CN103821382A - 一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，包括以下步骤：将阴离子表面活性剂与碱性孔溶液混匀，得电解液；将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入阳极与阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，0-50℃下，在阳极和阴极之间施加1-6V／cm(相对于阳极与阴极之间的混凝土宽度)的外加电压进行电渗替代孔溶液处理7-28d。该方法工艺简单、成本低廉、无损修复，应用范围广。

Description

一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种通过电渗驱除被氯离子污染孔溶液，促使外部纯净孔溶液进入混凝土孔隙，由此去除氯离子，并促使钢筋恢复钝态的修复混凝土结构氯盐腐蚀方法。
背景技术
钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的诸多优点，造价较低，是目前土木工程结构设计中的首选形式，应用非常广泛。但是，处于氯盐环境（如海洋环境、盐湖与盐碱地及道路化冰盐）中的钢筋混凝土结构却极易受到氯离子侵入，诱使钢筋腐蚀破坏，从而使钢筋混凝土的使用寿命缩短，给国民经济和人民生命安全带来巨大损害。
对于这些已遭受氯离子侵蚀的钢筋混凝土结构，为延长其服役寿命，不得不进行修复处理。目前，普遍认为较为有效的修复方法是电化学法，包括阴极保护与电化学脱盐。其中，电化学脱盐是通过对钢筋施加阴极电流迫使侵入混凝土的氯离子直接排出，并使已经活化锈蚀的钢筋表面重新钝化的一项新技术。与阴极保护相较，电化学脱盐具有周期短、成本低的优势。基于此，电化学脱盐自上世纪70年代首次被提出以来，被国内外研究者广泛研究。尽管如此，电化学脱盐也有一些缺陷，如会降低钢筋/混凝土界面粘结强度、增加碱集料反应风险、软化钢筋/混凝土界面砂浆与引起氢脆，严重制约了该方法在工程中的应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法。
技术方案：本发明提供一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，包括以下步骤：
（1）将阴离子表面活性剂与碱性孔溶液混匀，得电解液；
（2）将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
（3）将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入阳极与阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；
（4）将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，0-50℃下，在阳极和阴极之间施加1-6V/cm（相对于阳极与阴极之间的混凝土宽度）的外加电压进行电渗替代孔溶液处理7-28d。
其中，步骤（1）中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
其中，步骤（1）中，所述电解液中，阴离子表面活性剂的浓度为0.01-0.05mol/L。
其中，步骤（1）中，所述碱性孔溶液为饱和氢氧化钙溶液、0.02-0.2mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液，其中氢氧化钾的浓度为0.6mol/L、氢氧化钠的浓度为0.2mol/L、氢氧化钙的浓度为0.001mol/L。
其中，步骤（2）中，浸泡时间为3-14d。
其中，步骤（3）中，所述阳极和阴极的材料分别独立的选自石墨、铂、金或钛金属中的一种。
其中，步骤（4）中，阳极池中的电解液每2-3d更换一次。
有益效果：本发明提供的修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法工艺简单、成本低廉、无损修复，应用范围广。
具体而言，将混凝土中的钢筋接地保护，另增设一个外部电极为阴极，通过电渗作用驱动被氯离子污染的孔溶液，促使外部纯净孔溶液进入混凝土孔隙，由此去除氯离子，并促使钢筋恢复钝态。该方法不仅具有与电化学脱盐相似的高效、简便、快速、成本低与无损修复的优势；同时，与电化学脱盐相较，该方法由于避免了阴极电流与钢筋的直接接触，因此克服了阴极电流对钢筋与钢筋/混凝土界面的损害的缺陷；该方法不仅适用于普通钢筋混凝土，也可用于传统电化学脱盐无法应用的预应力钢筋混凝土结构氯盐腐蚀的修复，应用前景更为广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
将φ10mm的HPB235钢筋加工成长为6cm圆棒，并从每根圆棒的其中一端引出导线，仅暴露钢棒中间长度4cm。经丙酮去油后，浸泡在饱和氢氧化钙溶液中7d备用。
成型尺寸为40mm×40mm×160mm的细集料混凝土结构试件，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5，灰砂比1:2.5，为了模拟混凝土结构氯盐腐蚀，在拌合水中预掺2.0%（相对于水泥质量）的氯化钠。具体成型时，将预钝化钢筋垂直插入试模中央位置，两端保护层厚度15mm。将混凝土结构试件标准养护28d后，取出并烘干至恒重。
实施例1
（1）配制电解液：
阳极电解液：0.03mol/L十二烷基苯磺酸钠、0.1mol/LNaOH的混合溶液；
阴极电解液：去离子水；
（2）将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中10d，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
（3）将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入纯度为98％钛网板作为阳极与阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；
（4）将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，20℃下，在阳极和阴极之间施加12V的外加电压进行电渗替代孔溶液处理28d，在此过程中，每2d更换一下阳极液。
通电28d后，测试阴极液去离子水中的氯离子浓度由起始的0增加到0.164mol/L，钢筋的腐蚀电流密度由起始的8.6mA/cm2降至0.068mA/cm2。
实施例2
（1）配制电解液：
阳极电解液：0.05mol/L十二烷基苯磺酸钠、饱和Ca(OH)2的混合溶液；
阴极电解液：去离子水；
（2）将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中3d，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
（3）将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入纯度为98％钛网板作为阳极与阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；
（4）将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，15℃下，在阳极和阴极之间施加6V的外加电压进行电渗替代孔溶液处理7d，在此过程中，每2d更换一下阳极液。
通电7d后，测试阴极液去离子水中的氯离子浓度由起始的0增加到0.087mol/L，钢筋的腐蚀电流密度由起始的9.2mA/cm2降至0.106mA/cm2。
实施例3
（1）配制电解液：
阳极电解液：0.01mol/L十二烷基苯磺酸钠、0.6mol/L KOH、0.2mol/LNaOH和0.001mol/LCa(OH)2的混合溶液；
阴极电解液：去离子水；
（2）将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中14d，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
（3）将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入纯度为98％钛网板作为阳极与阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；
（4）将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，30℃下，在阳极和阴极之间施加24V的外加电压进行电渗替代孔溶液处理14d，在此过程中，每2d更换一下阳极液。
通电14d后，测试阴极液去离子水中的氯离子浓度由起始的0增加到0.135mol/L，钢筋的腐蚀电流密度由起始的8.5mA/cm2降至0.042mA/cm2。
实施例4
（1）配制电解液：
阳极电解液：0.05mol/L十二烷基苯磺酸钠、0.02mol/LNaOH的混合溶液；
阴极电解液：去离子水；
（2）将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
（3）将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入石墨电极作为阳极、铂电极作为阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；
（4）将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，0℃下，在阳极和阴极之间施加4V的外加电压进行电渗替代孔溶液处理20d，在此过程中，每3d更换一下阳极液。
通电21d后，测试阴极液去离子水中的氯离子浓度由起始的0增加到0.132mol/L，钢筋的腐蚀电流密度由起始的7.2mA/cm2降至0.085mA/cm2。
实施例5
（1）配制电解液：
阳极电解液：0.01mol/L十二烷基苯磺酸钠、0.2mol/LNaOH的混合溶液；
阴极电解液：去离子水；
（2）将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
（3）将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入金电极作为阳极与阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；
（4）将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，50℃下，在阳极和阴极之间施加18V的外加电压进行电渗替代孔溶液处理10d，在此过程中，每2d更换一下阳极液。
通电14d后，测试阴极液去离子水中的氯离子浓度由起始的0增加到0.098mol/L，钢筋的腐蚀电流密度由起始的7.5mA/cm2降至0.102mA/cm2。

Claims (7)

1.一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将阴离子表面活性剂与碱性孔溶液混匀，得电解液；
（2）将钢筋混凝土结构试样浸泡于电解液中，使钢筋混凝土结构试样达到饱和状态；
（3）将饱和的钢筋混凝土结构试样置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别置入阳极与阴极；在阳极池注入电解液，阴极池中注入去离子水；
（4）将钢筋混凝土结构中钢筋接地保护，阳极与阴极分别外接电源的正极与负极，0-50℃下，在阳极和阴极之间施加1-6V/cm的外加电压进行电渗替代孔溶液处理7-28d。
2.根据权利要求1所述的一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，其特征在于：步骤（1）中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，其特征在于：步骤（1）中，所述电解液中，阴离子表面活性剂的浓度为0.01-0.05mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，其特征在于：步骤（1）中，所述碱性孔溶液为饱和氢氧化钙溶液、0.02-0.2mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液，其中氢氧化钾的浓度为0.6mol/L、氢氧化钠的浓度为0.2mol/L、氢氧化钙的浓度为0.001mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，其特征在于：步骤（2）中，浸泡时间为3-14d。
6.根据权利要求1所述的一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，其特征在于：步骤（3）中，所述阳极和阴极的材料分别独立的选自石墨、铂、金或钛金属中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种修复混凝土结构氯盐腐蚀的电渗替代孔溶液方法，其特征在于：步骤（4）中，阳极池中的电解液每2-3d更换一次。
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