CN104863089A - 自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其包括直流电源、以金属镁或锌制成的阳极，并以待修补混凝土构件中的钢筋作为阴极，所述阳极及阴极分别通过阳极引线及阴极引线与直流电源连接，按钢筋面积计算的电流密度为0.5～5A/m²，通电时间为6～10周，所述阳极在通电过程中电离出锌离子或镁离子，阴极钢筋在通电过程中在其周围电离出氢氧根，锌离子或镁离子与附近裂缝里的氢氧根结合，生成沉积物修补混凝土裂缝。采用本系统修补混凝土裂缝，无需添加电解质，修复效果好，适用于不同环境下混凝土构件的裂缝修补，尤其适用于淡水环境或岸上环境下水下混凝土构件裂缝的修补。

Description

自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统

技术领域

本发明专利属于混凝土结构修补领域，具体涉及一种针对淡水环境、咸淡水环境中的混凝土构件和水上区混凝土构件出现裂缝的修补系统。

技术背景

混凝土结构产生裂缝对结构耐久性和安全性产生不良影响，裂缝修补是旧有混凝土结构物维修的一个重要环节。现今裂缝修补主要方法是灌浆和聚合物砂浆修补法。但这些方法都存在一定的局限性，其中由于现有的注浆设备不能提供足够的压力，浆液不能充分填充到裂缝根部，注浆无法达到饱满、密实，因此效果不是很理想。聚合物砂浆修补法现场施工较为麻烦，需就裂缝位置开槽和填充砂浆，后期还需对砂浆进行养护，现场施工条件和施工人员素质对其修补质量影响较大。现今的主要裂缝修复技术存在一定的局限性和缺陷。在这一背景下，人们研究出电沉积修复混凝土裂缝技术。

从M.Yokoda、T.Fukute和H.Sasaki学者提出应用电沉积方法修复混凝土裂缝的新技术开始至今，电沉积技术得研究工作仍主要集中在室内研究。其研究工作主要集中在电沉积电解液的选取，以及电沉积效果和电沉积对混凝土性能的影响。如从1998～2001年美国学者J.S.Ryu和日本学者N.Otsuki为选择合适的电解液，分别用0.1mol/L的氯化镁、硫酸锌、硝酸银、氯化铜、硝酸镁、硫酸铜、氢氧化钙、碳酸氢钠8种溶液进行电沉积试验，结果得出ZnSO₄是用于电沉积修复混凝土裂缝效果最好的电解液（这一结果与1999年Hisada和Banshoya的相同），他们提出采用裂缝愈合率和表面覆盖率来评价电沉积效果。2001年J.S.Ryu和N.Otsuki采用15cm×15cm×125cm的钢筋混凝土梁进行电沉积试验，试验结果表明裂缝愈合率随时间的增加而增加，裂缝越小愈合速度越快，前两周愈合较快，试验结束时愈合率达90%；通过X射线衍射分析得出沉积物为ZnO；电沉积处理后可以提高试件的抗渗能力，减少试件中氯离子的含量。2004年J.S.Ryu和P.Monteiro分别进行室内试验和野外试验，电解液为0.1mol/LZnSO₄，电流密度为0.5A/m²的直流电，试验持续14天，试验得出沉积物与混凝土本体的粘结强度达到2.35MPa，这一值与普通混凝土的抗拉强度相同，经电沉积处理的试件的孔隙率明显减少；室外试验得出沉积层随温度和时间的变化仍能保持完整，具有一定的耐久性。我国同济大学的蒋正武通过电沉积试验得出，电流密度是混凝土裂缝愈合效果的一个重要因素。电流密度越大，Mg(OH)₂晶体片状尺寸大，厚度薄，且排列松散，相反就会得到结构排列紧密，强度高的Mg(OH)₂叶片状晶体。电极间电势差引起的电极反应是电化学沉积的动因，电化学沉积法对混凝土裂缝修复愈合的机理在于：电解反应生成的产物在裂缝中诱导成核而形成晶体，从而实现沉积物在混凝土裂缝中的填充愈合。

但是目前电沉积修补裂缝技术都借助于添加镁盐或锌盐作为电解质，或者利用海水中的盐作为电沉积系统的电解质，如专利《修复钢筋混凝土结构裂缝用的电化学沉积装置》（ZL03231833.2）、《一种脉冲电沉积修复混凝土裂缝的装置》（ZL200820161863.7）以及《电化学沉积方法修复混凝土裂缝的装置》（ZL200520076008.2）。而不需添加电解质的电沉积修补裂缝技术暂未有专利或文献报导，使得电沉积修补裂缝的领域受限，如内河淡水环境的混凝土构件。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统的方法，其施工更简便。

为了达到上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其包括直流电源、以金属镁或锌制成的阳极，并以待修补混凝土构件中的钢筋作为阴极，所述阳极及阴极分别通过阳极引线及阴极引线与直流电源连接，按钢筋面积计算的电流密度为0.5～5A/m²，通电时间为6～10周，所述阳极在通电过程中电离出锌离子或镁离子，阴极钢筋在通电过程中在其周围电离出氢氧根，锌离子或镁离子与附近裂缝里的氢氧根结合，生成沉积物修补混凝土裂缝。

优选地，所述通电时间为7周，裂缝愈合率可高达100%。

优选地，电流密度为1.5A/m²。

具体地来说，所述阳极覆盖于待修补混凝土表面，所述阳极为棒状、带状或板状。

优选地，所述阳极采用截面为梯形的锌带，且梯形的下宽面贴于待修补混凝土表面，待修补混凝土面可同时布置多根锌带。

作为另一种可选方案，所述阳极采用棒状镁阳极，棒状镁阳极通过柔性材料固定在待修补混凝土表面。

优选地，所述直流电源的输出电压为30V～50V。

具体地来说，所述阴极引线为引自所述待修补混凝土构件中的钢筋的一条电缆，所述电缆与钢筋的引出部位以砂浆或环氧树脂封闭。

采用本系统修补混凝土裂缝，无需添加电解质，修复效果好，适用于不同环境下混凝土构件的裂缝修补，尤其适用于淡水环境或岸上环境下水下混凝土构件裂缝的修补。尤其对于淡水中的混凝土结构，可直接采用本专利提供的技术对裂缝进行修补，其施工更简便，适用范围更广。

附图说明

图1是本发明采用电沉积修补裂缝操作中，修补方桩裂缝的正视图。

图2是本发明采用电沉积修补裂缝操作中，修补方桩裂缝的侧视图。

图3是本发明采用自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统的示意图。

其中，裂缝1混凝土方桩2阳极3阳极引线4阴极引线5整流器6正极7负极8

具体实施方式

以修补内河码头混凝土方桩2为例，说明自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统。该混凝土方桩插入水面以下并立于泥面。

参照图1，2，分别给出修补混凝土方桩裂缝的正视图和侧面图。混凝土方桩截面尺寸为500mm×500mm，结构表面有裂缝1和孔洞。

设置本发明的电沉积修补混凝土裂缝系统：阴极为待修补的混凝土构件中的钢筋。从待修补的混凝土构件中的钢筋，引出一根电缆，作为阴极引线5，并用砂浆或环氧树脂等绝缘材料将阴极引出线部位封闭。

以镁或锌阳极作为阳极3，阳极引线4延伸至正极7，将阳极3覆盖在混凝土构件（本例中为混凝土方桩2）表面。阳极3采用截面为梯形的锌带，截面尺寸为上宽25.4mm、下宽31.25mm、高30.5mm，待修补混凝土面共布置3根锌带。

将阳极引线4和阴极引线5分别引至直流电源（整流器）的正极7和负极8，整流器自带仪表可显示电流和电压输出的大小。

调整直流电源（整流器）的输出电流，电流密度为0.5～5A/m²（按钢筋面积计算），优选1.5A/m²通电时间为7个星期，裂缝的愈合率达100%。

直流电源的交流输入端应安装外部切断开关，其金属外壳应接地敏捷地电阻应小于4Ω。直流电源的输出电压应控制在50V以下，钢筋通过黑色导线连接电源的负极，阳极通过红色导线连接电源的正极。

本发明同样也适合于水上区钢筋混凝土裂缝的修复，修复系统与技术参数控制相同。

Claims (8)

1.自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：包括直流电源、以金属镁或锌制成的阳极，并以待修补混凝土构件中的钢筋作为阴极，所述阳极及阴极分别通过阳极引线及阴极引线与直流电源连接，按钢筋面积计算的电流密度为0.5～5A/m²，通电时间为6～10周，所述阳极在通电过程中电离出锌离子或镁离子，阴极钢筋在通电过程中在其周围电离出氢氧根，锌离子或镁离子与附近裂缝里的氢氧根结合，生成沉积物修补混凝土裂缝。

2.根据权利要求1所述的自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：其特征在于所述通电时间为7周。

3.根据权利要求1所述的自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：优选地电流密度为1.5A/m²。

4.根据权利要求1所述的自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：所述阳极覆盖于待修补混凝土表面，所述阳极为棒状、带状或板状。

5.根据权利要求4所述的自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：所述阳极采用截面为梯形的锌带，且梯形的下宽面贴于待修补混凝土表面，待修补混凝土面可同时布置多根锌带。

6.根据权利要求4所述的自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：所述阳极采用棒状镁阳极，棒状镁阳极通过柔性材料固定在待修补混凝土表面。

7.根据权利要求1所述的自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：所述直流电源的输出电压为30V～50V。

8.根据权利要求1所述的自提供电解质的电沉积修补混凝土裂缝系统，其特征在于：所述阴极引线为引自所述待修补混凝土构件中的钢筋的一条电缆，所述电缆与钢筋的引出部位以砂浆或环氧树脂封闭。