专利名称：碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法
技术领域：
本发明涉及钢筋混凝土结构的修复，具体为碳化钢筋混凝土结构的电化学再碱化方法。
背景技术：
混凝土是人类使用的最大宗建筑结构材料，钢筋混凝土被广泛应用于港口、大坝、公 路、桥梁、市政、海工等现代化工程建设中。然而，混凝土结构由于受到各种环境条件， 如大气、水、气候等物理或化学的侵蚀作用，即使结构设计合理、施工正确，其在服役期 间也往往发生劣化、未达不到预期寿命而破坏，并带来了巨大的经济损失。纵观混凝土结 构的各类环境破坏机理，混凝土劣化过程(物理、化学和生物的)和钢筋或预应力钢筋发 生劣化的主要原因有冻融循环、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀、收縮开裂和氯离子或碳化引起 的钢筋锈蚀等。这些混凝土结构在服役期内往往需要修补、修复与防护。
碳化引起混凝土中碱度降低是引起钢筋锈蚀的主要诱因之一。要延长已老化混凝土结构 的使用寿命，关键是要恢复钢筋周围的碱性环境。因此，如何实现碳化混凝土中碱度升高一 直工程界研究的热点之一。将电化学技术应用到碳化混凝土的修复中是一门新技术。以前已 经有过对提高碳化混凝土内碱度的工艺的报道，如欧洲专利No. 264421和美国专利 No. 4865702。在该发明中，电流在外电极与作为阴极的混凝土内钢筋之间流过，其中外电 极则与涂于混凝土外表面的碱性电解液相接触。在此工艺中发生两个效应碱性电解液流进 混凝土，在阴极区含碱量增加。使得钢筋再次钝化，渗进混凝土的电解液层在具有足够高的 pH值的钢筋上方及周围保持一个覆盖区，以使钢筋保持钝化。这一工艺已熟知为再碱化工艺。 作为本工艺的碱性电解液，欧洲专利No. 264421提供了液态的或吸收于诸如石棉、纤维素、 锯屑、砂、粘土之类多孔介质中的钙、钠和或钾盐的含水溶液，或者电解液可以是强缓凝的 混凝土、灰浆、水泥浆或石灰桨。英国专利申请No. 2271123A公布了一种工艺，其中含水电 解液中使用了碳酸钠或硼酸钠。
发明内容
本发明的目的为利用钢筋混凝土的结构特性与环境条件，将电化学技术应用到各类混凝土结构的再碱化修复中，采用电化学再碱化方法在水溶液电解质中恢复碳化钢筋混凝土 的碱度，从而解决钢筋混凝土结构碱度恢复这一技术难题。
本发明的原理是作为阴极的碳化钢筋混凝土界周内钢筋与阳极之间建立一定的电流， 在电化学作用下，使得阴极与阳极附近分别发生化学反应，同时，在电场作用下，OH一等 负离子从电解质中通过混凝土分别向阳极迁移，从而实现混凝土内部的碱度提高。如图1 所示。
本发明为实现上述目的，提出如下技术方案 一种碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，包括下列步骤
1) 以碳化钢筋混凝土界周内钢筋作为阴极与直流电源负极相连，将阳极与直流电 源正极相连；
2) 将阳极浸于电解液中，并将需再碱化的碳化钢筋混凝土表面浸于电解液中；
3) 调整直流电源电压，控制电流密度为为O. 1 6A/m2，使混凝土内部pH值升高， 钢筋再钝化。电流密度指单位混凝土表面积的电流量大小，电流密度的大小根 据所应用的电解质溶液类型与浓度、再碱化的时间所确定， 一般上述电流密度 一般为0. 1 6A/m2，较佳的为0. 5 3A/m2，最佳为1 2A/m2。
上述碳化钢筋混凝土是指曝露于大气中已碳化的混凝土结构。较佳的，上述碳化钢筋混 凝土为钢筋混凝土柱、桩或其他类似的支柱结构。
上述电解液为碱性电解质溶液，可以是选自碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾的水溶液，也可以 直接是水。较佳的，碳酸盐溶液的浓度为O. l摩尔/升至饱和浓度，优选O. 5摩尔/升至饱和浓 度。电解液中优选碳酸锂电解质溶液，实验证实，该电解质溶液在较低浓度时即可获得显著 的再碱化效果，有效节约成本，此外，该电解液溶液还可以有效防止传统工艺因混凝土中碱 度提高、碱金属钠、钾离子的引入而引起混凝土结构的碱骨料反应破坏的风险。可将碳酸锂、 碳酸钠或碳酸钾加到水中制备电解质溶液。碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾化合物达到工业级即可， 也即其纯度大于99%。电解质溶液方便地通过盛电解质溶液并可移动地置于混凝土表面的槽 与混凝土表面相接触。盛电解质溶液槽的使用使电解液能与倾斜的、垂直的和顶上的表面保 持接触，并使该工艺可应用于混凝土结构的下面。
上述阳极可以采用惰性的钛网或钛板，也可以采用活性的钢丝网。在实际应用中，阳 极可包裹于碳化钢筋混凝土结构的周围。阳极的大小取决于所修复的混凝土结构的大小及状况。阳极具体大小并无严格限制， 一般应覆盖碳化混凝土结构所需再碱化的区域即可。
直流电源可以采用蓄电池电源、发电机等。直流电源电压的大小根据所修复的结构大小 所确定的。直流电压大小主要取决于所需的电流密度大小。 一般，直流电压大小在10 110V 范围内。例如对于长10m、直径0.5m混凝土结构桩，合适的阳极大小应是1000平方厘米。 直流电源输出功率至少应达到1000瓦特。根据所修复的混凝土结构，要求必须具有达15 60伏直流电压，输出的电流密度控制在0.1 6A/m2，最好在0.5至3A/m2范围。
混凝土中碱度可通过测定pH值的方法检测，例如将酚酞指示剂喷在新取样的混凝土断 面上，当pH值大于10.5，通常大于ll左右，再碱化工艺即可结束。测量pH值确定工艺结 束的区域离表面的距离通常与测试前第一次选择的区域离表面的距离一致。
与其他方法相比，本发明的优点主要有本发明所提供的电化学再碱化方法可修复各 类受环境侵蚀而碳化的混凝土结构，特别适合于修复各类钢筋混凝土柱、桩或其他类似的 支柱结构，可以进行现场工程修复工作。修复成本低、方法简单、修复效果好、可靠。
图l:碳化钢筋混凝土的电化学再碱化工作原理示意图
图2:碳化钢筋混凝土桩结构的电化学再碱化装置的结构示意图 附图标记
1.直流电源整流器；2.阳极网；3.碱性电解质溶液；4.碳化混凝土； 5.钢筋；6.电压表；7.电流表
具体实施例方式
实施例1碳化混凝土结构桩的修复 多年暴露大气中己碳化的混凝土结构桩长10m、直径0.5m。 直流电源蓄电池电源
将碳化混凝土结构桩中的钢筋作为电解回路的阴极，用多股电线连接起来，电线与钢筋 间锡焊或电焊连接，以增强与钢筋的电路连接，连接处采用绝缘材料如硅酮或环氧进行密 封隔离，而后连接在直流电源的负极。
阳极采用惰性的钛板，先将阳极与直流电源正极连接，再将阳极浸入盛有0.5mol/l的碳酸钾溶液的有机玻璃槽中，将槽包裹于碳化混凝土结构周围，槽边缘与混凝土结构表面接触 部分用密封胶密封以防止电解液渗漏，使得碳酸钾溶液与需修复得混凝土结构桩表面充分接
触，阳极的大小为阳极大小应是iooo平方厘米。
修复示意图如图2所示。
调节直流电源电压，获得lA/n^的电流密度。
通电一周时间后，将酚酞指示剂喷在新取样的混凝土断面上，如果pH值大于ll，表明 成功恢复了碳化钢筋混凝土结构的碱度。
实施例2
对内部pH值已降到10以下的碳化的混凝土梁长5m、宽0.5m、高0.3m。 直流电源蓄电池电源
同样，将碳化混凝土梁中的钢筋作为电解回路的阴极，用多股电线连接起来，电线与钢 筋间锡焊或电焊连接，以增强与钢筋的电路连接，连接处采用绝缘材料如硅酮或环氧进行 密封隔离，而后连接在直流电源的负极。
阳极采用惰性的钛网，阳极面积为9m2，先将阳极与直流电源正极连接，再将阳极浸入盛 有0.5mol/l的碳酸钾溶液的有机玻璃槽中，将槽包裹于碳化混凝土结构周围，槽边缘与混凝 土结构表面接触部分用密封胶密封以防止电解液渗漏。
电解质溶液选择碳酸钠饱和溶液，
调节直流电源电压，获得1.5A/n^的电流密度。
通电3天时间后，便获得良好的效果。将酚酞指示剂喷在新取样的混凝土断面上，如果 pH值大于11，表明成功恢复了碳化钢筋混凝土结构的碱度。
实施例3
对内部pH值己降到9.5以下的碳化的混凝土路面长20m、宽5m、厚0.3m。 直流电源蓄电池电源
同样，将碳化混凝土路面中的钢筋作为电解回路的阴极，用多股电线连接起来，电线与 钢筋间锡焊或电焊连接，以增强与钢筋的电路连接，连接处釆用绝缘材料如硅酮或环氧进 行密封隔离，而后连接在直流电源的负极。
阳极采用活性的钢丝网，阳极面积为100m2，先将阳极与直流电源正极连接，再将电解质溶液置于混凝土路面上，四周采用有机玻璃槽密封，防止电解质溶液流失。 电解质溶液选择碳酸锂溶液，浓度O. lmol/L。 调节直流电源电压，获得lA/r^的电流密度。
通电8天时间后，混凝土路面内部的碱度便得以恢复。将酚酞指示剂喷在新取样的混凝 土断面上，如果pH值大于ll，表明成功恢复了碳化钢筋混凝土结构的碱度。
权利要求
1. 一种碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，包括下列步骤1)以碳化钢筋混凝土结构内钢筋作为阴极与直流电源负极相连，将阳极与直流电源正极相连；2)将阳极浸于电解液中，并将需再碱化的碳化钢筋混凝土表面浸于电解液中；3)调整直流电源电压，控制电流密度为0.1～6A/m2，使混凝土内部pH值升高，钢筋再钝化。
2. 如权利要求1所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述电流密度 为0. 5 3A/m2。
3. 如权利要求2所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述电流密度 为1 2A/m2。
4. 如权利要求l所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述电解液为 碱性电解质溶液。
5. 如权利要求4所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述碱性电解 液为碳酸锂或碳酸钠或碳酸钾的水溶液，或者是水。
6. 如权利要求4所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述碱性电解 液浓度为O. l摩尔/升至饱和浓度。
7. 如权利要求6所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述碱性电解 液浓度为O. 5摩尔/升至饱和浓度。
8. 如权利要求1所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述阳极选自 惰性的钛网或钛板，或者为活性的钢丝网。
9. 如权利要求1所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述阳极包裹 于碳化钢筋混凝土结构的周围，或者与粘结层一起包裹在碳化钢筋混凝土结构表面。
10. 如权利要求1所述碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，其特征在于，所述阳极的大 小与再碱化混凝土结构四周表面积相当。
全文摘要
本发明涉及钢筋混凝土的修复。公开了一种碳化钢筋混凝土的电化学再碱化方法，包括下列步骤以碳化钢筋混凝土结构内钢筋作为阴极与直流电源负极相连，将附加阳极与直流电源正极相连；将阳极浸于一定浓度的碳酸钠、碳酸锂或碳酸钾电解液中，并使再碱化的碳化钢筋混凝土表面浸于电解液中；调整直流电源电压，控制电流密度为0.1～6A/m<sup>2</sup>之间，使混凝土内部的pH值恢复到11以上，从而使得钢筋再钝化。本发明一种现场恢复碳化钢筋混凝土结构内部碱度的方法，可现场修复因各类受环境侵蚀而碳化的混凝土结构。
文档编号C04B32/02GK101412635SQ20071004710
公开日2009年4月22日 申请日期2007年10月16日 优先权日2007年10月16日
发明者孙振平, 王培铭, 蒋正武 申请人:同济大学