CN111197168B - 一种导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置及修复劣化混凝土的方法 - Google Patents

一种导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置及修复劣化混凝土的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置及修复劣化混凝土的方法，该装置包括金属网和导电水泥基材料安装槽和功能材料区，所述导电水泥基材料安装槽为一面开口的槽形结构，槽底中内置金属网，金属网与延伸至槽底外部的导电线连接，导电水泥基材料安装槽的内部为功能材料区，槽侧壁设有孔。相对于现有技术，本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置，设计新颖，实用性强，能够较好的解决电迁移装置中阳极容易锈蚀破坏的缺点，可实现重复多次修复，并无需拆除，同时能固化电迁移导出的氯离子，为电迁移除氯和电迁移导入修复材料双向迁移提供新的技术方法，对劣化混凝土的修复和延长服役寿命具有较大的意义。

Description

一种导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置及修复劣化混凝 土的方法
技术领域
本发明涉及一种导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置及修复劣化混凝土的方法，属于劣化混凝土修复技术领域。
背景技术
对劣化混凝土结构中钢筋锈蚀的阻止与抑制是实现服役寿命动态延长的重要环节。钢筋锈蚀引起的混凝土结构劣化，其修复技术目前通常有两种：再碱化和排盐，尽管该技术已得到应用，但是劣化混凝土结构修复的效果仍有诸多的不确定性，存在修复后短期内再次出现劣化的问题。而且，传统的电化学除氯技术往往以金属网作为阳极，且除氯后要拆除，整套系统复杂，无法满足多次重复除氯以及垂直构件表面和复杂形状混凝土结构构件的要求。已有研究表明可以将导电水泥基材料用用作阳极，解决普通金属网或钛网加电解液的组合不能形成闭合回路的问题，因此这种新型的除氯方法可以适应于一些精细、异型的复杂混凝土结构表面，且处理完后电极不需要拆除，可实现多次重复除氯，便于研究混凝土的长期除氯效果。
在电化学除氯过程中，不可避免的是阳离子会向钢筋表面迁移，这些离子在钢筋与混凝土界面与氢氧根离子结合，产生碱性凝胶物质，使界面变得疏松，从而使孔结构发生变化，这些都会影响钢筋和混凝土之间的粘结性能，诱使混凝土和钢筋的界面粘结力降低。为了进一步提高除氯效果，近期有学者们提出带正电荷纳米胶粒(直径24nm)引入并填充混凝土的孔隙，这种方法称之为动电纳米粒子处理(Electrokinetic nanoparticletreatment，EN)，即：通过电泳和离子传导，在将负离子排出的同时，正电荷的胶粒进入混凝土结构的毛细孔中起孔封闭剂作用。从而可以使基体密实，修复混凝土-钢筋界面粘结性能，这为劣化混凝土结构的高效除氯和协同提升性能提供可能。
因此，如何修复劣化混凝土，抑制钢筋锈蚀速率，延长其使用寿命，是严酷环境中混凝土结构长寿命必须面对的问题。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于修复海港工程既有劣化混凝土结构的电迁移装置，并提供利用其修复劣化混凝土的方法，这种新型的装置可以适应于一些精细、异型的复杂混凝土结构表面，并适用于垂直构件表面和复杂形状钢筋混凝土结构构件，将氯离子排出钢筋混凝土构件外部，同时能将其固化，同时修复既有混凝土中的钢筋。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置，包括金属网和导电水泥基材料安装槽和功能材料区，所述导电水泥基材料安装槽为一面开口的槽形结构，槽底中内置金属网，金属网与延伸至槽底外部的导电线连接，导电水泥基材料安装槽的内部为功能材料区，槽侧壁设有孔。
所述导电水泥基材料安装槽的制备方法可以采用如下方法：
用水泥基材料(可以掺入碳纤维和纳米Al2O3)作为导电水泥基材料，将导电水泥基材料浇筑到底部预埋带导线金属网的方形槽模具，拆模后将导电水泥基槽侧打孔，制成带导线的导电水泥基材料安装槽。
作为优选的方案：
所述导电水泥基材料安装槽为掺加了碳纤维和纳米Al2O3的导电水泥基材料安装槽。
进一步优选，所述碳纤维的掺入量为0.8％～2％，用以提升水泥基材料的导电性；所述纳米Al2O3的掺入量为1％～2％，用以固化电迁移排出的氯离子。
所述金属网为铜网或钛网。
所述功能材料区为裂缝修复剂、阻锈剂或动电纳米胶体材料放置区。优选硝酸镁溶液、阳离子阻锈剂材料或带正电的动电纳米胶体。
所述电迁移装置，能够应用于垂直构件表面和复杂形状钢筋混凝土结构构件的劣化修复。
本发明还提供了一种修复劣化混凝土的方法，包括利用所述的电迁移装置，通过固定层，将导电水泥基材料安装槽的开口一面密封固定在待修复劣化混凝土的表面，然后将功能材料通过孔放置于功能材料区，最后将待修复劣化混凝土中的钢筋连接电源的阴极，导电线连接电源的阳极。
上述方法中，以槽中的功能材料作为电解液，通电即可进行修复处理，通电电压优选控制在30v内。
优选，所述固定层为磷酸镁快硬水泥固定层，用于快速将所述导电水泥基材料安装槽的开口与钢筋混凝土表面固定。
通过固定层，将导电水泥基材料安装槽的开口一面密封固定在待修复劣化混凝土的表面，要同时保证导电水泥基材料安装槽上的孔一侧面朝上。
本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置，设计新颖，实用性强，使用导电水泥基材料，能够较好的解决电迁移装置中阳极容易锈蚀破坏的缺点，可实现重复多次修复，并无需拆除，且能防止阳极锈蚀的发生，同时能固化电迁移导出的氯离子，为电迁移除氯和电迁移导入修复材料双向迁移提供新的技术方法，对劣化混凝土的修复和延长服役寿命具有较大的意义。
有益效果：相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明能够为海港工程既有劣化混凝土结构提供一种新型的修复方法，这种新型的装置能够适应于一些精细、异型的复杂混凝土结构表面，以及应用于垂直构件表面和复杂形状钢筋混凝土结构构件，将氯离子排出钢筋混凝土构件外部，同时切除混凝土劣化的根源，同时将修复剂导入劣化混凝土中进行长效修复。
本发明涉及的一种用于导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置，排出的氯离子可以被水泥基材料中的纳米Al2O3所固化，降低了氯离子再次腐蚀构件内钢筋的风险。同时将阳离子阻锈剂或带正电的动电纳米胶体修复剂导入劣化混凝土中进行修复。
较其他修复方法，本发明方法新颖，可实现多次重复修复，修复结束后阳电极不需要拆除。
附图说明
图1：本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置结构示意图；
图2：导电水泥基安装槽的三维立体示意图；
图3：导电水泥基安装槽的主视图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明。
实施例1本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置
如说明书附图1-3所示，本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移除氯装置，包括金属网2和导电水泥基材料安装槽3和功能材料区10，导电水泥基材料安装槽3为一面开口的槽形结构，槽底中内置金属网2，金属网2与延伸至槽底外部的导电线4连接，导电水泥基材料安装槽3的内部为功能材料区10，槽侧壁设有孔1。
导电水泥基材料安装槽的制备方法采用如下方法：
用水泥基材料(可以掺入碳纤维和纳米Al2O3)作为导电水泥基材料，将导电水泥基材料浇筑到底部预埋带导线金属网的方形槽模具，拆模后将导电水泥基槽侧打孔，制成带导线的导电导电水泥基材料安装槽。
在本实施例中，导电水泥基材料安装槽3为掺加了碳纤维(掺入量为0.8％～2％)和纳米Al2O3(掺入量为1％～2％)的导电水泥基材料安装槽。
金属网2为铜网或钛网。
功能材料区10为裂缝修复剂、阻锈剂或动电纳米胶体材料放置区。优选硝酸镁溶液、阳离子阻锈剂材料或带正电的动电纳米胶体。
实施例2利用本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置修复劣化混凝土的方法
如图1所示，利用上述的电迁移装置，通过固定层6，将导电水泥基材料安装槽3的开口一面密封固定在待修复劣化混凝土的表面，要同时保证槽带孔1一侧面朝上。然后将功能材料通过孔1放置于功能材料区10，最后将待修复劣化混凝土中的钢筋连接电源9的阴极，导电线4连接电源9的阳极。
上述方法中，以槽中的功能材料作为电解液，通电即可进行修复处理，通电电压优选控制在30v内。
固定层6为磷酸镁快硬水泥固定层，用于快速将所述导电水泥基材料安装槽的开口与钢筋混凝土表面固定。
实施例3利用本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置进行劣化混凝土除氯及裂缝修复的方法
装置和方法如实施例1和2，所述安装槽中碳纤维的掺量为1％，纳米Al2O3的掺量为1.5％，所加入的金属网2为铜网。碳纤维的加入可以保证水泥基材料中形成导电网络，降低电阻；纳米Al2O3的加入有利于电迁移导出来的氯离子的固化，防止其进一步扩散到劣化混凝土中；功能材料选自硝酸镁溶液，其中的镁离子进入混凝土中通过化学反应形成沉积产物，对混凝土表面的裂缝进行填充修复。
使用所述磷酸镁快硬水泥将安装槽与劣化混凝土粘结到一块。保证两者之间没有空隙，以防止饱和氢氧化钙溶液的渗漏。
通过注射孔在安装槽中注入足够多的硝酸镁溶液。
在使用时，对处理面进行简单清理，便于电迁移装置进行安装，将安装槽的住注射口向上设置。使用直流电源在安装槽和劣化混凝土中施加一个恒定电压，其中阴极连接混凝土中的钢筋，阳极连接安装槽中铜网上的导线，使其形成导电通路。在电场的作用下，混凝土中的氯离子外迁，安装槽中的Al2O3以及其反应产物可以与氯离子反应，将其固定在安装槽的水泥基材料中，有效起到脱盐的作用。当有一定的氯离子导出后，可更换安装槽中的溶液，继续通电导出氯离子。本发明能够为电迁移除氯提供稳定的工作环境，保障其始终处于工作状态，操作简单，使用方便。
实施例4利用本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置进行除氯及导入阻锈剂的方法
装置和方法如实施例1和2，不同之处为安装槽中碳纤维掺量为1％，纳米Al2O3掺量为1.5％，安装槽中注射阻锈剂。
在使用时，对处理面进行简单清理，便于电迁移装置进行安装，将安装槽的注射口向上设置。使用直流电源在安装槽和劣化混凝土中施加一个恒定电压，其中阴极连接混凝土中的钢筋，阳极连接安装槽中铜网上的导线，使其形成导电通路。在电场的作用下，混凝土中的氯离子外迁，安装槽中的Al2O3以及其反应产物可以与氯离子反应，将其固定在安装槽的水泥基材料中，有效起到脱盐的作用；阻锈剂会向劣化混凝土中迁移，当到达钢筋表面时在其表面形成保护膜，防止钢筋进一步锈蚀。当有一定的氯离子导出后，可更换安装槽中的阻锈剂溶液，继续通电。本发明能够为电迁移除氯和导入阻锈剂提供稳定的工作环境，保障其始终处于工作状态，操作简单，使用方便。
实施例5利用本发明导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置进行除氯及导入动电纳米装置
装置和方法如实施例1和2，不同之处为安装槽中碳纤维掺量为1.5％，纳米Al2O3掺量为1％，安装槽中注射带正电的动电纳米胶体。
在使用时，对处理面进行简单清理，便于电迁移装置进行安装，将安装槽的注射口向上设置。使用直流电源在安装槽和劣化混凝土中施加一个恒定电压，其中阴极连接混凝土中的钢筋，阳极连接安装槽中铜网上的导线，使其形成导电通路。在电场的作用下，混凝土中的氯离子外迁，安装槽中的Al2O3以及其反应产物可以与氯离子反应，将其固定在安装槽的水泥基材料中，有效起到脱盐的作用；动电纳米胶体会向劣化混凝土中迁移，与水化产物发生反应，填充孔隙，防止有害离子的再次入侵。当有一定的氯离子导出后，可更换安装槽中的动电纳米溶液，继续通电。本发明能够为电迁移除氯和导入纳米胶体提供稳定的工作环境，保障其始终处于工作状态，操作简单，使用方便。

Claims (2)

1.一种导电水泥基材料作为阳极的电迁移装置，其特征在于，包括金属网（2）和导电水泥基材料安装槽（3）和功能材料区（10），所述导电水泥基材料安装槽（3）为一面开口的槽形结构，所述导电水泥基材料安装槽（3）为掺加了碳纤维和纳米Al2O3的导电水泥基材料安装槽，槽底中内置金属网（2），金属网（2）与延伸至槽底外部的导电线（4）连接，导电水泥基材料安装槽（3）的内部为功能材料区（10），槽侧壁设有孔（1），所述功能材料区（10）为裂缝修复剂、阻锈剂或动电纳米胶体材料放置区，所述碳纤维的掺入量为0.8%~ 2%，所述纳米Al2O3的掺入量为1%~2%，所述金属网（2）为铜网或钛网。
2.一种修复劣化混凝土的方法，其特征在于，包括利用权利要求1所述的电迁移装置，通过固定层（6），将导电水泥基材料安装槽（3）的开口一面密封固定在待修复劣化混凝土的表面，然后将功能材料通过孔（1）放置于功能材料区（10），最后将待修复劣化混凝土中的钢筋连接电源（9）的阴极，导电线（4）连接电源（9）的阳极，所述固定层（6）为磷酸镁快硬水泥固定层。
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