CN217053312U - 一种盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置，包括多根装配式钢管、多个液体增压泵、直流电源，所述多根装配式钢管以混凝土结构为圆心环向均匀布置，所述装配式钢管内灌装有电解液，多根装配式钢管通过导线串联并与直流电源的正极连接，所述直流电源的负极与混凝土结构内的钢筋连接，所述液体增压泵促使装配式钢管内的电解液渗透进土壤与混凝土结构内的钢筋接触，形成闭合电路。本实用新型可显著提高混凝土结构位于土壤层下部位的修复便捷性，节省人力物力，延长结构寿命，实现工程化解决土壤环境下混凝土结构严重腐蚀的实际问题，提升混凝土结构的服役健康水平。

Description

一种盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置

技术领域

本实用新型属于土木工程混凝土结构耐久性修复技术领域，具体涉及一种盐渍土环境混凝土结构埋置土壤层部位的电化学除氯装置。

背景技术

混凝土结构是工程建设中应用最普遍，最广泛的结构形式，涉及到工业建筑、民用建筑、港口以及桥梁等等。混凝土结构具有多种优点，耐火性好、整体性好，可模性好。但实际上，无论是国内还是国外，许多混凝土结构都在服役年限之前便早早失效，其中很大比例是因环境因素所指的耐久性不足。

土壤的组成和性质，如pH值、氯化物、硫酸盐、镁盐及铵盐等对混凝土以及内部包裹的钢筋的腐蚀有很大的影响。混凝土的土壤腐蚀包括化学腐蚀和物理腐蚀。化学腐蚀是指土壤中的硫酸根(SO₄ ^2-)和氯离子(Cl^-)以及碱金属离子(Na⁺，K⁺)等与混凝土中的物质发生化学反应生成了体积较大的化合物而造成混凝土体积膨胀、破坏；造成物理腐蚀的原因则是由于类似硫酸盐、氯化物等盐类在混凝土中结晶从而造成混凝土的体积膨胀乃至失效。混凝土耐久性问题主要包括碳化作用、氯盐侵蚀、冻融作用等等，其中氯盐侵蚀造成的危害最为广泛且严重。氯盐侵蚀发生环境一般为海洋及近海地区、盐湖盐碱地和工业环境中。混凝土结构在氯盐的侵蚀下，其内部钢筋极易锈蚀，从而影响结构的安全使用，缩短结构的服役年限。譬如沿海地区盐渍土上的建筑物，其混凝土基础会受到严重的腐蚀现象，极大地威胁着基础安全以及结构的长期正常使用。因此，为了使结构耐久性能得到有效提升、保证结构在服役期内安全使用，混凝土结构耐久性修复研究在土木工程中应被重视起来。

电化学保护法是目前唯一一种可以使混凝土结构中钢筋立即停止锈蚀的无损修复方法。对于盐渍土环境下的混凝土结构，普遍会考虑优先使用电化学除氯方法来修复。该方法通过在混凝土内部钢筋与外部电解液内金属网之间施加电场，使钢筋附近的氯离子在电场力作用下迁向阳极。而同时，钢筋进行电极反应生成OH^-，从而提高了钢筋附近混凝土的pH值，有利于钢筋恢复及维持钝态。

然而目前针对混凝土结构耐久性考虑的对象一般是结构基础顶端以上的上部结构，制定了《GB/T51355-2019既有混凝土结构耐久性评定标准》、《GB/T50476-2019混凝土结构耐久性设计规范》等评定与设计标准可供参考。同样的，关于电化学除氯方法也基本都是面向结构基础以上的部分，如国内的《JTS 153-2-2012《海港工程钢筋混凝土结构电化学防腐蚀技术规范》、《JGJ/T 259-2012混凝土结构耐久性修复与防护技术规程》以及《T/CECS565-2018混凝土结构耐久性电化学技术规程》；美国防腐蚀协会的《NACE SP0107-2017Electrochemical Realkalization and Chloride Extraction for Reinforcedconcrete》、欧盟的《BS EN 14038-1:2016 Electrochemical Realkalization andChloride Extraction Treatments for Reinforced Concrete》以及欧洲标准化委员会的《UNI-CENTS-14038-2:2011 Electrochemical Realkalization and ChlorideExtractionTreatments for Reinforced Concrete》，这类规范所适用的范围包括房屋建筑、城市桥梁、隧道等设施与一般结构物，在内容上基本默认待除氯对象为基础以上的结构，鲜少提及基础以下结构部分的专项检测方案或具体除氯方法。一般在这些规范中，进行检测、评定、修复重点着眼于结构的主要受力构件、锈蚀部位、锈胀开裂部位等等。总的来说，对于结构基础部分或者是结构埋置土壤层部位的耐久性评定标准与设计规范目前还尚存空白，关于这部分结构的电化学除氯的技术方法与指导标准仍有待完善。特别是针对结构埋置土壤层部分的电化学除氯方法，在实际工程中的实施过程中会存在一定程度的困难：首先是难以在土壤层中合理布置阳极形成化学反应发生的先决条件；其次是难以在土壤层中构成闭合回路使电化学作用有效发生。而另一方面，土壤层以下的结构又是极易受腐蚀的部分，这部分结构的耐久性是保证结构荷载可靠传递的条件之一。若忽略其正常修复则会造成相当大的安全隐患。因此，对埋置土壤层部位进行电化学除氯的相关研究应引起重视。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的电化学除氯装置，该装置通过埋置土壤层中的装配式钢管，在配备的液体增压泵的作用下使得钢管内的电解质溶液顺利到达土壤层深处并定向流向待修复结构，使得在一定的修复时间内，实现混凝土结构在土壤层部位的电化学修复过程。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的电化学除氯装置，包括多根装配式钢管、多个液体增压泵、直流电源，所述多根装配式钢管以混凝土结构为圆心环向均匀布置，所述装配式钢管内灌装有电解液，多根装配式钢管通过导线串联并与直流电源的正极连接，所述直流电源的负极与混凝土结构内的钢筋连接，所述液体增压泵安装在电解液输入管上，电解液输入管与所述装配式钢管的电解液进口连接，在所述装配式钢管侧壁均匀制有多个电解液出口，所述液体增压泵促使装配式钢管内的电电解液渗透进土壤与混凝土结构内的钢筋接触，形成闭合电路。

进一步的，所述装配式钢管顶部开口，所述开口为电解液进口。

进一步的，所述装配式钢管由数根双开口钢管以及一根一端封闭的钢管连接而成。

进一步的，所述一端封闭的钢管与双开口钢管之间通过螺纹连接件连接，相邻的两根双开口钢管之间通过螺纹连接件连接。

进一步的，所述一端封闭的钢管的封闭端设有遇水膨胀的止水带，所述螺纹连接件的连接处设有止水压条。

进一步的，所述装配式钢管的外壁距离混凝土结构表面为0.2-0.5米。

进一步的，所述电解液出口的孔径为15～20mm，孔的中心间距为10～15cm。

进一步的，还包括一钢筋检测仪，所述钢筋检测仪用于确定钢筋位置，进而在混凝土结构中设置钻孔口。

进一步的，每一装配式钢管配置一液体增压泵，所述液体增压泵的输出压力为20-40MPa之间。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型可随时实现对土壤层下结构的除氯工作，确保混凝土结构埋置土壤层部位在预期寿命内安全工作；可显著提高结构埋置土壤层部位的修复便捷性，节省人力物力，延长结构寿命，实现工程化解决土壤环境下混凝土结构严重腐蚀的实际问题，提升混凝土结构的服役健康水平。

附图说明

图1为本实用新型电化学除氯装置示意图；

图1中，1混凝土结构、2钢筋、3液体增压泵、4电解液、5双开口钢管、6一端封闭的钢管、7直流电源、8电解液进口、9电解液出口、10止水压条、11止水带、12螺纹连接件、13钢筋检测仪、14钻孔口、15大气层、16土壤层。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置包括：多根装配式钢管、多个液体增压泵3、直流电源7，所述多根装配式钢管以混凝土结构1为圆心环向均匀布置，所述装配式钢管内灌装有电解液4，多根装配式钢管通过电线串联并与直流电源7的正极连接，所述直流电源7的负极与混凝土结构1内的钢筋2连接。其中装配式钢管作为阳极，钢筋2作为阴极。

所述液体增压泵3安装在电解液输入管上，电解液输入管与装配式钢管的电解液进口8连接。每一装配式钢管配置一液体增压泵3。

所述装配式钢管由数根双开口钢管5以及一根一端封闭的钢管6连接而成，所述一端封闭的钢管6位于最下方，其封闭端朝下，一端封闭的钢管6与双开口钢管5之间以及相邻的两根双开口钢管5之间均通过螺纹连接件12连接。可根据实际情况土层结构的埋深需要，适当增加/减少双开口钢管5的数量，以达到自由控制钢管深度的目的。双开口钢管5以及一端封闭的钢管6的直径可以为43～89mm，DN40、DN50、DN65、DN80等皆可用，长度为1～1.5m，装配式钢管外壁距离混凝土结构1表面为0.2-0.5米。

其中电解液4为饱和Ca(OH)₂溶液，所述装配式钢管顶部开口，为电解液进口8，装配式钢管侧壁均匀制有多个电解液出口9。所述电解液出口9的孔径为15～20mm，孔的中心间距为10～15cm，保证电解液4定向流动。在打开直流电源7的同时，给液体增压泵3通电，促使电解液4在压力的作用下往土壤渗透，与作为阴极的钢筋2接触，形成闭合回路。

一端封闭的钢管6封闭端设有遇水膨胀的止水带11，所述螺纹连接件12的连接处设有止水压条10。

还包括一钢筋检测仪13，所述钢筋检测仪13用于确定钢筋2位置，以便在混凝土结构1中设置钻孔口14。

本实用新型装置修复混凝土的方法，包括如下步骤：

S1基于电磁法利用钢筋检测仪13在混凝土结构1表面进行勘测，确定钢筋2所在位置，设置钻孔口14，使所述直流电源7的负极穿过一个钻孔口14与钢筋2相连；

S2将电解液4注入装配式钢管中，通过液体增压泵3将压力调至20Mpa～40Mpa，接通液体增压泵3的电源，加压2-10h，促使电解液4往土壤层渗透；

S32-10h后，移除液体增压泵3，使用土壤取样钻机沿着混凝土结构的纵向进行土壤的取样，取样深度与装配式钢管同深。将样品磨粉烘干，加入酚酞指示剂，如变红，则可认为电解液4已通过预定路径渗流至混凝土结构内。

S4确定电解液4已进入混凝土结构1后，接通直流电源7，开始电化学修复，25～35天后结束通电。

S5电化学修复结束后，回收装配式钢管，根据实际情况，结合人工拔、杠杆撬、机械吊将装配式钢管拔出，还原结构周围环境。同时回收的装配式钢管妥善放置，可供重复使用。

在电化学修复过程中一般采用的通电方法为恒电压或恒电流。而在本实用新型装置的电化学修复中，采用大小为24V的恒电压。根据相关研究，电流密度过大会发生钢筋氢脆等不良现象，因此在通电过程中需对电流密度进行监测，电流密度基于钢筋总表面积计算，不宜超过5A/m²。

在本实用新型直流电源负极与混凝土结构中的钢筋2相连，直流电源的正极与装配式钢管相连。在外加电场作用下，氯离子等有害阴离子会向混凝土外部迁移；而同时作为阴极的钢筋2处的电极反应产生OH^-，增大了混凝土的碱性，有利于钢筋2恢复及维持钝态。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置，其特征在于：包括多根装配式钢管、多个液体增压泵(3)、直流电源(7)，所述多根装配式钢管以混凝土结构(1)为圆心环向均匀布置，所述装配式钢管内灌装有电解液(4)，多根装配式钢管通过导线串联并与直流电源(7)的正极连接，所述直流电源(7)的负极与混凝土结构(1)内的钢筋(2)连接，所述液体增压泵(3)安装在电解液输入管上，电解液输入管与所述装配式钢管的电解液进口(8)连接，在所述装配式钢管侧壁均匀制有多个电解液出口(9)，所述液体增压泵(3)促使装配式钢管内的电解液(4)渗透进土壤与混凝土结构(1)内的钢筋(2)接触，形成闭合电路，所述装配式钢管顶部开口，所述开口为电解液进口(8)，所述装配式钢管由数根双开口钢管(5)以及一根一端封闭的钢管(6)连接而成；

所述一端封闭的钢管(6)与双开口钢管(5)之间通过螺纹连接件(12)连接，相邻的两根双开口钢管(5)之间通过螺纹连接件(12)连接；

所述一端封闭的钢管(6)的封闭端设有遇水膨胀的止水带(11)，所述螺纹连接件(12)的连接处设有止水压条(10)；

还包括一钢筋检测仪(13)，所述钢筋检测仪(13)用于确定钢筋(2)位置，进而在混凝土结构(1)中设置钻孔口(14)；

每一装配式钢管配置一液体增压泵(3)。

2.根据权利要求1所述的盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置，其特征在于：所述装配式钢管的外壁距离混凝土结构(1)表面为0.2-0.5米。

3.根据权利要求1所述的盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置，其特征在于：所述电解液出口(9)的孔径为15～20mm，孔的中心间距为10～15cm。

4.根据权利要求1所述的盐渍土环境混凝土埋置土壤层部位的除氯装置，其特征在于：所述液体增压泵(3)的输出压力为20-40MPa之间。

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