CN110965801B - 一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备，包括：电解沉积箱，挂载于混凝土裂缝处，用于存储电沉积修复过程中的电解质溶液，其内部设置与电源正极连接的阳极；处理箱，分别连接电解沉积箱的进水口与出水口，用于对电解沉积箱排出的电解质溶液进行调节，调节完毕的电解质溶液重新进入电解沉积箱；动力泵，用于实现电解沉积箱与处理箱之间电解质溶液循环；阴极，为内置于混凝土裂缝处的钢筋，与电源负极连接。与现有技术相比，通过循环电解质溶液有效避免混凝土酸化问题，并长期维持电解质溶液浓度与pH，不影响混凝土性能的同时促进沉积修复持续有效进行；动力泵可以实现不同高度处地下结构裂缝修复。

Description

一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备及方法

技术领域

本发明涉及地下混凝土裂缝修复领域，尤其是涉及一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备及方法。

背景技术

混凝土因脆性大、抗拉强度低等缺点，极易产生裂缝。裂缝不仅影响混凝土结构的安全性能和耐久性能，还为有害离子的入侵提供便利通道，进一步加速混凝土结构的性能劣化。对比地上结构，地下结构在荷载和岩土介质等共同作用下，更易产生裂缝，并且，在地下水等作用下，裂缝对地下结构长期耐久性影响更大。因此，开展地下结构裂缝修复意义重大。

传统针对混凝土裂缝修复的方法譬如灌浆法、填充法、注射法(环氧树脂、聚氨酯)等，对混凝土的修复过程存在影响结构表观质量、封堵效果耐久性差、操作工人安全不受保障、修补费用不可控等缺陷。且针对混凝土中的微裂缝，存在施工难度大，施工费用高，对混凝土基体损害高等特点。

电化学沉积方法是一种新兴的适用于水环境下混凝土裂缝修复手段，其基本原理如下：以带裂缝的混凝土结构中的钢筋为阴极，同时外置阳极，两者之间施加弱电流，在电位差的作用下正负离子分别向两极移动，并发生一系列的反应，最后在混凝土结构的表面和裂缝里生成沉积物，覆盖混凝土表面，愈合混凝土裂缝。示意图如图2。

通过阅读国内外文献可以发现，国内外学者开展了大量电化学沉积法修复陆上混凝土结构的试验研究，已证实了电沉积修复陆上混凝土裂缝的可行性，并在电化学沉积产物性能、电化学修复试件制备、修复效果评估及其影响因素等方面做了许多有益的探索。将其应用到地下混凝土裂缝修复中，可对基体微扰动的同时，实现对水环境混凝土的修复。

目前，地下混凝土裂缝的修复存在混凝土酸化问题，且修复过程难以持续有效进行。

参考文献：

[1]Jae-Suk，Nobuaki Otsuki.Crack closure of reinforced concrete byelectrodeposition technique[J].Cem Concr Res，2002，32(1):159-162.

[2]Ryou J S，Nobuaki Otsuki.Experimental study on repair of concretestructural members by electrochemical method[J].Scripta Mater，2005，52:1123-1127

[3]Jae-Suk Ryu and Nobuaki Otsuki.Crack closure of reinforcedconcrete by electrodeposition technique[J],Cement and Concrete Research,2002,32(1):159-164.

[4]Qing Chen,Zhengwu Jiang,Hehua Zhu,J Woody Ju,Zhiguo Yan,Haoxin Li,The effective properties of saturated concrete healed by EDM with theITZs.Computers and Concrete,2018,21(1):67-74.

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发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备，包括：

电源；

电解沉积箱，挂载于混凝土裂缝处，用于存储电沉积修复过程中的电解质溶液，其内部设置与电源正极连接的阳极，电源负极与混凝土裂缝处原有的钢筋连接；

处理箱，分别连接电解沉积箱的进水口与出水口，用于对电解沉积箱排出的电解质溶液进行调节，调节完毕的电解质溶液重新进入电解沉积箱；

动力泵，用于实现电解沉积箱与处理箱之间电解质溶液循环。

所述的出水口设有第一传感器，所述的进水口设有第二传感器，第一传感器和第二传感器分别与控制器连接，控制器根据第一传感器和第二传感器传递的流量数据判断是否修复完成。

所述处理箱连接第三传感器，第三传感器用于监测处理箱中电解质溶液的PH和浓度。

所述进水口设有进水阀，所述出水口设有出水阀。

所述的电源为蓄电池。

所述的电解沉积箱与处理箱之间设置缓存箱。

一种利用所述的地下混凝土裂缝电沉积修复设备的地下混凝土裂缝电沉积修复方法，该方法包括：

步骤S1：确定待修复混凝土裂缝的部位；

步骤S2：在待修复混凝土裂缝处挂载电解沉积箱，并使电解沉积箱通过动力泵与处理箱连接；

步骤S3：将阳极置于电解沉积箱中并与电源正极连接；

步骤S4：将内置于混凝土裂缝处的钢筋与电源负极连接，形成阴极；

步骤S5：在电解沉积箱和处理箱中置满预设浓度和pH的电解质溶液，隔离电解沉积箱和处理箱，打开电源，实现一次修复过程；

步骤S6：打开动力泵，连通电解沉积箱和处理箱，实现一次电解质溶液循环。

该方法还可以包括：

步骤S7：当第一传感器传递的流量数据等于第二传感器传递的流量数据时，修复完成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)处理箱对电解沉积箱排出的电解质溶液进行调节，调节完毕的电解质溶液重新进入电解沉积箱，通过循环电解质溶液有效避免混凝土酸化问题，并长期维持电解质溶液浓度与pH，不影响混凝土性能的同时促进沉积修复持续有效进行；动力泵可以实现不同高度处地下结构裂缝修复。

(2)设有第一传感器和第二传感器，可通过电解质溶液进出水量差异量(如无差异，则说明没有裂缝，即代表裂缝修复完成)对沉积修复进度进行智能化自诊断，有效判断沉积修复进度。

(3)第三传感器用于监测处理箱中电解质溶液的PH和浓度，该方法方便易行。

(4)进水口设有进水阀，出水口设有出水阀，进水阀和出水阀可以隔离电解沉积箱和处理箱。

(5)电源为蓄电池，通过蓄电池提供电沉积修复的电源，实现电沉积修复电能的自供给，避免了对现场供电的依赖。

(6)通过动力泵调节可以实现不同高度处地下结构裂缝修复。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为电化学沉积方法原理图；

附图标记：

1-1为混凝土；1-2为钢筋；1-3为混凝土裂缝；2-1为导线；2-2为蓄电池；2-3为出水阀；2-4为阳极；2-5为第一传感器；2-6为电解液传输管；2-7为电解液收集箱；2-8为处理箱；2-9为进料口；2-10为第三传感器；2-11为供液箱；2-12为动力泵；2-13为第二传感器；2-14为电解沉积箱；2-15为进水阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备，如图1所示，本设备为自诊断循环供给电沉积修复设备，主要由以下部分构成：电解沉积箱2-14，挂载于混凝土裂缝1-3处，用于存储电沉积修复过程中的电解质溶液，其内部设置与电源正极连接的阳极2-4；处理箱2-8，分别连接电解沉积箱2-14的进水口与出水口，用于对电解沉积箱2-14排出的电解质溶液进行调节，调节完毕的电解质溶液重新进入电解沉积箱2-14；动力泵2-12，用于实现电解沉积箱2-14与处理箱2-8之间电解质溶液循环；阴极，为内置于混凝土裂缝1-3处的钢筋1-2，与电源负极连接。

出水口设有第一传感器2-5，进水口设有第二传感器2-13，第一传感器2-5和第二传感器2-13分别与控制器连接，控制器根据第一传感器2-5和第二传感器2-13传递的流量数据判断是否修复完成。

具体而言，钢筋1-2为混凝土1-1自身拥有的部分；阳极2-4与电源正极通过导线2-1连接，钢筋1-2与电源负极通过导线2-1连接；连接处理箱2-8的第三传感器2-10用于监测处理箱2-8中电解质溶液的PH和浓度；处理箱2-8设有进料口2-9，进料口2-9为调节电解质pH与浓度所设；电源为蓄电池2-2；进水口设有进水阀2-15，出水口设有出水阀2-3；动力泵2-12通过电解液传输管2-6分别与电解沉积箱2-14和处理箱2-8连接；电解沉积箱2-14与处理箱2-8之间设置缓存箱，缓存箱包括供液箱2-11和电解液收集箱2-7，电解液收集箱2-7用来放置从电解液沉积箱排出的电解质溶液，供液箱2-11供给电解液沉积箱从处理箱2-8排出的处理过的电解质溶液。

表1各部分的功能说明

电解质溶液主要是可以产生沉淀的钙盐和镁盐等为主的电解质溶液。例如可以是包括氯化镁、氯化钙、碳酸氢钠等溶液，其中，氯化镁和氯化钙比例根据现场情况可以从1至10之间波动，碳酸氢钠溶液可为钙盐的10％-50％，其中氯化钙溶液浓度为(0.01-0.1)mol/L。

涉及到的各部分的功能和相互连接关系如表1所示。

一种地下混凝土裂缝电沉积修复方法：

1)确定待修复混凝土裂缝1-3的部位。根据现场调研，确定需要修补的水环境下混凝土裂缝1-3位置，并对裂缝表面进行清洗、整形。

2)安装电解沉积箱2-14。将电解沉积箱2-14使用胶水粘贴至混凝土裂缝1-3处，并用环氧树脂密封处理。

3)安装外置阳极2-4板。通常采用钛板，根据裂缝大小采用适合大小的钛板，将钛板正对修补裂缝处，放置于电解沉积箱2-14之中。

4)安装电沉积修复阴极。使用钢筋探测仪探测裂缝钢筋1-2位置，使用手钻钻小孔至钢筋1-2表面，用导线2-1连接钢筋1-2，牵引出阴极接线。

5)安装电源。将蓄电池2-2充满电后，用导线2-1负极连接阴极接线，正极连接钛板。

6)使用电解液传输管2-6依此连接电解沉积箱2-14出水阀2-3、第一传感器2-5、电解液收集箱2-7、处理箱2-8、供液箱2-11、动力泵2-12、第二传感器2-13和电解沉积箱2-14进水阀2-15，并确保其密封性，并用将处理器连接第一传感器2-5与第二传感器2-13。其中第一传感器2-5用于测量出水量，第二传感器2-13用于测量进水量。当出水量等于进水量时，处理器给出预警，即修复完成。处理箱2-8上有进料口2-9与第三传感器2-10，第三传感器2-10是对其内电解液pH与溶液浓度的反应，进料口2-9为调节电解质pH与浓度所设。

7)上述装置安装完毕，开始电沉积修复过程。在电解沉积箱2-14与供液箱2-11(或处理箱2-8)之中放置满预设浓度、pH的电解质溶液；密封各导管，打开蓄电池2-2电源，调节电流大小；修复20min后，依次打开动力泵2-12、出水阀2-3、进水阀2-15；供液箱2-11内未沉积的电解液泵入电解沉积箱2-14，电解沉积箱2-14内废液流入收集箱，收集完毕排入处理箱2-8，根据第三传感器2-10所示pH与溶液浓度通过进料口2-9加pH缓冲剂与电解质调节至初始要求，调节完毕排入供液箱2-11待电解，以此循环。

8)待处理器预警，即第一传感器2-5显示的出水量等于第二传感器2-13显示的进水量，表明裂缝渗水结束，修复完成。拆除设备，对修复裂缝进行观察。

本实施例的设备与方法具有以下优点：

通过循环电解质溶液有效避免混凝土酸化问题，并长期维持电解质溶液浓度与pH，不影响混凝土性能的同时促进沉积修复持续有效进行；动力泵可以实现不同高度处地下结构裂缝修复。

可通过电解质溶液进出水量差异量(如无差异，则说明没有裂缝，即代表裂缝修复完成)对沉积修复进度进行智能化自诊断，有效判断沉积修复进度。

通过蓄电池提供电沉积修复的电源，实现电沉积修复电能的自供给，避免了对现场供电的依赖。

电沉积修复混凝土是基于电沉积中离子迁移、沉积结晶，从而填充混凝土裂缝，可以有效修补水环境下的混凝土微裂缝，为解决水环境下混凝土裂缝修复困难提供新途径，同时还可以修补混凝土内部缺陷，使其更密实。

地下水裂缝通道成为电沉积反应的主要场所，变不利为有利，解决传统修复方法在水环境下修复的局限性。电流使混凝土内部有害离子迁移与电解质重离子反应沉淀，减少有害离子对钢筋的侵蚀，保证钢筋的耐久性。

根据修复环境的不同，可以调整电化学沉积修复溶液的类型和电流密度等，对电沉积修复效果进行调控，以达到理想的修复结果。

通过动力泵调节可以实现不同高度处地下结构裂缝修复。

Claims (5)

1.一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备，其特征在于，包括：

电源，

电解沉积箱(2-14)，挂载于混凝土裂缝(1-3)处，用于存储电沉积修复过程中的电解质溶液，其内部设置与电源正极连接的阳极(2-4)，电源负极与混凝土裂缝(1-3)处原有的钢筋(1-2)连接，电解质溶液为钙镁盐混合溶液，溶质包括氯化镁、氯化钙和碳酸氢钠，其中，氯化镁和氯化钙比例范围1至10，碳酸氢钠溶液的摩尔浓度为10％-50％，氯化钙溶液浓度为0.01-0.1mol/L；

处理箱(2-8)，分别连接电解沉积箱(2-14)的进水口与出水口，用于对电解沉积箱(2-14)排出的电解质溶液进行调节，调节完毕的电解质溶液重新进入电解沉积箱(2-14)，

动力泵(2-12)，用于实现电解沉积箱(2-14)与处理箱(2-8)之间电解质溶液循环；

所述的出水口设有第一传感器(2-5)，所述的进水口设有第二传感器(2-13)，第一传感器(2-5)和第二传感器(2-13)分别与控制器连接，控制器根据第一传感器(2-5)和第二传感器(2-13)传递的流量数据判断是否修复完成；

所述的电解沉积箱(2-14)与处理箱(2-8)之间设置缓存箱，缓存箱包括供液箱(2-11)和电解液收集箱(2-7)，电解液收集箱(2-7)用来放置从电解液沉积箱排出的电解质溶液，供液箱(2-11)供给电解液沉积箱从处理箱(2-8)排出的处理过的电解质溶液。

2.根据权利要求1所述的一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备，其特征在于，所述处理箱(2-8)连接第三传感器(2-10)，第三传感器(2-10)用于监测处理箱(2-8)中电解质溶液的PH和浓度。

3.根据权利要求1所述的一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备，其特征在于，所述进水口设有进水阀(2-15)，所述出水口设有出水阀(2-3)。

4.根据权利要求1所述的一种地下混凝土裂缝电沉积修复设备，其特征在于，所述的电源为蓄电池(2-2)。

5.一种利用权利要求1-4中任一所述的地下混凝土裂缝电沉积修复设备的地下混凝土裂缝电沉积修复方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1：确定待修复混凝土裂缝(1-3)的部位；

步骤S2：在待修复混凝土裂缝(1-3)处挂载电解沉积箱(2-14)，并使电解沉积箱(2-14)通过动力泵(2-12)与处理箱(2-8)连接；

步骤S3：将阳极(2-4)置于电解沉积箱(2-14)中并与电源正极连接；

步骤S4：将内置于混凝土裂缝(1-3)处的钢筋(1-2)与电源负极连接，形成阴极；

步骤S5：在电解沉积箱(2-14)和处理箱(2-8)中置满预设浓度和pH的电解质溶液，隔离电解沉积箱(2-14)和处理箱(2-8)，打开电源，实现一次修复过程；

步骤S6：打开动力泵(2-12)，连通电解沉积箱(2-14)和处理箱(2-8)，实现一次电解质溶液循环；

步骤S7：当第一传感器(2-5)传递的流量数据等于第二传感器(2-13)传递的流量数据时，修复完成。

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