CN113339006A - 地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置及方法，装置包括用于提供直流电的蓄电池、用于储备修复浆液的浆液池、用于承载修复浆液的储液器、用于支撑储液器的支撑组件和移动承台，储液器的顶面开口并朝向混凝土裂缝，储液器的截面形状为与地铁隧道形状适配的圆弧形，储液器内侧底部设有电泳阳极，浆液池内的修复浆液可以输送到储液器内，蓄电池的正极通过电缆与电泳阳极连接，蓄电池的负极通过电缆与钢筋连接。与现有技术相比，本发明主要基于电泳、电沉积两种电化学原理，能够对锈胀开裂钢筋混凝土结构进行无损修复，在有效防止钢筋进一步锈蚀的同时可对混凝土裂缝进行填补，从而提升受损钢筋混凝土结构的耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及锈胀开裂钢筋混凝土结构修复领域，尤其是涉及一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置及方法。
背景技术
截至到2020年底我国地铁线路总长6303.5公里。地下环境本身具有潮湿多水的特点，而我国大部分的地铁建设主要集中在沿海地区，对于处于该地区的地下结构而言，土体中氯离子等离子的侵蚀及地铁运营中杂散电流将加速隧道内部钢筋混凝土结构锈胀开裂。这种开裂损伤不仅威胁地铁隧道的结构安全，还会威胁到在隧道中运营车辆的行车安全，因此对地铁隧道锈胀开裂钢筋混凝土结构进行有效修复极为重要。由于运营需要，如进行隧道内锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复，需克服可用修复时间短，施工空间小等难题。
目前针对劣化损伤钢筋混凝土结构的修复方法有很多，但主要解决的是大气与海洋环境下结构的劣损问题。相应修复方法的选取与结构所处环境和劣化损伤主要诱因有关。如电沉积法主要应用于海工钢筋混凝土结构的修复；电化学再碱法主要目的是恢复碳化混凝土的碱性；材料置换法对时间和空间有一定要求，且修复效果得不到保障；注浆法常需要开孔，而注浆过程中的压力如控制不当容易对结构造成损伤，且易出现注浆不均匀，浆液无法到达微小裂缝中等问题。
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铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，用于修复地铁隧道内的混凝土裂缝，所述的混凝土裂缝内有钢筋，所述的修复装置包括用于提供直流电的蓄电池、用于储备修复浆液的浆液池、用于承载修复浆液的储液器、用于支撑储液器的支撑组件和移动承台，
所述的移动承台设于地铁隧道的内部底面上，所述的蓄电池、浆液池和支撑组件设于移动承台上，所述的支撑组件的底部与移动承台连接，所述的支撑组件的顶部与储液器的底面连接，所述的储液器的顶面开口并朝向混凝土裂缝，所述的储液器的截面形状为与地铁隧道形状适配的圆弧形，所述的储液器内侧底部设有电泳阳极，
所述的支撑组件上设有用于输送浆液的浆液通道，所述的浆液池内设有修复浆液、浆液泵和浆液管道，所述的浆液管道的进液端与浆液泵的出液端连通，所述的浆液管道的出液端与浆液通道的进液端连通，所述的浆液通道的出液端与储液器连通，
所述的蓄电池的正极通过电缆与电泳阳极连接，所述的蓄电池的负极通过电缆与钢筋连接。
优选地，所述的地铁隧道内底部设有钢轨，所述的移动承台的底部设有与钢轨相匹配的滑轮，所述的移动承台通过滑轮沿钢轨移动。
优选地，所述的支撑组件包括转动轴承和多个支撑柱，所述的支撑柱的底部与转动轴承可转动连接，所述的支撑柱的顶部与储液器的底面固定连接，所述的支撑柱的内部中空形成浆液通道。
优选地，所述的支撑柱为可伸缩柱。
优选地，所述的修复浆液的材料包括阳离子水性树脂和水性树脂固化剂。
优选地，所述的电泳阳极为由可导电材料制成的网片。
优选地，所述的储液器的材料为耐腐蚀橡胶或聚氨酯。
一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复方法，采用上述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，所述的方法包括以下步骤：
S1：对地铁隧道的混凝土裂缝表面进行预处理；
S2：确认待修复钢筋混凝土的区域；
S3：将蓄电池的负极通过电缆与待修复的钢筋连接；
S4：调节移动承台的位置，在储液器内放置电泳阳极，将蓄电池的正极通过电缆与电泳阳极连接，并利用支撑组件使储液器的开口与待修复区域贴合，密封储液器的开口周侧；
S5：通过浆液泵将浆液池中的浆液依次通过浆液管道、浆液通道输送至储液器内；
S6：启动蓄电池进行供电，完成修复。
优选地，所述的步骤S1具体包括：根据裂缝位置使用砂纸打磨待修复混凝土表面，并用高压水枪清洗裂缝，并采用读数显微镜和刻度尺记录渗透裂缝长度和宽度。
优选地，所述的步骤S6中的通电时间为1-24h。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的修复装置及方法能够对钢筋混凝土裂缝进行主要基于电泳、电沉积两种电化学原理的修复，有效防止钢筋进一步锈蚀，对裂缝进行填补修复，修复效果好，能够实现无损修复；
(2)本发明的修复浆液的主要基础材料为水性有机高分子材料，能够较好的适应钢筋混凝土湿度大、开裂渗漏水等修复工况，解决传统修复方法无法在有水环境下修复的局限性，适用范围广；
(3)通过蓄电池、电泳阳极、钢筋、修复浆液配合，利用通电后产生的电场力促使混凝土内部氯离子、硫酸根离子等有害离子向钢筋相反方向迁移，减少钢筋周围、及混凝土内部有害离子的浓度，防止钢筋锈蚀和混凝土胀裂发生；
(4)本发明的修复方法可以根据钢筋混凝土结构开裂损伤具体情况不同，对修复浆液的配比和电压强度等进行适应性调整，实现更好的修复效果；
(5)本发明的修复装置利用支撑组件与储液器配合，支撑组件能够带动储液器沿环向方向旋转，有效实现储液器在不同角度、位置进行裂缝和锈蚀钢筋的修复；
(6)修复浆液的主要基础材料为阳离子型水性环氧树脂，其具有良好的电迁移性能、粘结性能和绝缘性能，可以固化钢筋周围铁锈，提高锈蚀钢筋与混凝土粘结力，同时以环氧树脂为主钢筋表面沉积膜具有抗杂散电流和阻隔氯离子渗透能力，并且这种沉积膜为强碱性可以帮助锈蚀钢筋再钝化，提升其抗锈蚀性能；
(7)修复完成后，混凝土接触面残留树脂干燥后胶结形成树脂膜，可填补混凝土表面微裂缝及孔隙，提升混凝土的抗渗性能、抗碳化性能；
(8)方便快捷，使用蓄电池即可提供足够电压，无需连接场外电源，修复时间可控制在1-24小时，修复快速。
附图说明
图1为本发明的装置结构图；
图2为本发明的方法流程图。
其中，1、钢筋，2、混凝土裂缝，3、电泳阳极，4、储液器，5、地铁隧道，6、伸缩内杆，7、浆液通道，8、固定外杆，9、弹簧，10、浆液池，11、修复浆液，12、浆液管道，13、伸长固定件，14、轴承，15、电缆，16、蓄电池，17、承台本体，18、立柱，19、滑轮。
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。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，用于修复地铁隧道5内的混凝土裂缝2，尤其是修复裂缝宽度小于5mm锈胀开裂钢筋1混凝土，混凝土裂缝2的最深处为钢筋1，如图1所示，该装置包括：
蓄电池16：用以提供直流电并控制电压大小，电压调控范围为40-100V，蓄电池为可拆卸蓄电池，以实现长时间的供电。
移动承台，移动承台设于地铁隧道5的内部底面的钢轨上，包括承台本体17、立柱18和滑轮19，立柱18的顶端与承台本体17的底面固定连接，滑轮19设于立柱18的底部，滑轮19与地铁隧道5内底部的钢轨形状适配，移动承台通过滑轮19沿钢轨移动。
浆液池10，设于承台本体17上，浆液池10内设有修复浆液11、浆液泵和浆液管道12。
支撑组件，用于对储液器4进行支撑，支撑组件的底部与移动承台连接，支撑组件的顶部与储液器4的底面连接。本实施例中，支撑组件包括转动轴承14和多个支撑柱，支撑柱的底部与转动轴承14可转动连接，支撑柱的顶部与储液器4的底面固定连接，支撑柱的内部中空形成浆液通道7，支撑柱为可伸缩柱。
具体地，支撑柱包括伸缩内杆6、固定外杆8、伸长固定件13和弹簧9，固定外杆8的底部与轴承14可转动固定连接，以满足储液器4调整方向需要，伸缩内杆6可移动插设于固定外杆8的内部，伸缩内杆6可沿固定外杆8的中部腔体伸出或缩回，固定外杆8的中部腔体底端设置弹簧9，弹簧9的末端与伸缩内杆6的底部连接，伸缩内杆6的中部中空形成浆液通道7。本实施例中，伸长固定件13为固定螺栓，固定外杆8的外侧壁开设固定螺孔，固定螺栓螺接于固定螺孔内并与伸缩内杆6抵触，限制其伸缩位置。
储液器4，用于承载修复浆液11，其主体为开口向上的敞口容器，界面形状与地铁隧道5形状的待修复部位适配，本实施例中为圆弧形，储液器4内侧底部设有电泳阳极3。储液器4的顶部开口与地铁隧道5内的待修复混凝土裂缝2所在区域抵触，储液器4的顶部开口周侧与待修复区域间密封并固定，防止浆液溢出。电泳阳极3为由可导电材料制成的网片，如不锈钢网片或石墨网片。本实施例中，电泳阳极3为不锈钢网片，储液器4为耐腐蚀橡胶或聚氨酯材料制成。
为了对修复浆液11进行输送，浆液管道12的进液端与浆液泵的出液端连通，浆液管道12的出液端与浆液通道7的进液端连通，浆液通道7的出液端与储液器4连通。另外，为了确保蓄电池16的供电，蓄电池16的正极通过电缆15与电泳阳极3连接，蓄电池16的负极通过电缆15与钢筋1连接。
本发明的修复浆液11是以阳离子水性树脂、水性树脂固化剂为主要基础材料的复合浆液，修复浆液11中阳离子水性树脂可为环氧树脂类、聚氨酯树脂类、丙烯酸树脂类、聚丁二烯类等树脂类型，其与水性树脂固化剂混合后总质量占修复浆液总质量10％及以上，使用去离子水作为稀释剂，帮助浆液获得更好的流动性，在保证工作性能和修复性能的前提下，可加入其它填料提升浆液修复性能或降低浆液制备成本。
一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复方法，采用上述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，如图2所示，包括以下步骤：
S1：混凝土表面预处理。根据裂缝位置使用砂纸打磨待修复混凝土表面，并用高压水枪以适当压力清洗裂缝，并采用读数显微镜和刻度尺记录渗透裂缝长度和宽度。
S2：确认待修复钢筋1混凝土的区域。使用目测法结合超声波无损检测法确定修复范围，使用半电池电位法确定钢筋1锈蚀发生位置，以保证修复浆液11接触到锈蚀钢筋1为基本要求，根据现场需要适当放大裂缝宽度和修复区域。
S3：将蓄电池16的负极通过电缆15与待修复的钢筋1连接。当裂缝周边有外露钢筋1时，经电联通测试后，可直接作为阴极，当电缆15不方便与裂缝内钢筋1连接时，需钻孔或破除一定量混凝土后将导电线一端伸入裂缝与钢筋1连接固定，操作完成后，使用环氧树脂砂浆修复回填，连接时对接头进行绝缘密封处理。
S4：调节移动承台的位置，在储液器4内放置电泳阳极3，将蓄电池16的正极通过电缆15与电泳阳极3连接，连接时对接头进行绝缘密封处理，并利用支撑组件使储液器4的开口与待修复区域贴合，采用密封胶预协助固定和密封储液器4的开口周侧，密封储液器4与混凝土接触面空隙；
S5：通过浆液泵将浆液池10中的浆液依次通过浆液管道12、浆液通道7输送至储液器4内；
S6：启动蓄电池16进行供电，将电压控制在50V左右，通电时间为0.5-1h，完成修复。
S7：修复完成后关闭电源，撤除修复装置，如具备条件，使用辐射加热对修复位置进行加热，以帮助沉积在钢筋1和混凝土裂缝2、表面的树脂尽快胶结固化。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。
Claims (10)
1.一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，其特征在于，用于修复地铁隧道(5)内的混凝土裂缝(2)，所述的混凝土裂缝(2)内有钢筋(1)，所述的修复装置包括用于提供直流电的蓄电池(16)、用于储备修复浆液(11)的浆液池(10)、用于承载修复浆液(11)的储液器(4)、用于支撑储液器(4)的支撑组件和移动承台，
所述的移动承台设于地铁隧道(5)的内部底面上，所述的蓄电池(16)、浆液池(10)和支撑组件设于移动承台上，所述的支撑组件的底部与移动承台连接，所述的支撑组件的顶部与储液器(4)的底面连接，所述的储液器(4)的顶面开口并朝向混凝土裂缝(2)，所述的储液器(4)的截面形状为与地铁隧道(5)形状适配的圆弧形，所述的储液器(4)内侧底部设有电泳阳极(3)，
所述的支撑组件上设有用于输送浆液的浆液通道(7)，所述的浆液池(10)内设有修复浆液(11)、浆液泵和浆液管道(12)，所述的浆液管道(12)的进液端与浆液泵的出液端连通，所述的浆液管道(12)的出液端与浆液通道(7)的进液端连通，所述的浆液通道(7)的出液端与储液器(4)连通，
所述的蓄电池(16)的正极通过电缆(15)与电泳阳极(3)连接，所述的蓄电池(16)的负极通过电缆(15)与钢筋(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，其特征在于，所述的地铁隧道(5)内底部设有钢轨，所述的移动承台的底部设有与钢轨相匹配的滑轮(19)，所述的移动承台通过滑轮(19)沿钢轨移动。
3.根据权利要求1所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，其特征在于，所述的支撑组件包括转动轴承(14)和多个支撑柱，所述的支撑柱的底部与转动轴承(14)可转动连接，所述的支撑柱的顶部与储液器(4)的底面固定连接，所述的支撑柱的内部中空形成浆液通道(7)。
4.根据权利要求3所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，其特征在于，所述的支撑柱为可伸缩柱。
5.根据权利要求1所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，其特征在于，所述的修复浆液(11)的材料包括阳离子水性树脂和水性树脂固化剂。
6.根据权利要求1所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，其特征在于，所述的电泳阳极(3)为由可导电材料制成的网片。
7.根据权利要求1所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，其特征在于，所述的储液器(4)的材料为耐腐蚀橡胶或聚氨酯。
8.一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复方法，其特征在于，采用权利要求1～7任意一项所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复装置，所述的方法包括以下步骤：
S1：对地铁隧道(5)的混凝土裂缝(2)表面进行预处理；
S2：确认待修复钢筋(1)混凝土的区域；
S3：将蓄电池(16)的负极通过电缆(15)与待修复的钢筋(1)连接；
S4：调节移动承台的位置，在储液器(4)内放置电泳阳极(3)，将蓄电池(16)的正极通过电缆(15)与电泳阳极(3)连接，并利用支撑组件使储液器(4)的开口与待修复区域贴合，密封储液器(4)的开口周侧；
S5：通过浆液泵将浆液池(10)中的浆液依次通过浆液管道(12)、浆液通道(7)输送至储液器(4)内；
S6：启动蓄电池(16)进行供电，完成修复。
9.根据权利要求8所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：根据裂缝位置使用砂纸打磨待修复混凝土表面，并用高压水枪清洗裂缝，并采用读数显微镜和刻度尺记录渗透裂缝长度和宽度。
10.根据权利要求8所述的一种地铁隧道内部锈胀开裂钢筋混凝土结构的修复方法，其特征在于，所述的步骤S6中的通电时间为1-24h。
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|---|---|---|---|---|
| CN114033423A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-02-11 | 济南轨道交通集团建设投资有限公司 | 一种用于盾构机二次注浆的装置、方法及盾构机 |
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