CN107558753A - 一种缺陷混凝土电化学加固修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缺陷混凝土电修复方法，用于土木建筑的主体和框架结构中，当混凝土在外在因素影响下或者在施工过程中本身存在一定的缺陷时，本发明利用电渗、电泳技术，在电场作用下将加固材料运送到混凝土内部孔隙、裂隙缺陷位置与旧混凝土发生电化学反应，从而达到加固和修复的目的。研究了不同电渗加固材料、不同脉冲频率、不同龄期、这些变量对应缺陷混凝土的加固修复后的质量和强度的规律。

Description

一种缺陷混凝土电化学加固修复方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种缺陷混凝土电化学修复加固方法。

背景技术

混凝土与其他用于建筑物的材料相比，造价低、耐久、取材方便，因此成为现今地下设施结构、房屋建筑、桥隧结构、水下工程、海湾港口等土木建设工程的主要材料。但是，混凝土由于内部结构与水化产物的原因，易受空气、地下水及土壤中的有害成分的化学侵蚀，造成其强度、体积变形和使用寿命等缺陷，导致其性能的下降。以致目前较多混凝土结构的房屋未达到预定的服役年限就提前失去原有结构功能。

混凝土耐久性破坏又可分为冻融破坏、碱集料反应、混凝土碳化、硫酸盐侵蚀和氯离子侵蚀等。

混凝土耐久性破坏中混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中的氢氧化钙、C-S-H凝胶等与空气中的二氧化 碳、在湿度相宜时发生化学反应，生成碳酸钙和水，也称混凝土的中性化。碳化作用对于混凝土的弊端在于：a、减弱了混凝土对钢筋的保护作用。 b、增加混凝土的收缩。 c、氢氧化钙的大量流失,导致C-S-H凝 胶分解,混凝土粉化。

混凝土耐久性破坏中有害离子：

（1）氯离子：氯离子的渗透能力强,易渗入混凝土内,使混凝土的钢筋表面局部产生腐蚀电池。

Fe- 2e = Fe2+ ； 2Cl- + Fe2 + + nH2O = FeCl2·nH2O ； FeCl2·nH2O → Fe(OH)2 + 2Cl- 。

钢筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度所需的时间，主要取决于混凝土的质量、保护层厚度、环境温湿度、钢筋产生锈蚀的阈值浓度等因素。

(2)硫酸盐侵蚀 硫酸根离子与水泥石中的水化铝酸钙作用生 成高硫型水化硫铝酸钙，其反应式为，生成的高硫型水化硫铝酸钙含有大量的结晶水，比原体积增加1.5倍以上，因此对水泥石起 极大的膨胀破坏作用。

a、硫酸盐对混凝土腐蚀过程当中，因钙矾石的形成 而导致严重开裂。 b、当氯盐存在时，将通过膨胀通道加速扩散过程， 加剧钢筋混凝土中钢筋的腐蚀。 c、当硫酸盐和氯盐复合存在时，会严重降低钢筋混 凝土的耐久性和服役寿命。

碱—集料反应 ：集料中的活性氧化硅与水泥中的碱性氧性 物之间的化学作用。这种反应的结果是在集料 表面生成了复杂的碱硅酸凝胶，在不断吸水的情况下，体积会无限膨胀，会把水泥石胀裂并 产生胶体外流等现象，严重地损坏混凝土的结 构。

冻融破坏 ：混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破 坏作用称为冻融循环破坏。 混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用 是混凝土发生冻融破坏的必要条件。

关于混凝土缺陷，我国规范《混凝土结构加固设计规范》 GB50367-2013给出了具体加固方法为:针对强度不够，可以选用侵泡纤维或纤维复合材料粘贴以达到增强强度的目的；针对内部缺陷，可以选用水泥、超细水泥、环氧树脂浆液、聚氨酯浆液等材料进行注射或者灌浆的方式进行加固。

规范中提供的两种方法存在以下缺陷： (1)贴纤维或纤维复合材料只是一种表面处理方法，无法从根本上解决问题；（2）注射或者灌注水泥类、环氧类、聚氨酯类注浆材料，存在混凝土加固不均问题；(3)以上两种方法对氯离子和硫酸根离子产生的腐蚀危害没法处理。

现有的技术中缺少针对缺陷混凝土电化学加固修复方法。

发明内容

本发明是利用电渗、电泳技术，在电场作用下将专用加固材料通过电场（电流、电泳）作用，运送到混凝土内部孔隙、裂隙缺陷位置与旧混凝土发生电化学反应，从而达到加固和修复的目的，其方法在与设置三阳极，其中阳极1和阳极2平行设置，阳极3与阳极1和阳极2垂直，且不在一个平面，呈三维设置，同时将混凝土和钢筋中的氯离子和硫酸根离迁移到正极，以牺牲阳极法除去混凝土中有害离子（氯离子、硫酸根离子）。

本发明的目的在于提供一种工作性能好、针对缺陷混凝土电化学加固修复方法。

本发明的技术解决方案是：一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征包括如下步骤：

（1）在有缺陷的混凝土加上直流电源，使混凝土的正反两个面分别在不同的电极影响范围；

（2）将配置好的专用加固材料涂刷在缺陷混凝土的正极面；

（3）通电使得专用的电渗材料在电场的作用下进入缺陷混凝土的空隙，并与旧混凝土发生化学-电化学反应，加固材料和混凝土孔隙骨架重新固化，生产强度高、耐久性强的混凝土；

（4）在步骤（3）的基础上设置阳极1、阳极2、阳极3、阴极、参比电极，其中，阳极1和阳极2平行设置，阳极3与阳极1和阳极2垂直，且不在一个平面，呈三维设置，阴极埋在地下相邻于有缺陷的混凝土，阳极1、阳极2、阳极3与混凝土表面接触，阳极1、阳极2、阳极3与电源的阳极连接，混凝土中的钢筋与电源的阴极连接，参比电极执行的电极监测钢筋的腐蚀电位，电源的阳极连接到靠近所述钢筋的阳极，采用导电涂料用于避免涂膜电极因混凝土开裂而使膜电极断开；采用导电腻子用于将正极埋设固定于槽中，导电腻子由下列成分组成：石墨乳、快硬膨胀型铝酸盐材料、聚乙烯醇溶液；

（5）采用单片机监控整个运行过程，单片机操作包括对波形参数的设定，运行参数的设置与选择，根据每天检测到的湿度与电流等数据，自动选择运行模式，控制电流密度不超过150mA / m2，保持电负载电位源的电流200mV至小于400mV，即，腐蚀电位，在48V的电压下使4阴离子Cl2+和其它阴离子向阳极1迁移，而阳离子Na +和其它阳离子迁移到阴极；

（6）当混凝土柱的阴极的电流为300μA的电流时，阴极与电源断开，断开钢筋连接到电源的阴极。

其中，阳极1采用石墨烯在内的石墨电极、导电塑料电极、钛合金或纯钛自粘贴片式电极、硅胶电极；所述石墨电极为液态、胶态涂膜或自粘贴片；导电塑料电极为导电塑料线、导电塑料自粘贴片或导电塑料膜；硅胶电极为自粘导电硅胶无纺布或硅胶自粘贴片；阴极采用铜管、镀铜或镀锌管制成。

反复涂刷专用加固材料，让更多的专用加固材料进入混凝土，直至被加固的混凝土满足设计加固指标。

采用导电涂料用于避免涂膜电极因混凝土开裂而使膜电极断开；采用导电腻子用于将正极埋设固定于槽中。

电场作用是指电渗、电泳、电化学反应。

负极包括有效长度部分和外涂有绝缘树脂的部分。

阳极采用包括铂、钛、钌、钯、铱在内的任意一种或几种材料。

阴极采用包括不锈钢、铁、铝、铜、石墨、碳、镍、铂、钛、钌、钯、铱在内的任意一种或几种材料。

电流密度=电流除以与混凝土接触的钢筋的表面积，电源采用电流以方波形式输出的脉冲式直流电源。

电渗透设备采用单片机监控整个运行过程，通过对波形参数的设定，运行参数的设置与选择，根据每天检测到的湿度与电流等数据，自动选择运行模式。

电渗透设备采用单片机监控整个运行过程，采用人机控制界面。

电渗透设备的脉冲波形由正脉冲、负脉冲和零电平组成；正脉冲波形有正弦波、三角波、方波、锯齿波或阶梯波的各函数的电压波形或其中几个函数波形的组合，负脉冲采用方波。

本发明施工方便，工作性能好；正极采用金属、非金属电极，电极多样化，液态石墨类阳极电极可用毛笔画在混凝土表面上去即成线路，无需开槽。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征包括如下步骤：

（1）在有缺陷的混凝土加上直流电源，使混凝土的正反两个面分别在不同的电极影响范围；

（2）将配置好的专用加固材料涂刷在缺陷混凝土的正极面；

（3）通电使得专用的电渗材料在电场的作用下进入缺陷混凝土的空隙，并与旧混凝土发生化学-电化学反应，加固材料和混凝土孔隙骨架重新固化，生产强度高、耐久性强的混凝土；

（4）在步骤（3）的基础上设置阳极1、阳极2、阳极3、阴极、参比电极，其中，阳极1和阳极2平行设置，阳极3与阳极1和阳极2垂直，且不在一个平面，呈三维设置，阴极埋在地下相邻于有缺陷的混凝土，阳极1、阳极2、阳极3与混凝土表面接触，阳极1、阳极2、阳极3与电源的阳极连接，混凝土中的钢筋与电源的阴极连接，参比电极执行的电极监测钢筋的腐蚀电位，电源的阳极连接到靠近所述钢筋的阳极，采用导电涂料用于避免涂膜电极因混凝土开裂而使膜电极断开；采用导电腻子用于将正极埋设固定于槽中，导电腻子由下列成分组成：石墨乳、快硬膨胀型铝酸盐材料、聚乙烯醇溶液；

（5）采用单片机监控整个运行过程，单片机操作包括对波形参数的设定，运行参数的设置与选择，根据每天检测到的湿度与电流等数据，自动选择运行模式，控制电流密度不超过150mA / m2，保持电负载电位源的电流200mV至小于400mV，即，腐蚀电位，在48V的电压下使4阴离子Cl2+和其它阴离子向阳极1迁移，而阳离子Na +和其它阳离子迁移到阴极；

（6）当混凝土柱的阴极的电流为300μA的电流时，阴极与电源断开，断开钢筋连接到电源的阴极。

反复涂刷专用加固材料，让更多的专用加固材料进入混凝土，直至被加固的混凝土满足设计加固指标。

采用导电涂料用于避免涂膜电极因混凝土开裂而使膜电极断开；采用导电腻子用于将正极埋设固定于槽中。

阳极1采用石墨烯在内的石墨电极、导电塑料电极、钛合金或纯钛自粘贴片式电极、硅胶电极；所述石墨电极为液态、胶态涂膜或自粘贴片；导电塑料电极为导电塑料线、导电塑料自粘贴片或导电塑料膜；硅胶电极为自粘导电硅胶无纺布或硅胶自粘贴片；阴极采用铜管、镀铜或镀锌管制成。

负极包括有效长度部分和外涂有绝缘树脂的部分。

阴极采用包括不锈钢、铁、铝、铜、石墨、碳、镍、铂、钛、钌、钯、铱在内的任意一种或几种材料。

电流密度=电流除以与混凝土接触的钢筋的表面积。

阳极采用包括铂、钛、钌、钯、铱在内的任意一种或几种材料。

电渗透设备采用单片机监控整个运行过程，通过对波形参数的设定，运行参数的设置与选择，根据每天检测到的湿度与电流等数据，自动选择（波形、频率、整幅）运行模式，可满足不同工程对象，不同的除湿阶段的最佳条件。

电渗透设备采用单片机监控整个运行过程，采用触摸液晶屏作为人机控制界面，按电渗透对象的不同要求，可任意组合多种波形；按含水量的多少，可智能控制本机的运行、低功耗运行或休眠。

电渗透设备的脉冲波形由正脉冲、负脉冲和零电平组成；正脉冲波形有正弦波、三角波、方波、锯齿波或阶梯波的各函数的电压波形或其中几个函数波形的组合，负脉冲采用方波。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征包括如下步骤：

（1）在有缺陷的混凝土加上直流电源，使混凝土的正反两个面分别在不同的电极影响范围；

（2）将配置好的专用加固材料涂刷在缺陷混凝土的正极面；

（3）通电使得专用的电渗材料在电场的作用下进入缺陷混凝土的空隙，并与旧混凝土发生化学-电化学反应，加固材料和混凝土孔隙骨架重新固化，生产强度高、耐久性强的混凝土；

（4）在步骤（3）的基础上设置阳极1、阳极2、阳极3、阴极、参比电极，其中，阳极1和阳极2平行设置，阳极3与阳极1和阳极2垂直，且不在一个平面，呈三维设置，阴极埋在地下相邻于有缺陷的混凝土，阳极1、阳极2、阳极3与混凝土表面接触，阳极1、阳极2、阳极3与电源的阳极连接，混凝土中的钢筋与电源的阴极连接，参比电极执行的电极监测钢筋的腐蚀电位，电源的阳极连接到靠近所述钢筋的阳极，采用导电涂料用于避免涂膜电极因混凝土开裂而使膜电极断开；采用导电腻子用于将正极埋设固定于槽中，导电腻子由下列成分组成：石墨乳、快硬膨胀型铝酸盐材料、聚乙烯醇溶液；

（5）采用单片机监控整个运行过程，单片机操作包括对波形参数的设定，运行参数的设置与选择，根据每天检测到的湿度与电流等数据，自动选择运行模式，控制电流密度不超过150mA / m2，保持电负载电位源的电流200mV至小于400mV，即，腐蚀电位，在48V的电压下使阴离子Cl2+和其它阴离子向阳极1迁移，而阳离子Na +和其它阳离子迁移到阴极；

（6）当混凝土柱的阴极的电流为300μA的电流时，阴极与电源断开，断开钢筋连接到电源的阴极。

2.根据权利要求1所述一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征在于：反复涂刷专用加固材料，让更多的专用加固材料进入混凝土，直至被加固的混凝土满足设计加固指标。

3.根据权利要求1所述一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征在于：其中，阳极1采用石墨烯在内的石墨电极、导电塑料电极、钛合金或纯钛自粘贴片式电极、硅胶电极；所述石墨电极为液态、胶态涂膜或自粘贴片；导电塑料电极为导电塑料线、导电塑料自粘贴片或导电塑料膜；硅胶电极为自粘导电硅胶无纺布或硅胶自粘贴片；阴极采用铜管、镀铜或镀锌管制成。

4.根据权利要求1所述一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征在于：电场作用是指电渗、电泳、电化学反应。

5.根据权利要求1所述一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征在于：专用加固材料是指 一种可以通过电渗、电泳等方式渗透混凝土孔隙、空隙、裂缝中与原有缺陷混凝土发生物理化学固结作用，最终达到混凝土修复的目的。

6.根据权利要求1所述一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征在于：电流密度=电流除以与混凝土接触的钢筋的表面积。

7.根据权利要求1所述一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征在于：阳极采用包括铂、钛、钌、钯、铱在内的任意一种或几种材料；阴极采用包括不锈钢、铁、铝、铜、石墨、碳、镍、铂、钛、钌、钯、铱在内的任意一种或几种材料。

8.根据权利要求1所述一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固方法，其特征在于： 电源采用电流以方波形式输出的脉冲式直流电源。