量化的验证，我们以除渣除锈的钢筋混凝土立柱为一组，以未除渣除锈的钢筋混凝土立柱为另一组进行了10次实验对比。以除渣除锈的钢筋混凝土板为一组，以未除渣除锈的钢筋混凝土板为另一组进行了20次实验对比。

实验方法一：

分别用未除渣、除渣后、未除锈、除锈后的直径18mm、长38.7cm、重0.75kg包钢产三级螺纹钢一根，金川产250号水泥制作成6×6×38.7cm、重4.25kg的混凝土立柱10根，并在制作过程中用震动器进行充分震动，再经48小时蒸汽保养，使其充分凝固后，以立柱形态用100吨压力机分别对10根混凝土立柱进行加压，以12吨为固定压力（此压力为混凝土的破损始点），分别得出混凝土立柱在此压力时部分水泥沙浆破损脱落后剩余的整个混凝土立柱的重量。并把剩余量和原重量相比，得出粘灰率。再将10组的实验粘灰率相加后平均，则得出平均粘灰率。

由此实验可以得出如下结论：

1.除渣和未除渣钢筋混凝土的粘灰率平均相差（2.254÷4.25）－（1.771÷4.25）＝10.214%。

从10组的具体数据分析看，以剩余的整个混凝土的重量1.5kg为基点，在基点以上的，除渣后占10/10，而未除渣占4/10，相差60%；以剩余的整个混凝土的重量2kg为基点，在基点以上的，除渣后占6/10，而未除渣占3/10，相差30%；除渣后混凝土的强度增加约为（30%＋60%）÷2＝45%。

2.除锈和未除锈钢筋混凝土的粘灰率平均相差（1.6711÷4.25）－（1.237÷4.25）＝11.36%。

从10组的具体数据分析看，以剩余的整个混凝土的重量在1.5kg为基点，在基点以上，除锈后占4/10，而未除锈占2/10，相差20%；以剩余的整个混凝土的重量在2kg以上，除锈后占4/10，而未除锈占2/10，相差20%。除锈后混凝土的强度增加约为（20%＋20%）÷2＝20%。

由此可以看出，渣锈对立柱型混凝土纵向受力强度具有重要影响，除渣除锈能提高混凝土的粘灰率在10%以上，其强度增加约为20%至45%。所以，钢筋表面的渣锈直接影响其立柱型混凝土的粘灰率，而粘灰率的高低直接影响混凝土的抗震抗压力，进而成为建筑质量高低的重要因素。由于实验用的是小型混凝土构件，随着混凝土构件的增大，其影响会更大。

实验方法二：

分别用未除渣、除渣后、未除锈、除锈后的直径18mm、长38.7cm、重0.75kg包钢产三级螺纹钢两根，金川产250号水泥制作成长38.7×宽12.7×厚6cm、重9kg的混凝土板20块，并在制作过程中用震动器进行充分震动，再经48小时蒸汽保养，使其充分凝固后，以桥梁形态用100吨压力机分别对20块混凝土板材中间进行悬空剪切加压，以得出每块板的破损始点和在该剪切力下部分水泥沙浆破损脱落后剩余的整个混凝土板的重量。并把剩余量和原重量相比，得出粘灰率。再将20组的实验粘灰率相加后平均，则得出平均粘灰率。将20组实验的破损点的压力相加再除以20，则得出平均破损点压力。

从此实验可以看出，除渣后破损压力始点平均为3.4885吨，未除渣的破损压力始点平均为2.8825吨，相差3.4885－2.8825＝0.606吨，和未除渣时的平均量相比，增加了0.606÷2.8825＝0.21，即耐压强度增加了约21%。

除渣和未除渣破损始点和在该剪切力下部分水泥沙浆破损脱落后剩余的整个混凝土板的平均重量分别为6.2155 kg和5.241kg，相差6.2155－5.241＝0.9745，和未除渣时的平均量相比，增加了0.9745÷5.241＝0.186，即粘灰率提高了约18.6%。

从此实验可以看出，除锈后破损压力始点平均为2.95吨，未除锈的破损压力始点平均为2.6345吨，相差2.95－2.6345＝0.3155吨，和未除锈时的平均量相比，增加了0.3155÷2.6345＝0.12，即耐压强度增加了约12%。

除锈和未除锈破损始点和在该剪切力下部分水泥沙浆破损脱落后剩余的整个混凝土板的平均重量分别为5.4735kg和4.808kg，相差5.4735－4.808＝0.6655，和未除渣时的平均量相比，增加了0.6655÷4.808＝0.138，即粘灰率提高了约13.8%。

由此可以看出钢筋的表面渣锈直接影响其粘灰率，而粘灰率的高低直接影响混凝土的抗震力和抗剪切力，进而成为高层和桥梁建筑质量高低的重要因素。

而采用“LK可调回转式除锈机”对钢材进行除渣除锈，操作简便，效率高，价格低廉，其成本在建筑成本中几乎可以忽略不计。而其产生的效益则直接影响建筑物的质量和安全。

根据上述结论，为提高我国混凝土的抗震、抗压、抗剪切力指标，进而从整体上提高混凝土建筑物特别是桥梁的质量，延长混凝土建筑物特别是桥梁的实际寿命，建议国家相关部门将钢材粘灰率纳入建筑质量监理和检测指标内，并对建筑用钢材进行强制性除渣除锈，以推进我国的混凝土建筑质量上一个新台阶。