CN210287530U - 一种钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置 - Google Patents

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杜丰音
金祖权
佘伟
李树鹏
代雪艳
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本实用新型提供一种钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,包括:电解池装置,所述电解池装置包括直流电源和电解液;混凝土块,所述混凝土块设于所述电解液中,所述混凝土块内部设有钢筋,包括第一钢筋和第二钢筋,所述第一钢筋和所述第二钢筋通过同一个转换开关分别电连接至所述直流电源的负极,所述第一钢筋和所述第二钢筋均作为电解池的阴极;导电水泥基阳极板,所述导电水泥基阳极板铺设在所述混凝土块的一侧表面并位于所述电解液中,所述导电水泥基阳极板与所述直流电源的正极连接。本实用新型的除氯装置采用含有碳纤维的导电水泥基阳极板作为阳极,来源广泛,成本较低,易于铺设,同时双阴极设置除氯效果更高效彻底。

Description

一种钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置
技术领域
本实用新型属于电化学修复技术领域,具体涉及一种钢筋混凝土的以含碳纤维的导电水泥基阳极板作为外接阳极的双阴极电化学除氯装置。
背景技术
钢筋混凝土内部发生锈蚀破坏问题,大部分是因为环境周围的氯离子渗透进混凝土内部,对钢筋进行锈蚀,从而造成了结构破坏。针对混凝土中钢筋锈蚀问题,国内外研究了许多的应对方法。传统上惯用的修补方式大多以预防为主,这些方法主要适用于新建建筑。随着建筑物服役时间增长,部分需要做后期维护甚至需要辅助治理手段。对于已经发生锈蚀的建筑物,传统采用补丁修补法,通过将已被污染的混凝土剔除再填补抗渗性能较好的砂浆或混凝土进行修补。
目前,应用范围最广泛的为使用金属网作为外接阳极进行电化学方法对已经锈蚀的钢筋混凝土进行电化学除氯,将混凝土内部有害的氯离子迁移出结构。
但是,金属网作为外接阳极有很大的弊端。比如使用钛网作为阳极,存在成本较高,不适用于实际工程等问题;若使用来源广泛的不锈钢网作为阳极时,由于金属网本身的易腐蚀性,单次除氯并不能满足建筑物抗氯离子侵蚀的要求,而且金属腐蚀物会污染结构表面,影响美观。对于一些特殊形状的构件,金属网不易铺设,且不能与电解液形成闭合回路,达不到除氯效果。
目前已有建筑中,由于保护层厚度较厚,混凝土表面与混凝土内部的钢筋相距较远,导致混凝土内部的部分氯离子在电场作用下迁移不到混凝土外部,而滞留在混凝土和钢筋之间的区域,从而导致混凝土构件容易被“二次腐蚀”,并不能达到很好的除氯目的。
近年来通过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,而且自身具有较强的物理力学性能,若以此为阳极材料便可解决金属网易腐蚀等一系列问题。
为提升水泥基材料的导电性,碳纤维以其高强、高弹性模量及良好的导电性能,被广泛的应用于导电水泥基材料当中。碳纤维导电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在导电、加热、房屋监测、防震减灾、电磁屏蔽、阴极保护、提升水泥基材料耐磨性等方面得到广泛的应用。作为一种新型复合材料,碳纤维导电水泥基材料相关性能符合阳极材料的基本要求。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,用以解决当前以金属网作为外接阳极,价格昂贵,易于腐蚀,金属网不易铺设且混凝土内部钢筋除氯不彻底,容易造成二次腐蚀,除氯效果不佳的问题。
为了实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:
一种钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,所述除氯装置包括:
电解池装置,所述电解池装置包括直流电源和电解液,所述直流电源用于提供电能,电流通过所述电解液在阴极和阳极上发生电解反应;
混凝土块,所述混凝土块设于所述电解液中,所述混凝土块内部设有钢筋,包括第一钢筋和第二钢筋,所述第一钢筋和所述第二钢筋通过同一个转换开关分别电连接至所述直流电源的负极,所述第一钢筋和所述第二钢筋均作为电解池的阴极;
导电水泥基阳极板,所述导电水泥基阳极板铺设在所述混凝土块的一侧面并位于所述电解液中,所述导电水泥基阳极板与所述直流电源的正极连接,作为电解池的阳极。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述第二钢筋距离所述导电水泥基阳极板的距离小于所述第一钢筋距离所述导电水泥基材料的距离。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述第一钢筋与所述直流电源的导线连接处的端部设有环氧树脂封装部;所述第二钢筋与所述直流电源的导线连接处的端部也设有环氧树脂封装部。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述导电水泥基阳极板为碳纤维掺杂水泥基材料。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述导电水泥基阳极板中的碳纤维含量占水泥基材料的体积百分比为0.8%。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述导电水泥基阳极板与所述直流电源的导线连接处的端部也设有环氧树脂封装部。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述电解液为饱和氢氧化钙溶液。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述导电水泥基阳极板内侧面与所述混凝土块的接触面为平面,所述导电水泥基阳极板内侧面所述接触面的形状和尺寸相同。
在如上所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,优选,所述导电水泥基阳极板内侧面与所述混凝土块的接触面为曲面,所述导电水泥基阳极板内侧面的面积不小于所述接触面的面积。
与最接近的现有技术相比,本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果:
1、本实用新型采用含有碳纤维的导电水泥基阳极板作为主要导电相作为外接阳极进行混凝土内钢筋电化学除氯,导电水泥基来源广泛,成本较低;工艺简单,操作方便,适用于所有建筑,外接阳极易于铺设,对于一些异形结构,导电水泥基阳极板的厚度可以根据构件的形状和周围环境进行调整和铺设。
2、本实用新型的含有双阴极的碳纤维导电水泥基电化学除氯装置可以更高效地除去混凝土内部钢筋的氯离子,增加电场驱动力,将残存在混凝土和钢筋之间区域的氯离子在辅助阴极的作用下更快迁移到混凝土构件外部,降低了混凝土构件被“二次锈蚀”的风险。
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实用新型的进一步理解,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。其中:
图1为本实用新型实施例的双阴极电化学除氯装置的结构示意图。
图中:1、容器;2、混凝土块;3、第一钢筋;4、第二钢筋;5、环氧树脂封装部;6、导电水泥基阳极板;7、电解液;8、直流电源;9、转换开关。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中,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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“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,根据本实用新型的实施例,提供了一种钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,电化学除氯装置采用含碳纤维的导电水泥基阳极板作为阳极,并采用混凝土块中不同位置的钢筋作为双阴极,将混凝土中锈蚀钢筋的除氯阶段分为两个阶段,对于混凝土中的锈蚀钢筋除氯效果更充分。
本实用新型的电化学除氯装置的反应原理为:锈蚀钢筋生成的铁离子在电解池中向阴极移动发生还原反应,铁离子被还原成单质铁,氯离子在电解池中向阳极移动发生氧化反应,生成氯气溢出混凝土,达到混凝土中除氯的效果。
本实施例中的双阴极电化学除氯装置具体包括:
电解池装置,电解池装置包括直流电源8和电解液7,直流电源8用于提供电能,电流通过电解液7在阴极和阳极上发生电解反应,电解液7放置在容器1中。
在本实用新型的具体实施例中,电解液7为导电性良好的饱和氢氧化钙溶液。
混凝土块2,混凝土块2设于电解液7中,混凝土块2内部设有钢筋,本实用新型的具体实施例中,混凝土块2中设置有第一钢筋3和第二钢筋4,第一钢筋3和第二钢筋4通过同一个转换开关9分别电连接至直流电源8的负极,第一钢筋3和第二钢筋4均作为电解池的阴极。
导电水泥基阳极板6,导电水泥基阳极板6铺设在混凝土块2的一侧面并位于电解液7中,导电水泥基阳极板6与直流电源8的正极连接,作为电解池的阳极。
在本实用新型的具体实施例中,第二钢筋4距离导电水泥基阳极板6的距离小于第一钢筋3距离导电水泥基阳极板6的距离,第一钢筋3位于混凝土块2的中心部位,第二钢筋4位于第一钢筋3的上方,距离导电水泥基阳极板6更近。在除氯过程中,分为两个阶段:首先是电化学除氯第一阶段,距离混凝土块2表面较远处的位于混凝土块2中心的第一钢筋3与直流电源8的负极接通,作为主阴极,使得靠近内部钢筋附近的氯离子在电场作用下向混凝土块2表面迁移氯离子;然后是电化学除氯第二阶段,通过转换开通控制,将距离混凝土块2表面较近处的位于混凝土块2边缘的第二钢筋4与直流电源8的负极接通,作为辅助阴极,使得位于第一钢筋3和混凝土块2表面中间部分的氯离子在电场驱动力的作用下,继续向外迁移,直至氯离子迁移出混凝土块2表面。
这种无损的双阴极的导电水泥基阳极板6电化学除氯装置在直流电源8通电后,通过两个阶段的通电作用,增加电场驱动力,把混凝土内部的氯离子更加高效且全面地从混凝土内部迁移出去,从而提高钢筋混凝土的抗侵蚀能力,延长构件的使用寿命。
在本实用新型的具体实施例中,第一钢筋3和第二钢筋4与直流电源8均采用导线连接,第一钢筋3和与导线连接处的端部设有环氧树脂封装部5,第二钢筋4与导线连接处的端部也设有环氧树脂封装部5,防止漏电以及电解液7对钢筋的腐蚀。
导电水泥基阳极板6与直流电源8的导线连接处的端部也设有环氧树脂封装部5,防止漏电。
在本实用新型的具体实施例中,导电水泥基阳极板6为碳纤维掺杂水泥基材料。碳纤维具备高强、高弹性模量以及良好的导电性,应用在水泥基材料中成为导电性优异的复合材料,水泥基材料来源广泛,成本较低,工艺简单,操作方便,适用于所有建筑,包括新建建筑,或者已经被锈蚀的建筑,适宜作为阳极材料。导电水泥基阳极板6中的碳纤维含量占水泥基材料的体积百分比为0.8%,在此配比下,能够保证良好的导电性同时碳纤维的用量较少。
作为外接阳极材料含有碳纤维的导电水泥基阳极板6易于铺设,对于一些异形结构,导电水泥基阳极板6的厚度可以根据混凝土构件的形状和周围环境进行调整和铺设。导电水泥基阳极板6与混凝土块接触的一面为导电水泥基阳极板6内侧面,当混凝土构件为平整表面时,导电水泥基阳极板6内侧面与混凝土块2的接触面为平面,导电水泥基阳极板6内侧面与接触面的形状和尺寸相同,导电水泥基阳极板6完全铺设在混凝土块2表面上;当混凝土构件为弯曲表面时,导电水泥基阳极板6内侧面与混凝土块2的接触面为曲面,导电水泥基阳极板6内侧面的面积不小于接触面的面积,阳极电极面积的增加能够提高电流密度,混凝土块2内的氯离子移动速度提高,氯离子去除量增加。
在使用本实用新型的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置时,首先将含有碳纤维的导电水泥基阳极板6铺设在混凝土块2的表面上,将直流电源8的正极与导电水泥基阳极板6连接,并用环氧树脂封装导电水泥基阳极板6和导线的连接处的端部;然后将第一钢筋3和第二钢筋4均通过转换开关9与直流电源8的负极连接,并用环氧树脂封装第一钢筋3和第二钢筋4和导线的连接处的端部;电解除氯时,先将第一钢筋3与直流电源8负极接通进行第一阶段电解除氯,第一阶段除氯时间为10-15天,然后旋转转换开关9,将第二钢筋4与直流电源8负极接通进行第二阶段电解除氯,第二阶段除氯时间为5-10天。
综上所述,本实用新型的含有碳纤维的导电水泥基阳极板作为外接阳极进行混凝土内钢筋电化学除氯,导电水泥基来源广泛,成本较低;工艺简单,操作方便,适用于所有建筑,外接阳极易于铺设,对于一些异形结构,导电水泥基阳极板的厚度可以根据构件的形状和周围环境进行调整和铺设;同时含有双阴极除氯装置可以更高效地除去混凝土内部的氯离子,将残存在混凝土和钢筋之间区域的氯离子在辅助阴极的作用下更快迁移到混凝土外部,减少混凝土构件被“二次锈蚀”的可能。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述除氯装置包括:
电解池装置,所述电解池装置包括直流电源和电解液,所述直流电源用于提供电能,电流通过所述电解液在阴极和阳极上发生电解反应;
混凝土块,所述混凝土块设于所述电解液中,所述混凝土块内部设有钢筋,包括第一钢筋和第二钢筋,所述第一钢筋和所述第二钢筋通过同一个转换开关分别电连接至所述直流电源的负极,所述第一钢筋和所述第二钢筋均作为电解池的阴极;
导电水泥基阳极板,所述导电水泥基阳极板铺设在所述混凝土块的一侧面并位于所述电解液中,所述导电水泥基阳极板与所述直流电源的正极连接,作为电解池的阳极。
2.如权利要求1所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述第二钢筋距离所述导电水泥基阳极板的距离小于所述第一钢筋距离所述导电水泥基材料的距离。
3.如权利要求1或2所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述第一钢筋与所述直流电源的导线连接处的端部设有环氧树脂封装部;所述第二钢筋与所述直流电源的导线连接处的端部也设有环氧树脂封装部。
4.如权利要求1或2所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述导电水泥基阳极板为碳纤维掺杂水泥基材料。
5.如权利要求4所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述导电水泥基阳极板与所述直流电源的导线连接处的端部也设有环氧树脂封装部。
6.如权利要求1所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述电解液为饱和氢氧化钙溶液。
7.如权利要求1所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述导电水泥基阳极板内侧面与所述混凝土块的接触面为平面,所述导电水泥基阳极板内侧面所述接触面的形状和尺寸相同。
8.如权利要求1所述的钢筋混凝土的双阴极电化学除氯装置,其特征在于,所述导电水泥基阳极板内侧面与所述混凝土块的接触面为曲面,所述导电水泥基阳极板内侧面的面积不小于所述接触面的面积。
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