CN104046998B - 便于安装和更换的钢筋混凝土氯离子定向吸收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
便于安装和更换的钢筋混凝土氯离子定向吸收装置及方法。该装置电极电位与混凝土内钢筋的电极电位之间存在电位差，该装置与混凝土内的钢筋电连接，形成原电池的负极与正极，特征是氯离子定向吸收装置由镁合金、保持镁合金电化学活性的填充材料以及盛放镁合金及填充材料的模具组成，模具安装固定于混凝土表面，所述镁合金埋设在模具内的填充材料中间，所述填充材料与混凝土直接紧密接触。本发明的装置与方法能有效地将预应力钢筋混凝土内的氯离子定向吸收到装置中，延长预应力钢筋混凝土结构的使用寿命15年以上。不需要凿除大量被氯盐污染的混凝土，以节省人力和物力；所用的设备低廉；氯离子定向吸收装置开路电位稳定，安装与更换简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种预应力钢筋混凝土防腐蚀装置及方法，尤其涉及一种将预应力钢筋混凝土内有害氯离子定向吸收到防腐保护装置中，以及利用这种装置延长盐污染大气环境中预应力钢筋混凝土结构使用寿命的方法。
背景技术
预应力钢筋混凝土结构，同普通钢筋混凝土结构一样，在运营过程中，腐蚀破损的形势十分严重，尤其是氯盐污染环境中。
对于大气环境中已遭受氯盐污染的预应力混凝土结构而言，目前通过采用凿除加修补的常规做法，即凿除局部破损的混凝土保护层，露出其内预应力钢筋并进行处理，然后用优质的混凝土或聚合物改性砂浆恢复至原断面。这只是一种急救的修补措施，不能达到治愈的目的。主要原因在于该技术不能有效清除混凝土内的有害氯离子，而且修补材料与原混凝土的差异又形成新的电偶腐蚀，致使修复效果不佳，造成屡修屡坏的不良局面。
中国专利CN201358214提供了一种混凝土电化学脱盐系统。该系统包括稳流直流电源、第一木质纤维层、钛网、第二木质纤维层、水泵、电解质槽、用于润湿木质纤维的淋液桶和钢筋混凝土构件，在钢筋混凝土构件侧面从里到外依次铺设有第一木质纤维层、钛网和第二木质纤维层，所述第二木质纤维层外表面用薄膜包裹；钛网和钢筋混凝土构件内钢筋分别与稳流直流电源的正、负极输出端相连接；用于润湿木质纤维的淋液桶安放于钢筋混凝土构件上方，水泵的进液口与电解质槽相通，水泵的出液口通过输液管与淋液桶连通。
中国专利CN102926349A提供一种基于电化学脱盐的海港工程混凝土结构修补加固处理方法，其包括以下步骤：（1）对混凝土构件进行构件表面检测评估、修补和处理；（2）电化学脱盐处理；（3）根据修补时构件的状态和修补加固后使用寿命的要求确定脱盐处理后采用碳纤维加固或涂层防腐进一步提高结构的安全性或耐久性。
上述两项专利申请的技术方案，均需采用直流电流提供电流，电流密度较大，系统复杂，运行期间需要专人维护和管理，且不适用于预应力钢筋混凝土结构。
阴极保护是国内外公认的延长混凝土结构使用寿命最有效的方法，可通过强制电流和牺牲阳极两种方式实现。这两种方式的原理相同，都是对混凝土中的钢筋通以阴极电流，使其阴极极化，达到抑制混凝土内钢筋腐蚀的目的。其中强制电流方式保护系统较为复杂，运行期间需要专人维护和管理，仪器和阳极系统的损坏以及维护管理不善都会导致整体阴极保护系统失效，且该方式不适用于预应力钢筋混凝土结构；牺牲阳极方式具有安装简单、运行期间无需维护和管理等优点，但更换较为复杂。
中国专利CN103205759A提供了一种无需控制的钢筋混凝土结构阴极保护方法。该申请专利以GFRP为辅助阳极，采用强制电流方式，不适合于预应力钢筋混凝土构件。
中国专利CN101244926A提供了一种大气环境钢筋混凝土牺牲阳极阴极保护装置及方法。该申请专利的技术方案是将锌网格状阳极埋设在导电砂浆中对混凝土内的钢筋进行阴极技术，系统安装较为复杂，不可更换。
发明内容
本发明提供一种便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，该装置能定向吸收混凝土内部的氯离子，从而起到清除混凝土内氯离子，修复保护钢筋混凝土的目的。
本发明的装置与方法能有效地将预应力钢筋混凝土内的氯离子定向吸收到装置中，延长预应力钢筋混凝土结构的使用寿命15年以上。不需要凿除大量被氯盐污染的混凝土，以节省人力和物力；所用的设备低廉；氯离子定向吸收装置开路电位稳定，安装与更换简单方便。
本发明的技术方案如下：
一种便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，该装置电极电位与混凝土内钢筋的电极电位之间存在电位差，该装置与混凝土内的钢筋电连接，形成原电池的负极与正极，其特征在于：
所述氯离子定向吸收装置由镁合金、保持镁合金电化学活性的填充材料以及盛放镁合金及填充材料的模具（该模具可以采用PVC槽）组成，该模具安装固定于混凝土表面，所述镁合金埋设在模具内的填充材料中间，所述填充材料与混凝土直接紧密接触。
在优化方案中，所述镁合金为带状。
所述保持镁合金电化学活性的填充材料，由石膏粉、膨润土、硫酸钠、活性盐和水等组成，其中，石膏粉：膨润土：硫酸钠：活性盐：水的重量比范围为45~80：15~55：1~10：0~20:0~30；本发明推荐采用的重量比为55~75：20~30：4~5：5~6:15~25。
所述活性盐为溴化锂或碘化锂，或它们的混合物。
所述装置电极电位是指：本装置中埋设在填充材料中的镁合金，相对于饱和甘汞参比电极的电位。
所述混凝土内钢筋的电极电位是指：混凝土内钢筋相对于饱和甘汞参比电极的电位。
本发明装置的开路电位稳定，且负于-1.50V（相对于饱和甘汞参比电极）。
所述电连接，其结构是所述钢筋上焊接有阴极电缆，所述装置内的镁合金上焊接有阳极电缆，阳极电缆与阴极电缆连接在一起。
该阳极电缆和阴极电缆的连接可通过接线盒连接。
该阳极电缆与阴极电缆的焊接处均需作防水密封保护。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，一种利用上述装置对混凝土内的氯离子进行定向吸收方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.在预应力钢筋混凝土构件上凿除一小块混凝土，露出一小段钢筋；
⑵.将阴极电缆焊接在钢筋上；
⑶.采用水泥砂浆将凿除部位修复；
⑷. 将模具（PVC槽）安装固定混凝土表面；
⑸. 将填充材料与镁合金装入PVC槽中：先于PVC槽中装入的一半左右的填充材料，压实，再将已焊接阳极电缆的镁合金放置在已压实的填充材料表面，且距PVC槽四周等间距；最后将另一半填充材料装入PVC槽中压实；
⑹. 将模具（PVC槽）顶固密封，并进行防水密封处理；
⑺. 将阴极电缆与阳极电缆连接在一起。
上述方案的优化方案有：
1、步骤⑶采用水泥砂浆将凿除部位修复的同时，进行清除混凝土表面涂层及小的金属件的操作。
2、最后，步骤⑺“将阴极电缆与阳极电缆连接在一起”是通过接线盒将阴极电缆与阳极电缆连接在一起。
其工作原理如下：
以混凝土中钢筋为阴极，安装在混凝土表面的氯离子定向吸收装置（以下简称装置）为阳极，阴极与阳极组成原电池的正极与负极。通过电缆将原电池的正极与负极连接，由于装置的电极电位较负，在外部电缆中，电流由钢筋流向装置，在混凝土内部电流由装置流向钢筋；而电子的流向与电流的流向相反，在混凝土内部，带电子的氯离子由混凝土内部的钢筋流向外部的装置，从而达到定向吸收氯离子到装置的目的。
本发明对处于氯盐污染大气环境中的预应力钢筋混凝土内的氯离子进行定向吸收处理，其特点是：
1、安装简单、方便且可更换；
2、运行期间不需要维护管理；
3、可持续定向吸收混凝土内的氯离子。
与局部凿除加修补的常规做法相比，本发明的优点如下：
1、不需要凿除大量被氯盐污染的混凝土，节省人力和物力，社会效益和经济效益显著；
2、能有效将混凝土内的氯离子脱除，延寿结构的使用寿命15年以上。
3、装置的开路电位稳定，且可更换简单方便。
与强制电流方式的电化学脱盐相比，本发明的优点如下：
1、不需要直流电源，不需要专人维护管理；
2、对钢筋混凝土不会产生任何负面作用；
3、适用范围广，可用于预应力钢筋混凝土。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1，便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，参照图1：本发明的主体包括填充材料1、镁合金2、PVC槽3、阳极电缆4、钢筋混凝土5、预应力钢筋6、阴极电缆7和接线盒8。
⑴.在预应力钢筋混凝土构件上凿除一小块混凝土，露出一小段钢筋；
⑵.将阴极电缆焊接在钢筋上；
⑶.采用水泥砂浆将凿除部位修复；同时，进行清除混凝土表面涂层及小的金属件的操作。
⑷. 将模具（PVC槽）3安装固定混凝土表面。
⑸. 将填充材料1与镁合金2装入PVC槽3中：先于PVC槽3中装入的一半左右的填充材料1，压实，再将已焊接阳极电缆4的镁合金2放置在已压实的填充材料1表面，且距PVC槽3四周等间距；最后将另一半填充材料1装入PVC槽3中压实。
⑹. 将模具（PVC槽）3顶固密封，并进行防水密封处理。
⑺. 通过接线盒，将阴极电缆与阳极电缆连接在一起。
Claims (9)
1.一种便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，该装置电极电位与混凝土内钢筋的电极电位之间存在电位差，该装置与混凝土内的钢筋电连接，形成原电池的负极与正极，其特征在于：所述氯离子定向吸收装置由镁合金、保持镁合金电化学活性的填充材料以及盛放镁合金及填充材料的模具组成，该模具安装固定于混凝土表面，所述镁合金埋设在模具内的填充材料中间，所述填充材料与混凝土直接紧密接触；
所述保持镁合金电化学活性的填充材料，由石膏粉、膨润土、硫酸钠、活性盐和水组成，其中，石膏粉：膨润土：硫酸钠：活性盐：水的重量比范围为45~80：15~55：1~10：0~20:0~30。
2.根据权利要求1所述的便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，其特征在于：所述镁合金为带状。
3.根据权利要求1所述的便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，其特征在于：所述石膏粉：膨润土：硫酸钠：活性盐：水的重量比范围55~75：20~30：4~5：5~6:15~25。
4.根据权利要求1所述的便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，其特征在于：所述活性盐为溴化锂或碘化锂，或它们的混合物。
5.根据权利要求1-4之一所述的便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，其特征在于：所述电连接，其结构是所述钢筋上焊接有阴极电缆，所述装置内的镁合金上焊接有阳极电缆，阳极电缆与阴极电缆连接在一起。
6.根据权利要求5所述的便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，其特征在于：所述阳极电缆和阴极电缆的连接是通过接线盒连接。
7.根据权利要求6所述的便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置，其特征在于：阳极电缆与阴极电缆的焊接处均需作防水密封保护；所述模具采用PVC槽。
8.利用权利要求1所述的便于安装和更换的预应力钢筋混凝土氯离子定向吸收装置对混凝土内的氯离子进行定向吸收方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.在预应力钢筋混凝土构件上凿除一小块混凝土，露出一小段钢筋；
⑵.将阴极电缆焊接在钢筋上；
⑶.采用水泥砂浆将凿除部位修复；
⑷. 将模具安装固定混凝土表面；
⑸. 将填充材料与镁合金装入PVC槽中：先于PVC槽中装入的一半填充材料，压实，再将已焊接阳极电缆的镁合金放置在已压实的填充材料表面，且距PVC槽四周等间距；最后将另一半填充材料装入PVC槽中压实；
⑹. 将模具顶固密封，并进行防水密封处理；
⑺. 将阴极电缆与阳极电缆连接在一起。
9.根据权利要求8所述的对混凝土内的氯离子进行定向吸收方法，其特征在于，步骤⑶采用水泥砂浆将凿除部位修复的同时，进行清除混凝土表面涂层及小的金属件的操作；步骤⑺“将阴极电缆与阳极电缆连接在一起”是通过接线盒将阴极电缆与阳极电缆连接在一起。
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