CN111235581A - 导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，所述装置包括电解液池、电源和钢筋混凝土，所述钢筋混凝土浸泡在所述电解液池中，所钢筋混凝土内部的钢筋通过导线与所述电源的负极连接，所述装置还包括：导电水泥基层，所述导电水泥基层铺设在所述钢筋混凝土外表面，所述导电水泥基层内部设置有石墨电极，所述石墨电极通过导线与电源的正极连接；吸水层，所述吸水层铺设在所述导电水泥基层外表面；滴灌系统，所述滴灌系统设置在所述电解液池外部。该装置中的吸水层吸水量大、保水性强，滴灌系统使吸水层时刻保持水分，全自动控制，节约成本；阳极导电水泥基易于铺设，凝结速度快，早期强度高，收缩低，提高了装置的强度和耐久性。

Description

导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置
技术领域
本发明属于钢筋混凝土电化学除氯技术领域，具体涉及一种导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置。
背景技术
钢筋混凝土在其漫长服役过程中会受到氯离子的侵蚀导致钢筋锈蚀，进一步导致钢筋混凝土保护层的开裂破坏降低其服役寿命。针对氯离子入侵导致的钢筋锈蚀问题，传统的方式以修补为主，随着服役时间的增长，氯离子侵蚀严重，电化学除氯作为一种无损的除氯手段通过在外加阳极和钢筋之间施加电压来达到去除氯离子并使钢筋重新钝化的目的，可以更好地保护钢筋混凝土。
传统的电化学除氯以不锈钢网等金属网作为阳极材料，但金属网本身易腐蚀、不易铺设、成本高限制了其长久发展。近年来对导电水泥基材料的研究发现，它不仅具有良好的导电性能，还具有优良的物理力学性能，所以，以导电水泥基为阳极材料进行电化学除氯具有广阔的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维掺杂导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，用以解决传统阳极材料如不锈钢网等存在易腐蚀、不易铺设、金属腐蚀物污染结构等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，所述装置包括电解液池、电源和钢筋混凝土，所述钢筋混凝土浸泡在所述电解液池的电解液中，所钢筋混凝土内部的钢筋通过导线与所述电源的负极连接，所述装置还包括：
导电水泥基层，所述导电水泥基层铺设在所述钢筋混凝土外表面，所述导电水泥基层内部设置有石墨电极，所述石墨电极通过导线与电源的正极连接；
吸水层，所述吸水层铺设在所述导电水泥基层外表面；
滴灌系统，所述滴灌系统设置在所述电解液池外部，所述滴灌系统用于对所述吸水层滴液，向所述吸水层提供电解液。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述滴灌系统包括水泵和控制台，所述水泵与外部电解液供应装置连接，所述水泵的一端与水管的一端连接，所述水管的另一端与控制台连接，所述控制台电连接出液管道，所述控制台可控制所述出液管道的滴液速度；
优选地，所述出液管道有多个，多个所述出液管道均匀分布在所述吸水层的外周。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述钢筋、所述石墨电极与所述导线的连接处均设置有环氧树脂密封部。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述导电水泥基层均匀铺设在所述钢筋混凝土的整个外侧面。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述导电水泥基层的厚度为10-30mm。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述吸水层均匀铺设在所述导电水泥基层的整个外侧面。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述吸水层材质为聚丙烯酸聚合物；
优选地，所述电解液为饱和氢氧化钙溶液。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述导电水泥基层的材料为碳纤维掺杂导电水泥基材料；
按照重量份数计，所述碳纤维掺杂导电水泥基材料包括如下组分的混合料：水泥85-90份、砂120-150份、矿粉10-15份、可再分散乳胶粉1-3份、水40-50份、减水剂0.5-0.8份、消泡剂0.03-0.06份；
以及碳纤维，所述碳纤维的体积占上述混合料的体积的0.8-1％。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述碳纤维掺杂导电水泥基材料中还包括分散剂，所述分散剂掺入质量为胶凝材料质量的0.4-0.6％，所述胶凝材料质量为所述水泥和所述矿粉质量之和；
优选地，所述碳纤维的长度为6-9mm；
再优选地，所述水泥为硫铝酸盐水泥。
在如上所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，优选，所述电源为直流电源，所述电源的电流密度为1-3A/m2。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
相比于传统的电化学除氯，本发明的装置具有如下优点：
(1)该电化学除氯装置中设置有吸水层和滴灌系统，吸水层具有吸水量大、保水性强等优势，吸水层的使用可以使导电水泥基中保持湿润状态，更有利于电化学除氯的进行，滴灌系统可以使吸水层时刻保持水分，同时使用全自动控制，降低了成本，电化学除氯更加自动化。
(2)采用碳纤维导电水泥基作为电化学除氯的阳极材料，在保护结构免受侵蚀的情况下可做到无损高效除氯，具有易于铺设的优势，传统阳极难以应用在每种类型的构件(比如支柱、桥墩或者基台等)，导电水泥基则可以以任意形状和厚度铺设在钢筋混凝土构件表面，大大提高了施工效率。
(3)碳纤维导电水泥基作为一种永久性的阳极材料还可以被重复运用在电化学除氯体系中。这种方式可以持续地评估和处理混凝土随时间变化的趋势，无需将其从混凝土表面移除。通过这种方式，可以实施其他的后续处理，如阴极保护，电磁场屏蔽，从而降低材料、设备和人工的成本。
(4)碳纤维导电水泥基中使用硫铝酸盐水泥，凝结速度快，早期强度高，收缩低，相比传统硅酸盐水泥具有更大的优势；而可再分散乳胶粉的加入不仅提高了其与钢筋混凝土基体的粘结力，而且提高了导电水泥基的耐久性，使其在服役过程中能面对更严酷的环境，延长了其使用寿命。
(5)导电水泥基材料中掺入的碳纤维具有高强、高弹性模量及良好的导电性能，相比石墨、碳纳米管的导电材料，低掺量的碳纤维更容易在水泥基材料中分散，碳纤维加入到水泥基材料不仅能在维护加固工程中起到增强增韧的效果，而且能够使水泥基材料的导电性能大幅提升。
(6)碳纤维导电水泥基具有高强度，耐腐蚀性和易于现场处理等优点，可以广泛运用于建筑行业中加强和改造混凝土结构。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明的电化学除氯装置的结构示意图。
图中：1、钢筋混凝土；11、钢筋；2、导电水泥基层；3、吸水层；4、石墨电极；5、电源；6、水泵；7、水管；8、控制台；9、出液管道；10、电解液池；101、电解液。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种碳纤维掺杂导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，除氯装置包括电解液池10、电源5和钢筋混凝土1，钢筋混凝土1底部浸泡在电解液池10中，电解液池10内盛装有电解液101，钢筋混凝土1内部钢筋11通过导线与电源5的负极连接，除氯装置还包括：
导电水泥基层2，导电水泥基层2铺设在钢筋混凝土1外表面，导电水泥基层2内部设置有石墨电极4，石墨电极4通过导线与电源5的正极连接。
本发明的具体实施例中，钢筋混凝土1中的钢筋11、石墨电极4与导线的连接处均设置有环氧树脂密封部，用以确保湿润导电过程中的导线连接安全性。钢筋混凝土1为圆柱形结构，导电水泥基层2均匀铺设在钢筋混凝土1的整个外侧面，导电水泥基层2的厚度为10-30mm(比如12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm)，优选为20mm。
吸水层3，吸水层3铺设在导电水泥基层2外表面，吸水层3用于对导电水泥基层2外表面润湿，提供湿润环境。本发明的具体实施例中，吸水层3均匀铺设在导电水泥基层2的整个外侧面，吸水层3材质为聚丙烯酸聚合物，具有吸水量大和保水性强的特点。
滴灌系统，滴灌系统设置在电解液池10外部，滴灌系统用于持续对吸水层3滴液，向吸水层3提供电解液101，便于吸水层3润湿导电水泥基表面。本发明的具体实施例中，滴灌系统包括水泵6和控制台8，水泵6与外部电解液供应装置连接，水泵6的一端与水管7的一端连接，水管7的另一端与控制台8连接，控制台8电连接出液管道9，控制台8可控制出液管道9的滴液速度，确保导电水泥基表面持续湿润，实现滴灌系统的自动控制。出液管道9设置有多个，多个出液管道9均匀分布在吸水层3的外周，本发明实施例中，出液管道9有三个，沿吸水层3外周向均匀分布设置在顶部，出液管道9的出液口与吸水层3接触，将电解液101滴落入吸水层3中。当然在其他实施例中，出液管道9的出液口可与吸水层3的其他部位接触。优选地，电解液池10内外的电解液101均为饱和氢氧化钙溶液。
本发明的具体实施例中，电源5为直流电源，本发明的导电水泥基材料作为阳极材料，电阻率低，电源的电流密度为1-3A/m2。
本发明的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置中的导电水泥基层2的材料为碳纤维掺杂导电水泥基材料。
按照重量份数计，导电水泥基材料包括如下组分的混合料：水泥85-90份(比如86份、87份、88份、89份、89.5份)、砂120-150份(比如121份、122份、123份、125份、130份、135份、140份、145份、148份、150份)、矿粉10-15份(比如10.5份、11份、12份、13份、14份、15份)、可再分散乳胶粉1-3份(比如1.5份、2份、2.5份、3份)、水40-50份(比如41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份)、减水剂0.5-0.8份(比如0.6份、0.7份、0.8份)、消泡剂0.03-0.06份(比如0.04份、0.05份、0.06份)；
以及碳纤维，所述碳纤维的体积占上述混合料的体积的0.8-1％(比如0.8％、0.82％、0.84％、0.86％、0.88％、0.9％、0.92％、0.94％、0.96％、0.98％)。
优选地，导电水泥基材料中还包括分散剂，分散剂掺入质量占胶凝材料的质量的0.4-0.6％(比如0.45％、0.5％、0.55％、0.6％)；胶凝材料质量为水泥和矿粉的质量之和。
本发明的具体实施例中，胶砂比为1:(1.2-1.5)比如(1:1.2、1:1.25、1:1.3、1:1.35、1:1.4、1:1.45、1:1.5)，其中胶砂比为水泥和矿粉共用量与砂的质量比；水泥和矿粉混合后也称为凝胶材料；水胶比为0.4-0.5，即水与胶凝材料的比例为0.4-0.5(比如0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49)；可再分散乳胶粉占凝胶材料的质量的1-3％，减水剂占凝胶材料的质量的0.5-0.8％，消泡剂占凝胶材料的质量的0.03-0.06％。
导电水泥基材料中不同的水胶比、减水剂掺量都会影响导电水泥基的流动性，从而影响碳纤维在水泥基中的分散，最终影响其导电网络的形成，合理的分散剂掺量会更加有利于碳纤维在水泥基材料中的分散。
本发明的具体实施例中，碳纤维的长度为6-9mm(比如6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm)。因为碳纤维长度过短不易搭接形成导电网络，而碳纤维长度过长则不利于其在水泥基中的分散，选择6-9mm长度的碳纤维不仅可以相互搭接形成较好的导电网络，还可以使其在水泥基中分散良好，提高导电水泥基材料的稳定性，降低电阻率。
本发明的具体实施例中，水泥为硫铝酸盐水泥。
本发明的具体实施例中，可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物；优选地，分散剂为甲基纤维素；再优选地，减水剂为聚羧酸型减水剂。
本发明下述实施例中采用的水泥为河北唐山北极熊建材有限公司生产的高贝利特硫铝酸盐水泥；碳纤维由日本东邦无胶无浆碳纤维长丝短切而成，规格为6-9mm，强度为4900Mpa，模量为240Gpa，电阻率1.5*10-3Ω.cm，单丝直径7μm，具有强度高、模量高、易分散、导电性好等优点；砂采用细度模数为2.7的河砂；减水剂为江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸型高效减水剂；可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯胶粉，灰分为1000℃/30min：10±2％，稳定体系为聚乙烯醇，具有提高材料的耐冲击性和耐候性，降低材料的吸水性和提高其保水性。
本发明中碳纤维掺杂导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯装置的组装步骤包括：
步骤一、钢筋混凝土的预处理；
首先清理钢筋混凝土1表面至其表面干净且无杂物，对于已经开裂或因钢筋11锈蚀而出现裂缝的部分使用硫铝酸盐水泥进行填注，之后将钢筋混凝土1表面打磨平整，并使用水润湿；
步骤二、碳纤维导电水泥基的制备和铺设；
碳纤维导电水泥基的制备：首先将碳纤维、水、分散剂和消泡剂进行混合搅拌均匀得到碳纤维分散液，将分散好的碳纤维分散液、硫铝酸盐水泥、矿粉、可再分散乳胶粉、水、减水剂、砂按相应的比例搅拌均匀，得到碳纤维导电水泥基；分散碳纤维的水占混合料中水量的1/3～2/3。该比例既能保证碳纤维分散良好，又能保证水泥基的搅拌成型，如果分散碳纤维的水过少会导致碳纤维无法正常分散，过多则相应的拌和水泥砂浆材料的水会减少，会导致水泥基材料不易拌和。
碳纤维导电水泥基的铺设：将制备好的碳纤维导电水泥基涂覆在处理好的钢筋混凝土1表面，涂覆厚度为10-30mm(比如12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm)，涂覆厚度如果太厚，进行电化学除氯时，氯离子会不容易排出，导致其在钢筋混凝土1和导电水泥基层2中间积聚。同时在导电水泥基层2中埋设连接导线的石墨电极4，石墨电极4与导线连接处用环氧树脂密封，涂覆完毕后养护，在导线的另外一端连接直流电源5的正极。优选地，养护的条件为：在温度为15-25℃，相对湿度为≥90％的养护室内进行养护。
步骤三、吸水层的铺设；
碳纤维导电水泥基铺设完毕后将聚丙烯酸聚合物吸水层3包裹在碳纤维导电水泥基外侧面，待导电水泥基干燥后，在吸水层3外面用铁丝对其进行二次固定并对吸水层3进行润湿。吸水层3铺设完成后得到电化学除氯试块。
步骤四、滴灌系统的安装；
滴灌系统的水泵6通过水管7连接外部的电解液101和控制台8，控制台8另外一端连接多个可控制流量大小的出液管道9，多个出液管道9均连接到吸水层3。
步骤五、电化学除氯装置安装；
钢筋混凝土1连接钢筋11与导线连接的一端采用环氧树脂密封，以防导线锈蚀断裂。导线另一端连接外部电源5的负极，连接石墨电极4导线的另一端连接电源5的正极，将电化学除氯试块的底部放入电解液池10中浸泡。电化学除氯采用的电流密度为1-3A/m2；进行电化学除氯前需提前调整好电路以防止出现短路等故障。
实施例1
本实施例提供一种碳纤维掺杂导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，除氯装置在使用操作时，包括以下步骤：
步骤一、试验用钢筋混凝土的制备和预处理；
试验选用普通建筑钢筋，纵筋钢筋长度300mm，直径10mm，箍筋直径6mm，试验前将钢筋浸泡在稀盐酸中至锈迹脱落，之后用饱和氢氧化钙中和，最后用毛刷打磨光亮，钢筋的一端用环氧树脂固定上导线，用PVC板将处理好的钢筋固定在圆柱形混凝土模具中。试验用混凝土配合比为水泥：砂：石子：水＝1：1.6：2.3：0.35，混凝土内掺0.4％的氯化钠。将搅拌完成的混凝土装入100mm×100mm×300mm模具中充分震荡成型，一天后拆模并移入养护室养护备用，得到保护层厚度为25mm钢筋混凝土。
步骤二、碳纤维导电水泥基的制备和铺设；
碳纤维导电水泥基的制备：
取14.4g碳纤维(碳纤维掺量为占混合料的体积的0.8％)放入500ml的烧杯中，碳纤维的长度为6mm，加入266g加热到70℃的水，用玻璃棒搅拌均匀，放入超声波清洗仪中，超声分散10min，得到预分散碳纤维液；称取3.2g甲基纤维素，放入预分散碳纤维液中，用玻璃棒搅拌均匀，并用胶头滴管加入0.48g消泡剂，继续超声分散10min，得到分散好的碳纤维分散液备用。
称取硫铝酸盐水泥680g、120g矿粉、134g水，此处用水量为总用水量的1/3，而溶解分散碳纤维用了总用水量的2/3、16g可再分散乳胶粉、4g减水剂，加入到砂浆搅拌锅中，进行低速搅拌30s，停止搅拌，加入分散好的碳纤维分散液，低速搅拌30s，加入1200g砂，低速搅拌180s；得到导电水泥基。
碳纤维导电水泥基的铺设：
将制备好的导电水泥基材料铺设在已经打磨粗糙并湿润过的钢筋混凝土表层做为电化学除氯的阳极材料，涂覆层厚度为20mm，为避免与导电水泥基材料连接处的导线被锈断，在导电水泥基材料中嵌入石墨电极做为与导线连接点并用环氧树脂固定，放入温度为20℃，相对湿度为95％的标准养护室养护28d。
步骤三、吸水层的铺设；
碳纤维导电水泥基铺设完毕后将聚丙烯酸聚合物吸水层包裹在碳纤维导电水泥基外面，待导电水泥基养护完毕后，在吸水层外面用铁丝对其进行二次固定并对吸水层进行润湿。吸水层铺设完成后得到电化学除氯试块。
步骤四、滴灌系统的安装；
用水管连接好水泵和控制台，水泵外部电解质溶液，控制台另外一端连接三个可控制流量大小的出液管道，三个出液管道皆连接到吸水层。
步骤五、电化学除氯装置安装；
钢筋混凝土连接钢筋与导线连接的一端采用环氧树脂密封，导线另一端连接外部电源的负极，连接石墨电极导线的另一端连接电源的正极，将电化学除氯试块放入电解液池中，容器底部装入饱和氢氧化钙溶液作为电解液，为保证电解液呈碱性，电解液一天一换，滴灌系统的控制台每天开启一次润湿吸水层，电流密度为2A/m2，电化学除氯时间28d。
本实施例中电化学除氯效率为53.29％；电化学除氯效率为电化学除氯排出的氯离子占除氯前总的氯离子含量的百分比。
实施例2
本实施例中与实施例1的区别在于：将步骤二中碳纤维导电水泥基的制备组分不同，导电水泥基材料的铺设厚度为10mm，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
碳纤维导电水泥基的制备：
取14.4g碳纤维(碳纤维掺量为占混合料的体积的0.8％)放入500ml的烧杯中，碳纤维长度为6mm，加入134g加热到70℃的水，用玻璃棒搅拌均匀，放入超声波清洗仪中，超声分散10min，得到预分散碳纤维液；称取3.2g甲基纤维素，放入预分散碳纤维液中，用玻璃棒搅拌均匀，并用胶头滴管加入0.24g消泡剂，继续超声分散10min，得到分散好的碳纤维分散液备用。
称取硫铝酸盐水泥720g、80g矿粉、266g水，此处用水量为总用水量的1/3，而溶解分散碳纤维用了总用水量的2/3、16g可再分散乳胶粉、6.4g减水剂，加入到砂浆搅拌锅中，进行低速搅拌30s，停止搅拌，加入分散好的碳纤维分散液，低速搅拌30s，加入1040g砂，低速搅拌180s；得到导电水泥基。
本实施例中采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，本实施例中的电化学除氯效率为57.57％。
实施例3
本实施例中与实施例1的区别在于：将步骤二中碳纤维导电水泥基的制备组分不同，导电水泥基材料的铺设厚度为30mm，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
碳纤维导电水泥基的制备：
取18g碳纤维(碳纤维掺量为占混合料的体积的1％)放入500ml的烧杯中，碳纤维长度为9mm，加入266g加热到70℃的水，用玻璃棒搅拌均匀，放入超声波清洗仪中，超声分散10min，得到预分散碳纤维液；称取4.8g甲基纤维素，放入预分散碳纤维液中，用玻璃棒搅拌均匀，并用胶头滴管加入0.48g消泡剂，继续超声分散10min，得到分散好的碳纤维分散液备用。
称取硫铝酸盐水泥690g、110g矿粉、134g水，此处用水量为总用水量的1/3，而溶解分散碳纤维用了总用水量的2/3、16g可再分散乳胶粉、6.4g减水剂，加入到砂浆搅拌锅中，进行低速搅拌30s，停止搅拌，加入分散好的碳纤维分散液，低速搅拌30s，加入1200g砂，低速搅拌180s；得到导电水泥基。
本实施例采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，本实施例中电化学除氯效率为59.13％。
对照例1
本对照例与实施例1的区别在于：将制备好的碳纤维导电水泥基材料涂覆在处理好的钢筋混凝土表面，涂覆的厚度不是10-30mm，为5mm；其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本对照例中采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，得到的电化学除氯装置的除氯效果，相对较低，电化学除氯效率为50.10％，涂覆厚度过薄不易涂覆铺设固定，且电化学除氯效率提高并不明显。
对照例2
本对照例与实施例1的区别在于：将制备好的碳纤维导电水泥基材料涂覆在处理好的钢筋混凝土表面，涂覆的厚度不是10-30mm，为40mm；其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本对照例中采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，得到的电化学除氯装置的除氯效果，相对较低，电化学除氯效率为36.45％，涂覆厚度过厚会导致氯离子排出困难，氯离子在钢筋混凝土和导电水泥基层中间积聚而无法排出，电化学除氯效率低下。
对照例3
本对照例与实施例1的区别在于：碳纤维导电水泥基的制备中加入的碳纤维的长度更换为10mm，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本对照例中采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，得到的电化学除氯装置的除氯效果，相对较低，电化学除氯效率为42.8％。
对照例4
本对照例与实施例1的区别在于：碳纤维导电水泥基的制备过程中不加入可再分散乳胶粉，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本对照例中得到的导电水泥基砂浆流动性降低，砂浆粘聚力变差，导致导电水泥基材料与钢筋混凝土之间的粘结力降低，影响耐久性，同时电阻率略有升高，采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，电化学除氯装置的除氯效率为48.89％。
对照例5
本对照例与实施例1的区别在于：碳纤维导电水泥基的制备过程中，分散剂的加入质量占胶凝材料的质量的0.2％，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本对照例中加入分散剂掺量降低，会导致碳纤维分散度降低，电阻率升高，影响电化学除氯装置的除氯效率，本对照例中采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，电化学除氯装置的除氯效率为46.37％。
对照例6
本对照例与实施例1的区别在于：碳纤维导电水泥基的制备过程中，将加入的硫铝酸盐水泥更换为传统的硅酸盐水泥，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本对照例中制备的导电水泥基材料的凝结时间延长，相比于实施例1中的采用原料硫铝酸盐水泥4h就能够凝结，本对照例中采用硅酸盐水泥涂覆在钢筋混凝土上的凝结时间需要24h，且早期强度增长慢，后期强度稳定增长，不适合用在快速抢修的工程上，本对照例中采用和实施例1相同的电化学除氯装置和除氯方法，电化学除氯装置的除氯效率为52.29％。
综上所述：本发明的碳纤维掺杂导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置具有如下优异效果：
(1)该电化学除氯装置中设置有吸水层和滴灌系统，吸水层具有吸水量大、保水性强等优势，吸水层的使用可以使导电水泥基中保持湿润状态，更有利于电化学除氯的进行，滴灌系统可以使吸水层时刻保持水分，同时使用全自动控制，降低了成本，电化学除氯更加自动化。
(2)采用碳纤维导电水泥基作为电化学除氯的阳极材料，在保护结构免受侵蚀的情况下可做到无损高效除氯，具有易于铺设的优势，传统阳极难以应用在每种类型的构件(比如支柱、桥墩或者基台等)，导电水泥基则可以以任意形状和厚度铺设在钢筋混凝土构件表面，大大提高了施工效率。
(3)碳纤维导电水泥基作为一种永久性的阳极材料还可以被重复运用在电化学除氯体系中。这种方式可以持续地评估和处理混凝土随时间变化的趋势，无需将其从混凝土表面移除。通过这种方式，可以实施其他的后续处理，如阴极保护，电磁场屏蔽，从而降低材料、设备和人工的成本。
(4)碳纤维导电水泥基中使用硫铝酸盐水泥，凝结速度快，早期强度高，收缩低，相比传统硅酸盐水泥具有更大的优势；而可再分散乳胶粉的加入不仅提高了其与钢筋混凝土基体的粘结力，而且提高了导电水泥基的耐久性，使其在服役过程中能面对更严酷的环境，延长了其使用寿命。
(5)导电水泥基材料中掺入的碳纤维具有高强、高弹性模量及良好的导电性能，相比石墨、碳纳米管的导电材料，低掺量的碳纤维更容易在水泥基材料中分散，碳纤维加入到水泥基材料不仅能在维护加固工程中起到增强增韧的效果，而且能够使水泥基材料的导电性能大幅提升。
(6)碳纤维导电水泥基具有高强度，耐腐蚀性和易于现场处理等优点，可以广泛运用于建筑行业中加强和改造混凝土结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述装置包括电解液池、电源和钢筋混凝土，所述钢筋混凝土浸泡在所述电解液池的电解液中，所钢筋混凝土内部的钢筋通过导线与所述电源的负极连接，所述装置还包括：
导电水泥基层，所述导电水泥基层铺设在所述钢筋混凝土外表面，所述导电水泥基层内部设置有石墨电极，所述石墨电极通过导线与电源的正极连接；
吸水层，所述吸水层铺设在所述导电水泥基层外表面；
滴灌系统，所述滴灌系统设置在所述电解液池外部，所述滴灌系统用于对所述吸水层滴液，向所述吸水层提供电解液。
2.如权利要求1所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述滴灌系统包括水泵和控制台，所述水泵与外部电解液供应装置连接，所述水泵的一端与水管的一端连接，所述水管的另一端与控制台连接，所述控制台电连接出液管道，所述控制台可控制所述出液管道的滴液速度；
优选地，所述出液管道有多个，多个所述出液管道均匀分布在所述吸水层的外周。
3.如权利要求1所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述钢筋、所述石墨电极与所述导线的连接处均设置有环氧树脂密封部。
4.如权利要求1所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述导电水泥基层均匀铺设在所述钢筋混凝土的整个外侧面。
5.如权利要求4所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述导电水泥基层的厚度为10-30mm。
6.如权利要求1或4所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述吸水层均匀铺设在所述导电水泥基层的整个外侧面。
7.如权利要求6所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述吸水层材质为聚丙烯酸聚合物；
优选地，所述电解液为饱和氢氧化钙溶液。
8.如权利要求1-7任一项所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述导电水泥基层的材料为碳纤维掺杂导电水泥基材料；
按照重量份数计，所述碳纤维掺杂导电水泥基材料包括如下组分的混合料：水泥85-90份、砂120-150份、矿粉10-15份、可再分散乳胶粉1-3份、水40-50份、减水剂0.5-0.8份、消泡剂0.03-0.06份；
以及碳纤维，所述碳纤维的体积占上述混合料的体积的0.8-1％。
9.如权利要求8所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述碳纤维掺杂导电水泥基材料中还包括分散剂，所述分散剂掺入质量为胶凝材料质量的0.4-0.6％，所述胶凝材料质量为所述水泥和所述矿粉质量之和；
优选地，所述碳纤维的长度为6-9mm；
再优选地，所述水泥为硫铝酸盐水泥。
10.如权利要求1-7任一所述的导电水泥基作为外部阳极进行电化学除氯的装置，其特征在于，所述电源为直流电源，所述电源的电流密度为1-3A/m2。
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