CN109944458A

CN109944458A - 一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置及方法

Info

Publication number: CN109944458A
Application number: CN201910220884.4A
Authority: CN
Inventors: 王档良; 赵方彬; 彭裕勤
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: CN109944458B

Abstract

本发明公开了一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置及方法，通过电化学反应技术将纳米二氧化硅和甲基硅酸钠注入到钢筋混凝土中，纳米二氧化硅穿透混凝土样品并形成保护层，有效的阻止氯离子渗透。注入的纳米二氧化硅能够影响内孔系统及其致密化，进而形成针对于氯化物渗透的保护层。

Description

一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置及方法

技术领域

本发明属于混凝土电渗技术领域，具体涉及一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置及方法。

背景技术

混凝土是用水泥、水和骨料(细骨料如砂，粗骨料如卵石、碎石)等原材料经搅拌后人模浇筑，并经养护硬化后做成的人工石材。混凝土结构是指以混凝土为主制作的结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。随着现代混凝土技术与我国经济的快速持续的发展，混凝土被广泛应用于港口、大坝、公路、桥梁、市政等现代化工程建设中。然而,钢筋混凝土结构由于受到各种环境条件，如大气、水等物理或化学的侵蚀作用，即使结构设计合理、施工正确，其在服役期间也往往发生劣化、未达到预期寿命而破坏。据报道,美国需要大量的资金来修复被腐蚀破坏的钢筋混凝土结构。在英国，需要重修或大修的钢筋混凝土结构占36%。在我国，钢筋混凝土结构的侵蚀破坏也十分严重,且随着我国的基本建设的全面开展。后期的钢筋混凝土结构的维护、修补等问题将会日益突出。因此，对混凝土结构采取有效表面防护技术以防止混凝土的环境侵蚀、维护混凝土的性能，对保证并提高混凝土结构的耐久性与使用寿命具有重要的现实意义。特别是在某些特殊环境中，缺乏针对性有效的钢筋混凝土保护层，如：主要由氯化物渗透引起的钢筋腐蚀问题。

发明内容

本发明的目的正是为了解决上述背景技术中提出的缺陷，有效的解决氯化物渗透引起的钢筋腐蚀，通过将纳米颗粒二氧化硅颗粒和有机硅酸盐注入到钢筋混凝土中，纳米二氧化硅穿透混凝土样品并形成保护层，有效的阻止氯离子渗透。注入的纳米二氧化硅能够影响内孔系统及其致密化，进而形成针对于氯化物渗透的保护层，基于此，提供一种用于永久防止钢筋混凝土中氯化物渗透锈蚀的方法。

对于本发明，具体来说，一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固方法，通过混凝土防锈、加固装置对钢筋混凝土进行加固，包括以下步骤：

步骤（1），通过钢筋混凝土固定装置将钢筋混凝土样品固定在钢筋混凝土固定台，通过调节装置调节钢筋混凝土样品；

步骤（2），通过旋紧装置将钢筋混凝土中的钢筋与电源的正极相连，将电极与电源的负极相连，钢筋、电极、电源三者组成一个回路；

步骤（3），通过中央处理模块控制自动阀门向反应室中注入纳米二氧化硅溶液；

步骤（4），通过加热装置、电阻丝、温度传感器，使反应室中纳米二氧化硅的温度保持在30摄氏度；

步骤（5），钢筋为阳极，电极为阴极，测试持续时间设定为48小时；

步骤（6），电化学反应处理后，将样品在50℃下干燥24小时，以使纳米颗粒在内孔表面上结合。

进一步的，本发明通过电化学反应技术将纳米二氧化硅注入到钢筋混凝土中，步骤（2）中的电极为网状电极，网状电极连接到具有恒定电位的DC电源；

进一步的，纳米二氧化硅溶液的pH通常为9-12。由于其表面带电荷，带负电的粒子可以通过电场朝向阳极移动。

进一步的，纳米二氧化硅溶液的浓度优选为50％。

进一步的，溶液可以为纳米二氧化硅和甲基硅酸钠溶液，其中，甲基硅酸钠是一种疏水剂，甲基硅酸钠与混凝土兼容。当混凝土的外表面或内表面时具有防水作用，甲基硅酸是水溶性的。

进一步的，钢筋混凝土样品由波特兰水泥I型制成，用石英砂，砾石和水制备。水灰比为0.4。没有向混合物中加入增塑剂或其他混合物。将样品浇铸成直径为80mm，高度为150mm的圆柱形。24小时后，将样品脱模，置于水中并固化直至测试

混凝土防锈、加固装置包括钢筋混凝土固定装置、调节装置、电源、电极、旋紧装置、中央处理模块、自动阀门、溶液仓、浓度传感器、PH值传感器、进液口、加液口、加热装置、电阻丝、温度传感器、混凝土固定台、反应室。

进一步的，钢筋混凝土固定装置与钢筋混凝土固定台相对设置，钢筋混凝土固定台设置于反应室内部，钢筋混凝土固定装置设置于反应室外部，混凝土固定装置和混凝土固定台共同用于固定混凝土；调节装置设置于反应室外部，用于调节混凝土的位置。

进一步的，旋紧装置设置于反应室外部，用于连接钢筋，与电源正极相连，电极设置于反应室内部，与电源负极相连，钢筋、电极、电源三者组成一个回路。

进一步的，加液口设置在溶液仓上，用于将溶液注入溶液仓；浓度传感器设置于反应室内部，用于检测溶液浓度；PH值传感器设置于反应室内部，用于检测PH值；中央处理模块与浓度传感器、PH值传感器、自动阀门相连，自动阀门用于将溶液仓的液体注入反应室，中央处理模块通过浓度传感器、PH值传感器获得反应室中的溶液浓度和PH值，进而控制溶液仓的液体注入反应室的液体量。

进一步的，温度传感器设置于反应室内部，并设置于钢筋混凝土固定台上，用于检测溶液温度，电阻丝设置于反应室内部，用于加热溶液，加热装置设置于反应室外部，用于接收温度传感器并控制电阻丝。

作为本发明的一种优选方案，可以呈现足够低的渗透性和良好的耐久性能的混凝土，其中优选的配比为：水泥用量为280～360Kg/m3、水灰比0.43～0.56，制备出抗压强度为32～42MPa的混凝土。

本发明有效的解决氯化物渗透引起的钢筋腐蚀，通过将纳米颗粒二氧化硅颗粒和有机硅酸盐注入到钢筋混凝土中，纳米二氧化硅穿透混凝土样品并形成保护层，有效的阻止氯离子渗透。注入的纳米二氧化硅能够影响内孔系统及其致密化，进而形成针对于氯化物渗透的保护层。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明混凝土防锈、加固装置的整体结构示意图。

图中：1、混凝土；2、钢筋；3、钢筋混凝土固定装置；4、调节装置；5、电源；6、电极；7、旋紧装置；8、中央处理模块；9、自动阀门；10、溶液仓；11、浓度传感器；12、PH值传感器；13、进液口；14、加液口；15、加热装置；16、电阻丝；17、温度传感器；18、钢筋混凝土固定台；19、反应室。

具体实施方式

如图1所示，本发明的混凝土防锈、加固装置包括钢筋混凝土固定装置（3）、调节装置（4）、电源（5）、电极（6）、旋紧装置（7）、中央处理模块（8）、自动阀门（9）、溶液仓（10）、浓度传感器（11）、PH值传感器（12）、进液口（13）、加液口（14）、加热装置（15）、电阻丝（16）、温度传感器（17）、钢筋混凝土固定台（18）、反应室（19）。

进一步的，钢筋混凝土固定装置（3）与混凝土固定台（18）相向设置，钢筋混凝土固定台（18）设置于反应室（19）内部，钢筋混凝土固定装置（3）设置于反应室（19）外部，钢筋混凝土固定装置（3）和钢筋混凝土固定台（18）用于固定混凝土；调节装置（4）设置于反应室（19）外部，用于调节混凝土的位置。

进一步的，旋紧装置（7）设置于反应室（19）外部，用于连接钢筋，与电源（5）正极相连，电极（6）设置于反应室（19）内部，与电源（5）负极相连，钢筋、电极（6）、电源（5）三者组成一个回路。

进一步的，加液口（14）设置在溶液仓（10）上，用于将溶液注入溶液仓（10）；浓度传感器（11）设置于反应室（19）内部，用于检测溶液浓度；PH值传感器（12）设置于反应室（19）内部，用于检测PH值；中央处理模块（8）与浓度传感器（11）、PH值传感器（12）、自动阀门（9）相连，自动阀门（9）用于将溶液仓（10）的液体注入反应室（19），中央处理模块（8）通过浓度传感器（11）、PH值传感器（12）获得反应室（19）中的溶液浓度和PH值，进而控制溶液仓（10）的液体注入反应室（19）的液体量。

进一步的，温度传感器（17）设置于反应室（19）内部，并设置于钢筋混凝土固定台（18）上，用于检测溶液温度，电阻丝（16）设置于反应室（19）内部，用于加热溶液，加热装置（15）设置于反应室（19）外部，用于接收温度传感器（17）并控制电阻丝（16）。

一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固方法，其特征在于，通过混凝土防锈、加固装置对钢筋混凝土进行加固，包括以下步骤：

步骤（1），通过混凝土固定装置（3）将钢筋混凝土样品固定在混凝土固定台（18），通过调节装置（4）调节混凝土样品；

步骤（2），通过旋紧装置（7）将钢筋混凝土中的钢筋与电源（5）的正极相连，将电极（6）与电源（5）的负极相连，钢筋、电极（6）、电源（5）三者组成一个回路；

步骤（3），通过中央处理模块（8）控制自动阀门（9）向反应室（19）中注入纳米二氧化硅溶液；

步骤（4），通过加热装置（15）、电阻丝（16）、温度传感器（17），使反应室（19）中纳米二氧化硅的温度保持在30摄氏度；

步骤（5），钢筋为阳极，电极（6）为阴极，测试持续时间设定为48小时；

步骤（6），电化学反应处理后，将样品在50℃下干燥24小时，以使纳米颗粒/甲基硅酸钠在内孔表面上结合。

进一步的，本发明通过电化学反应技术将纳米二氧化硅注入到钢筋混凝土中，步骤（2）中的电极（6）为网状电极，网状电极连接到具有恒定电位的DC电源；

进一步的，纳米二氧化硅溶液的浓度优选为50％。

进一步的，钢筋混凝土样品由波特兰水泥I型制成，用石英砂，砾石和水制备。水灰比为0.4。没有向混合物中加入增塑剂或其他混合物。将样品浇铸成直径为80mm，高度为150mm的圆柱形。24小时后，将样品脱模，置于水中并固化直至测试。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固方法，其特征在于，通过混凝土防锈、加固装置对钢筋混凝土进行加固，包括以下步骤：

步骤（1），通过钢筋混凝土固定装置将钢筋混凝土样品固定在钢筋混凝土固定台，通过调节装置调节混凝土样品；

2.根据权利要求1所述的一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固方法，其特征在于：步骤（2）中的电极为网状电极，网状电极连接到具有恒定电位的DC电源。

3.根据权利要求2所述的一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固方法，其特征在于：纳米二氧化硅溶液的浓度优选为50％。

4.一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置，其特征在于：包括混凝土固定装置、调节装置、电源、电极、旋紧装置、中央处理模块、自动阀门、溶液仓、浓度传感器、PH值传感器、进液口、加液口、加热装置、电阻丝、温度传感器、混凝土固定台、反应室。

5.根据权利要求4所述的一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置，其特征在于：钢筋混凝土固定装置与钢筋混凝土固定台相向设置，钢筋混凝土固定台设置于反应室内部，钢筋混凝土固定装置设置于反应室外部，钢筋混凝土固定装置和钢筋混凝土用于固定混凝土；调节装置设置于反应室外部，用于调节钢筋混凝土的位置。

6.根据权利要求4所述的一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置，其特征在于：旋紧装置设置于反应室外部，用于连接钢筋，与电源正极相连，电极设置于反应室内部，与电源负极相连，钢筋、电极、电源三者组成一个回路。

7.根据权利要求4所述的一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置，其特征在于，加液口设置在溶液仓上，用于将溶液注入溶液仓；浓度传感器设置于反应室内部，用于检测溶液浓度；PH值传感器设置于反应室内部，用于检测PH值；中央处理模块与浓度传感器、PH值传感器、自动阀门相连，自动阀门用于将溶液仓的液体注入反应室，中央处理模块通过浓度传感器、PH值传感器获得反应室中的溶液浓度和PH值，进而控制溶液仓的液体注入反应室的液体量。

8.根据权利要求4所述的一种基于电渗技术的混凝土防锈、加固装置，温度传感器设置于反应室内部，并设置于钢筋混凝土固定台上，用于检测溶液温度，电阻丝设置于反应室内部，用于加热溶液，加热装置设置于反应室外部，用于接收温度传感器并控制电阻丝。