CN204098521U - 适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置 - Google Patents

适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置 Download PDF

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陈龙
汤雁冰
李海洪
熊建波
范志宏
王胜年
房毅
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GUANGZHOU SIHANG MATERIAL TECHNOLOGY CO LTD
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China Harbour Engineering Co Ltd
CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co Ltd
Guangzhou Harbor Engineering Quality Inspection Co Ltd
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GUANGZHOU SIHANG MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
China Harbour Engineering Co Ltd
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Abstract

本实用新型提供了一种适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其包括：与固定建筑物固定连接的支架，及由所述支架提供承托力的用于容纳电解质溶液的水槽，所述水槽由侧板和底板围合形成且围绕着非水下混凝土结构的待修复区域，水槽的侧板、底板两两相接之处及其与所围绕的混凝土结构表面的交接之处采用密封防水结构密封，水槽内盛装有电解质溶液，液面高于混凝土结构待修复区域的最高处，水槽内表面设置有阳极金属网，阳极金属网及待修复区域的混凝土裂缝中的钢筋分别通过电缆线与电源的正极及负极连接。本实用新型很方便制作适合于非水下混凝结构的耐久性修复装置，使电化学处理过程得以充分实施。本装置安装、拆卸方便，所用水槽可重复利用。

Description

适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置
技术领域
本实用新型属于混凝土结构修补与加固技术领域，具体涉及一种适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置。
背景技术
钢筋锈蚀会造成混凝土裂缝以及剥落破坏，从而降低结构安全性和耐久性，是引起混凝土结构性能降低的主要原因之一。对已出现钢筋锈蚀的混凝土结构，必须及时采取与锈蚀阶段相对应的措施对其进行耐久性修复处理。
处于海洋等氯化物环境下的混凝土结构，氯离子是引发钢筋锈蚀主要原因。对已受氯离子污染的混凝土目前多采用凿除旧有受污染混凝土并重新浇筑新混凝土的修复方法。该法可彻底去除氯离子，但工程量大，耗费大量人力、物力，并产生大量废弃物。与此对应，电化学脱盐能在保留旧有混凝土的基础上，脱除已侵入混凝土中的氯离子，是一种更为先进、更便捷的修复技术，可有效、快速地恢复混凝土耐久性。该技术上世纪70年代开始研发，目前在国内外已有相应的标准规范支撑，但相比国外，该技术在我国还仅仅出于起步阶段，除个别示范性工程外，未见大规模应用。
电化学脱盐技术在耐久性问题出现初期(如仅仅发现钢筋锈蚀，并未见锈胀裂缝)是恢复结构耐久性的一种行之有效的方法。然而对于钢筋锈蚀裂缝已较为严重的情况，仅仅使用电化学脱盐技术对恢复和提高结构耐久性的效果不佳。即便采用电化学脱盐技术使氯离子浓度下降至安全阈值以下，耐久性问题也会很快反弹。这是由于结构中已出现裂缝，这些裂缝成为氯离子渗透的快捷通道，氯离子将以比在完好混凝土中快得多的速度渗透至钢筋表面，钢筋很快便再次锈蚀。对于受氯盐侵蚀并出现裂缝的钢筋混凝土，若要采用电化学脱盐进行修复，必须对裂缝进行修补。裂缝修补常用的方法有：对裂缝进行灌浆、表面封闭处理等等。无论采取哪种方法，都会增加一个步骤，不可避免地增加工程量，使电化学脱盐的便捷性大打折扣。
上世纪80年代末由日本学者通过实验证实电沉积技术可封闭混凝土中的裂缝。目前该方法在国内外还是室内研究居多，仅有少量现场实验。在实际中，施工现场往往为待修补钢筋混凝土带来诸多意想不到的问题，以致该电沉积技术一直难以得到有效实施。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其包括：
与固定建筑物固定连接的支架，及
由所述支架提供承托力的用于容纳电解质溶液的水槽，所述水槽由侧板和底板围合形成且围绕着非水下混凝土结构的待修复区域，水槽的侧板或底板与混凝土结构表面平行或从外部垂直地延伸至混凝土结构表面，使混凝土结构待修复区域处于水槽槽腔之中，水槽的侧板、底板两两相接之处及其与所围绕的混凝土结构表面的交接之处采用密封防水结构密封，
水槽内盛装有电解质溶液，液面高于混凝土结构待修复区域的最高处，
水槽内表面设置有阳极金属网，阳极金属网及待修复区域的混凝土裂缝中的钢筋分别通过电缆线与电源的正极及负极连接。
作为其中一种情况，所述的非水下混凝土结构为梁。所述水槽由平行于梁底面的底板、分别平行于梁前侧面和后侧面的前侧板和后侧板及与梁横截面垂直相接的左侧面与右侧面连接构成。
作为另一种情况，所述的非水下混凝土结构为柱。所述水槽由平行于柱侧面的四块侧板及与柱横截面垂直相接的底板连接构成。
具体地来说，所述支架由从外部水平插入梁体内部的膨胀螺栓及与膨胀螺栓连接的水平托板构成。
所述水平托板底部设置有用于调节水平托板竖直位置的调节螺栓。
作为另一种实施方式，所述支架支撑固定于待修复混凝土结构周围的平地上。
本实用新型很方便制作适合于非水下混凝结构的耐久性修复装置，待修复区域浸没于电解液溶液中，使电化学处理过程得以充分实施。本装置安装、拆卸方便，所用水槽可重复利用。尤其适用于有多个相同梁、柱构件的大型钢筋混凝土结构的修复，具有很强的实用性。
附图说明
图1本实用新型的装置原理图。
图2修复梁所用水槽安装示意图，其中步骤(a)为施工前的待修复混凝土梁，步骤(b)为支架安装，步骤(c)为水槽安装。
图3修复柱所用水槽安装示意图，其中步骤(a)为施工前的待修复混凝土柱，步骤(b)为安装水槽底板，步骤(c)为安装水槽侧板及阳极网。
具体实施方式
实施例1
本例以一陆上钢筋混凝土梁结构为例。
装置安装步骤如图2所示，具体操作如下：
(1)在梁100上打入膨胀螺栓11，利用膨胀螺栓11安装支撑托板12，支撑托板12底部设有调节螺栓13，可调节支撑托板12的高度。
(2)水槽20为带端板的U型PVC槽，将水槽安装在支撑架上。水槽的底板21和前后侧板22分别与梁的底面及前后侧面平行，水槽的左右侧板23则与梁的横截面垂直相接，从而将梁的待修复区域围于水槽槽腔之中。使水槽底部与梁距离10cm，水槽与梁接触处采用密封胶24密封。
(3)将不锈钢阳极网30铺设在水槽20内壁，例如本例中可以是水槽的底面和两侧面，阳极网引一电线。
(4)在混凝土中钻孔至露出钢筋40，将电线焊接在钢筋上，焊接处用密封胶密封。
(5)将连接不锈钢的电线与连接钢筋的电线分别接入电源50的正极与负极。
(6)往水槽加入添加0.1mol/l Mg(NO3)2电解质溶液60。
(7)打开电源通入恒电流，使电流密度达到1A/m2。
每隔7天根据电解质溶液的减少量添加Mg(NO3)2溶液，并测量溶液pH值，若pH值低于6可添加pH缓冲剂。通电40天，裂缝愈合率达95％。氯离子含量下降达80％以上。通电结束后，将水槽中溶液排走，拧松支撑铁架上的螺栓可使水槽与混凝土梁分离并将水槽拆卸。
实施例2
本例以一陆上钢筋混凝土柱结构为例。
装置安装步骤如图3所示，具体操作如下：
(1)首先在柱子200两侧放置支撑铁架，支撑铁架可直接支撑在柱周围的地面上。将水槽底板71安装在支撑架上，底板与混凝土柱接触处涂抹密封胶。
(2)安装水槽侧板72，四块玻璃钢板利用角钢及螺栓固定好，形成包裹混凝土柱子的玻璃钢套，接缝处采用密封胶密封。
(3)将玻璃钢套利用角钢及螺栓固定在底板71上。
(4)往水槽内灌2～3cm厚的添加了防水材料的砂浆。
(5)把一带电线的不锈钢阳极网放置在水槽内，并使其尽量贴近水槽侧面，电线接头不要接触到溶液。
(6)在混凝土中钻孔，并露出的钢筋，将电线焊接在钢筋上，焊接处用密封胶密封。
(7)将连接不锈钢的电线与连接钢筋的电线分别接入电源的正极与负极。
(8)往水槽加入添加了pH缓冲剂的0.1mol/l Mg(NO3)2电解质溶液。
(9)打开电源通入恒电流，使电流密度达到1A/m2。
本实用新型装置的工作原理是在阴阳两极之间施加通恒定电流，电流方向从阳极通过电解质流向阴极。此时阴极发生电化学反应
2H2O+2e-→2OH-+H2↑
而电解质中溶解的金属阳离子Mg2+在电场作用下迁移至混凝土表面。若混凝土存在裂缝，则裂缝处电流密度显著增大，阳离子会优先在裂缝处积聚并与阴极产生的OH-发生如下反应
Mg2++2OH-→Mg(OH)2↓
Zn2++2OH-→ZnO↓+H2O
形成沉积物，填充在裂缝处。与此同时，混凝土内的Cl-在电场作用下逐渐往混凝土表面迁移并脱除，实现脱盐与裂缝修补同步的效果。
在通恒定电流的同时，阳极会发生如下反应：
2H2O→2H++2e-+O2↑
由于阴极产生的OH-会被消耗，阳极产生的H+会在溶液中富集，降低溶液pH值，对混凝土造成酸化腐蚀，因此在溶液中添加pH缓冲剂，可防止溶液pH降低。
每隔7天根据电解质溶液的减少量添加Mg(NO3)2溶液，并测量溶液pH值，若pH值低于6可添加pH缓冲剂。通电50天，裂缝愈合率达95％。
通电结束后，将水槽中溶液排走，拧松水槽侧板与底板上螺栓便可将水槽拆卸。

Claims (8)

1.一种适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于包括：
与固定建筑物固定连接的支架，及
由所述支架提供承托力的用于容纳电解质溶液的水槽，所述水槽由侧板和底板围合形成且围绕着非水下混凝土结构的待修复区域，水槽的侧板或底板与混凝土结构表面平行或从外部垂直地延伸至混凝土结构表面，使混凝土结构待修复区域处于水槽槽腔之中，水槽的侧板、底板两两相接之处及其与所围绕的混凝土结构表面的交接之处采用密封防水结构密封，
水槽内盛装有电解质溶液，液面高于混凝土结构待修复区域的最高处，
水槽内表面设置有阳极金属网，阳极金属网及待修复区域的混凝土裂缝中的钢筋分别通过电缆线与电源的正极及负极连接。
2.根据权利要求1所述的适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于包括：所述的非水下混凝土结构为梁。
3.根据权利要求2所述的适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于包括：所述水槽由平行于梁底面的底板、分别平行于梁前侧面和后侧面的前侧板和后侧板及与梁横截面垂直相接的左侧面与右侧面连接构成。
4.根据权利要求1所述的适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于包括：所述的非水下混凝土结构为柱。
5.根据权利要求4所述的适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于包括：所述水槽由平行于柱侧面的四块侧板及与柱横截面垂直相接的底板连接构成。
6.根据权利要求1所述的适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于：所述支架由从外部水平插入梁体内部的膨胀螺栓及与膨胀螺栓连接的水平托板构成。
7.根据权利要求6所述的适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于：所述水平托板底部设置有用于调节水平托板竖直位置的调节螺栓。
8.根据权利要求1所述的适用于非水下混凝土结构耐久性修复的装置，其特征在于：所述支架支撑固定于待修复混凝土结构周围的平地上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107558753A (zh) * 2017-10-15 2018-01-09 吴腾飞 一种缺陷混凝土电化学加固修复方法

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