CN102627473A - 一种两步法修复盐害混凝土结构的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两步法修复盐害混凝土结构的装置，包括位于混凝土中作为阴极的钢筋、槽口与所述的混凝土表面密封配合的电解槽、位于电解槽内的电解液、浸入所述的电解液中的阳极、以及向所述的阴极与阳极供电的直流电源，其中所述的电解槽带有电解液的进、出口，还设有pH指示计，该pH指示计的探头贯穿所述电解槽的槽壁且与电解液接触。本发明装置既能及时更换电解液，有利于氯离子的充分排出，又能实时监控电解液pH值，适用于各种形状的混凝土结构；本发明装置结构简单、操作方便；本发明能有效地除去混凝土保护层中的氯离子，去除效率达到60％左右；使已锈蚀钢筋的腐蚀电位提高，锈蚀速率降低，实现再钝化，最大程度地修复盐害混凝土结构。

Description

一种两步法修复盐害混凝土结构的装置与方法

技术领域

本发明涉及电化学修复技术领域，尤其是一种两步法修复盐害混凝土结构的装置与方法。

背景技术

处于海水及海洋气候等恶劣环境中的混凝土结构，其工程寿命能否达到人们设计时所期望的百年要求，是一个相当严峻的问题。我国沿海地区钢筋混凝土建筑物一般在建成后10年左右会有不同程度的锈蚀破坏，严重的甚至危及建筑物的安全。引起混凝土钢筋锈蚀的原因有很多，而各种氯盐的侵入是引起钢筋锈蚀的主要元凶。混凝土盐污染主要是指混凝土中氯化物的大量存在，通过化学反应使混凝土中钢筋去钝化，造成钢筋锈蚀，使混凝土构筑物受损的一种现象。混凝土盐害污染严重会使其存在不同程度的耐久性问题，耐久性不足则会造成巨大的经济损失，如何对已发生盐害污染的混凝土结构进行修复，延长其使用寿命，已日益成为一个迫切需要解决的世界性问题。

针对混凝土受盐污染严重的问题，目前国内外主要采用的修复方法有传统修补法、迁移型阻锈剂的使用以及电化学除氯技术。传统修补方法是将已经劣化的混凝土保护层凿除，对钢筋进行除锈、防锈处理后，再用环丙砂浆、丙乳砂浆等进行修补复原，但该方法不能有效去除混凝土中的氯离子，且处于新旧混凝土中的钢筋表面存在电位差，所以，钢筋很有可能再次锈蚀。迁移型阻锈剂虽然凭借浓度差能向混凝土内部渗透，但当混凝土保护层较厚或混凝土密实度较大时，阻锈剂不能到达钢筋表面或钢筋附近阻锈剂浓度不足，进而无法起到应有的阻锈效果。电化学除氯技术虽能有效地去除混凝土保护层中的氯离子，但电化学除氯技术仅消除了诱发钢筋锈蚀的外部因素。电化学除氯后，若钢筋仍处于活化状态，则钢筋将继续锈蚀。上述常规混凝土修复方法多为一步法，修复效果不够理想，混凝土中有害离子析出率较低。

授权公告号为CN101787534B的中国专利公开了一种基于用BE阻锈剂电渗盐污染构筑物的修复方法及装置，所述的方法包括在构筑物表面设置阻锈剂；向阻锈剂-电解液保持、循环系统中注入BE阻锈剂及电解液；将阳极置于所述的阻锈剂-电解液保持、循环系统中；将阳极与直流电源的正极相连，而将直流电源的负极与构筑物中的钢筋相连；控制电流密度，连续通电，直至被修复的混凝土中钢筋附近富集BE电渗阻锈剂有效基团，在钢筋表面形成保护膜。该方法在电场作用下具有排除氯离子的效果，但是混凝土中有害离子析出效率不高。

发明内容

本发明提供了一种两步法修复盐害混凝土结构的装置，结构简单、操作方便，提高了盐害混凝土结构有害离子析出率，延长盐害混凝土结构的使用寿命。

一种两步法修复盐害混凝土结构的装置，包括位于混凝土中作为阴极的钢筋、槽口与所述的混凝土表面密封配合的电解槽、位于电解槽内的电解液、浸入所述的电解液中的阳极、以及向所述的阴极与阳极供电的直流电源，其中所述的电解槽带有电解液的进、出口，其特征在于，设有pH指示计，该pH指示计的探头贯穿所述的电解槽的槽壁且与电解液接触。

所述的电解槽与混凝土的表面相接触的部位设有遇水膨胀的止水压条，所述的止水压条与混凝土的表面间设有止水带。

所述的电解槽的槽口部位带有用于压紧止水压条和止水带的外翻边，该外翻边与混凝土的表面之间通过螺栓固定。

所述的阳极为钢丝网或不锈钢网，为防止阳极材料在短期内被腐蚀损坏，减少对混凝土表面的污染，所述的阳极优选为不锈钢网。

本发明还提供了一种使用上述两步法修复盐害混凝土结构的装置修复盐害混凝土结构的方法，将电解液A注入电解槽中，然后开始连续通电进行电化学除氯，施加的电流密度以钢筋的总表面积计为1～5A/m²，当电解液A的pH低于6时，更换为电解液B，然后再开始连续通电进行双向电渗处理，控制施加的电流密度以钢筋的总表面积计为1～5A/m²，通电时间5～20天后，结束通电；所述的电解液A为饱和的Ca(OH)₂水溶液(室温)，所述的电解液B为含有阻锈剂的LiOH水溶液。

所述的电解液B中阻锈剂的浓度为0.5～1.0mol/L，所述的LiOH水溶液的浓度为0.002～0.02mol/L。

所述的利用电解液A进行电化学除氯时的通电时间为5～10天，以提高电渗阻锈效果。

所述的阻锈剂为烯胺基、脂肪胺基、醇胺基有机阻锈剂或胍类有机阻锈剂，它们在一定pH值下可以近似完全解离成阳离子，可以在电场作用下向混凝土内部钢筋附近加速迁移，并且有较好的阻锈能力，为了提高阻锈效果，所述的阻锈剂优选为烯胺基有机阻锈剂，更优选地，所述的阻锈剂为三乙烯四胺。

由于上述阻锈剂溶于水后，溶液pH值较大，溶液偏碱性，为了使阻锈剂在电解液中获得充分的解离，电解液的pH必须维持在阻锈剂解离常数Ka之下，通常使用磷酸、亚磷酸或焦磷酸来调节溶液的pH，但pH值若过小则不利于氯离子的排出，且酸性溶液会对混凝土表面产生腐蚀，因此所述的电解液B的pH优选为6～12。

本发明所采用的止水压条、止水带均为市售产品，止水压条为一种遇水能吸水体积膨胀的止水条，是由高分子、无机吸水膨胀材料与橡胶及助剂合成的一种新型建筑防水材料；止水带为橡胶止水带，是由天然橡胶与各种合成橡胶为主要原料，掺加各种助剂及填充料，经塑料、混炼，压制成型得到的。

在电化学除氯与电渗过程中，一般可采用恒电压或恒电流通电方法，在本发明的电化学除氯与电渗过程中，采用的是恒电流通电的方法，以电流密度为控制参数，电压随混凝土结构的密实程度、保护层厚度等因素的不同而不同。

在外加电场作用下，阳离子会向电场的负极方向迁移，而阴离子则会向电场的正极方向发生迁移，在本发明两步法修复盐害混凝土结构的装置中，混凝土结构中钢筋与直流电源的负极相连，浸入电解液(或含有阻锈剂的电解液)中的阳极与直流电源的正极相连，在外加电场作用下，混凝土孔隙液中的有害阴离子，如氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子等，会向混凝土外部迁移，电解液(或电解液中的阻锈剂)的阳离子会向混凝土内部迁移，并在钢筋表面形成一层致密的保护膜，将氯离子、氧气等有害物质隔离开，从而达到阻锈的作用。

由于在构建修复盐害混凝土结构的装置前采取了钻孔取粉或钻芯取样从而对混凝土结构产生了破坏，因此在电渗处理之后必须对混凝土结构进行砂浆修复，同时为了阻止氯离子再次侵入，可以在混凝土结构表面涂上防止氯离子侵入的材料，如抗氯离子渗透涂料；对于钢筋严重锈蚀已经出现膨胀裂缝的区域，在双向电渗前，应先采取局部挖除的修复方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明装置结构简单、操作方便，适用于各种形状的混凝土结构；其进水口和出水口可以及时更换溶液，有利于氯离子的充分排出；设置的pH指示计口埋入pH指示计，可以实时监控电解液pH值；本发明方法能提高阳离子阻锈剂的迁移能力，使阻锈剂在较短时间内电渗到钢筋表面；采用本发明装置和方法，能有效地除去混凝土保护层中的氯离子，其去除效率达到60％左右；同时可以使已锈蚀钢筋的腐蚀电位提高，锈蚀速率降低，实现再钝化，最大程度地修复盐害混凝土结构，延长了混凝土结构使用寿命。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为盐害混凝土结构中氯离子含量随保护层深度的变化曲线图。

图3为修复后的盐害混凝土结构中阻锈剂含量随保护层深度的变化曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例及说明书附图对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1所示，本发明两步法修复盐害混凝土结构的装置，包括位于混凝土(1)中作为阴极(2)的钢筋、槽口与混凝土(1)表面密封配合的电解槽(3)、位于电解槽(3)内的电解液(4)、浸入电解液(4)中的阳极(5)、向阴极(2)与阳极(5)供电的直流电源(6)以及pH指示计(7)，阳极为不锈钢网，电解槽(3)带有电解液(4)的进(8)、出口(9)，pH指示计(9)的探头贯穿所述电解槽(3)的槽壁且与电解液(4)接触，电解槽(3)与混凝土(1)的表面相接触的部位设有遇水膨胀的止水压条(10)，所述的止水压条(10)与混凝土(6)的表面间设有止水带(11)，电解槽(1)的槽口部位带有用于压紧止水压条(10)和止水带(11)的外翻边，该外翻边与混凝土(1)的表面之间通过螺栓(12)固定。

实施例2两步法修复盐害混凝土结构

混凝土结构各组分的质量配比为：水泥∶砂∶石子∶水＝1∶1.40∶2.60∶0.49，即配置一立方米的新拌混凝土使用210kg水、429kg水泥、600kg中砂和1115kg粒径为5～16mm石子，其中，在混凝土浇铸时掺入水泥质量的2％即8.58kg的氯化钠，水灰比为0.5，保护层深度为40mm，标准养护28天，常温室内放置5个月后，用电化学工作站Reference600测定修复前混凝土试件中钢筋的电化学阻抗谱和弱极化曲线，发现钢筋已经锈蚀。同时，沿着混凝土保护层深度方向，钻孔取粉，每打5mm(5mm为一层)，将获得的混凝土灰粉作为一个样本，采用氯离子快速测定方法(RCT)测定混凝土试件内氯离子含量，测得氯离子含量的实验数据如表1所示，氯离子含量随保护层深度的变化如图2所示，其中氯离子含量为氯离子占混凝土的质量分数。

采用实施例1所述的装置，对混凝土进行修复，将饱和Ca(OH)₂水溶液(室温)6L注入电解槽中，开始连续通电进行电化学除氯，控制施加的电流密度以钢筋的总表面积计为3A/m²，通电6天后，结束通电，清洗电解液保持装置，然后将0.024g LiOH加入到84ml水中配制LiOH水溶液，再将15.39g三乙烯四胺(纯度大于95％)注入到LiOH水溶液电解液中，加入5.765g磷酸(纯度为85％)，配制成100mlpH值为10.25的含有三乙烯四胺的电解液，其中三乙烯四胺的摩尔浓度为1mol/L。将含有三乙烯四胺的电解液6L注入电解槽中，再开始连续通电进行双向电渗处理，控制施加的电流密度以钢筋的总表面积计为3A/m²，通电时间9天后，结束通电。

通电结束后，沿着混凝土保护层深度方向，钻孔取粉，每打5mm(5mm为一层)，将获得的混凝土灰粉作为一个样本，采用有机元素分析仪测定混凝土试件内阻锈剂的含量并采用氯离子快速测定方法(RCT)测定混凝土试件内氯离子含量，测得氯离子的实验数据如表1所示，其中氯离子含量为氯离子占混凝土的质量分数；测得阻锈剂(N元素占混凝土的质量分数)的实验数据如表2所示，N含量随混凝土深度的变化如图3所示。

对比例1电化学除氯法修复盐害混凝土结构

混凝土各组分的质量配比为：水泥∶砂∶石子∶水＝1∶1.40∶2.60∶0.49，即配置一立方米的新拌混凝土使用210kg水、429kg水泥、600kg中砂和1115kg粒径为5～16mm石子，其中，在混凝土浇铸时掺入水泥质量的2％即8.58kg的氯化钠，水灰比为0.5，保护层深度为40mm，标准养护28天，常温室内放置5个月后，用电化学工作站Reference600测定修复前混凝土试件中钢筋的电化学阻抗谱和弱极化曲线，发现钢筋已经锈蚀。同时，沿着混凝土保护层深度方向，钻孔取粉，每打5mm(5mm为一层)，将获得的混凝土灰粉作为一个样本，采用有机元素分析仪测定混凝土试件内阻锈剂的含量，测得氯离子的实验数据如表1所示，氯离子含量随混凝土深度的变化如图2所示，其中氯离子含量为氯离子占混凝土的质量分数。

采用实施例1所述的装置，对混凝土进行修复，将6L饱和Ca(OH)₂水溶液(室温)注入电解槽中，开始连续通电进行电化学除氯，控制施加的电流密度以钢筋的总表面积计为3A/m²，通电15天后，结束通电。

通电结束后，沿着混凝土保护层深度方向，钻孔取粉，每打5mm(5mm为一层)，将获得的混凝土灰粉作为一个样本，采用有机元素分析仪测定混凝土试件内阻锈剂的含量并采用氯离子快速测定方法(RCT)测定混凝土试件内氯离子含量，测得氯离子的实验数据如表1所示，其中氯离子含量为氯离子占混凝土的质量分数；测得阻锈剂(N元素占混凝土的质量分数)的实验数据如表2所示，N含量随混凝土深度的变化如图3所示。

对比例2双向电渗修复盐害混凝土结构

混凝土各组分的质量配比为：水泥∶砂∶石子∶水＝1∶1.40∶2.60∶0.49，即配置一立方米的新拌混凝土使用210kg水、429kg水泥、600kg中砂和1115kg粒径为5～16mm石子，其中，在混凝土浇铸时掺入水泥质量的2％即8.58kg的氯化钠，水灰比为0.5，保护层深度为40mm，标准养护28天，常温室内放置5个月后，用电化学工作站Reference600测定修复前混凝土试件中钢筋的电化学阻抗谱和弱极化曲线，发现钢筋已经锈蚀。同时，沿着混凝土保护层深度方向，钻孔取粉，每打5mm(5mm为一层)，将获得的混凝土灰粉作为一个样本，采用有机元素分析仪测定混凝土试件内阻锈剂的含量，测得氯离子的实验数据如表1所示，氯离子含量随混凝土深度的变化如图2所示，其中氯离子含量为氯离子占混凝土的质量分数。

采用实施例1所述的装置，对混凝土进行修复，将0.024gLiOH加入到84ml水中配制LiOH水溶液，再将15.39g三乙烯四胺(纯度大于95％)注入到LiOH水溶液电解液中，加入5.765g磷酸(纯度为85％)，配制成100mlpH值为10.25的含有三乙烯四胺的电解液，其中三乙烯四胺的摩尔浓度为1mol/L。将含有三乙烯四胺的电解液6L注入电解槽中，开始连续通电进行双向电渗处理，控制施加的电流以钢筋的总表面积计为3A/m²，通电9天后，结束通电。

通电结束后，沿着混凝土保护层深度方向，钻孔取粉，每打5mm(5mm为一层)，将获得的混凝土灰粉作为一个样本，采用有机元素分析仪测定混凝土试件内阻锈剂的含量并采用氯离子快速测定方法(RCT)测定混凝土试件内氯离子含量，测得氯离子的实验数据如表1所示，其中氯离子含量为氯离子占混凝土的质量分数；测得阻锈剂(N元素占混凝土的质量分数)的实验数据如表2所示，N含量随混凝土深度的变化如图3所示。

表1

表2

Claims (10)

1.一种两步法修复盐害混凝土结构的装置，包括位于混凝土(1)中作为阴极(2)的钢筋、槽口与所述的混凝土(1)表面密封配合的电解槽(3)、位于电解槽(3)内的电解液(4)、浸入所述的电解液(4)中的阳极(5)、以及向所述的阴极(2)与阳极(5)供电的直流电源(6)，其中所述的电解槽(3)带有电解液(4)的进(7)、出口(8)，其特征在于，设有pH指示计(9)，该pH指示计(9)的探头贯穿所述的电解槽(3)的槽壁且与电解液(4)接触。

2.如权利要求1所述的两步法修复盐害混凝土结构的装置，其特征在于，所述的电解槽(3)与混凝土(1)的表面相接触的部位设有遇水膨胀的止水压条(10)，所述的止水压条(10)与混凝土(6)的表面间设有止水带(11)。

3.如权利要求2所述的两步法修复盐害混凝土结构的装置，其特征在于，所述的电解槽(3)的槽口部位带有用于压紧止水压条(10)和止水带(11)的外翻边，该外翻边与混凝土(1)的表面之间通过螺栓(12)固定。

4.如权利要求1所述的两步法修复盐害混凝土结构的装置，其特征在于，所述的阳极(5)为钢丝网或不锈钢网。

5.一种使用如权利要求1所述的两步法修复盐害混凝土结构的装置修复盐害混凝土结构的方法，其特征在于，将电解液A注入电解槽中，然后开始连续通电进行电化学除氯，施加的电流密度以钢筋的总表面积计为1～5A/m²，当电解液A的pH低于6时，更换为电解液B，然后再开始连续通电进行双向电渗处理，控制施加的电流密度以钢筋的总表面积计为1～5A/m²，通电时间5～20天后，结束通电；

所述的电解液A为饱和的Ca(OH)₂水溶液，所述的电解液B为含有阻锈剂的LiOH水溶液。

6.如权利要求5所述的修复盐害混凝土结构的方法，其特征在于，所述的电解液B中阻锈剂的浓度为0.5～1.0mol/L，所述的LiOH水溶液的浓度为0.002～0.02mol/L。

7.如权利要求5所述的修复盐害混凝土结构的方法，其特征在于，所述的利用电解液A进行电化学除氯时的通电时间为5～10天。

8.如权利要求5或6所述的修复盐害混凝土结构的方法，其特征在于，所述的阻锈剂为烯胺基、脂肪胺基、醇胺基有机阻锈剂或胍类有机阻锈剂。

9.如权利要求8所述的修复盐害混凝土结构的方法，其特征在于，所述的阻锈剂为烯胺基有机阻锈剂。

10.如权利要求5或6所述的修复盐害混凝土结构的方法，其特征在于，所述的电解液B的pH为6～12。

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