专利名称：修复钢筋混凝土结构裂缝的电化学沉积方法
技术领域：
本发明为一种修复钢筋混凝土结构裂缝的电化学沉积方法，涉及海工、水工混凝土结构、建筑结构等各类钢筋混凝土结构裂缝的修复。
电化学沉积技术是广泛应用在化工、微电子、陶瓷、新材料等产业的比较成熟的技术[1，2]。将电化学技术应用在钢筋混凝土的修复主要集中在电化学除氯与再碱化等方面[3，4]，还未见到利用电化学沉积方法修复钢筋混凝土裂缝的报道。
国外，将电化学沉积技术应用到混凝土裂缝修复领域的研究很少。仅日本学者[5]对海上混凝土结构进行了初步的尝试与宏观研究，认为，施加一定电流，利用电化学沉积作用可使钢筋结构的裂缝封闭起来。Wolg Hilbertz[6]也利用海水中矿物进行了电化学加积方法修复混凝土结构的相关方面的研究。直到最近，国内还没有见到采用电化学沉积新方法修复钢筋混凝土裂缝的报道。[文献1]汪浩，朱鹤孙，制备类金刚石薄膜的电化学沉积方法及其装置，中国专利，专利号CN1205367A.[文献2]付强，朱鹤孙等，制备硬质薄膜的电化学沉积方法，中国专利，专利号CN12056327A.[文献3]邱富荣，石小燕等，钢筋混凝土构筑物电化学保护的新进展，腐蚀科学与防护技术，12(5)，2000，303-307.[文献4]朱雅仙，碳化混凝土再碱化技术的研究，水运工程，2001，12-16.[文献5]Jae-Suk Ryu and Nobuaki Otsuki，Crack closure of reinforced concrete byelectrodeposition technique[J]，Cement and Concrete Research，2002，32，159-164.[文献6]Wolf Hilbertz，Mineral accretion of large surface structure，building components andelements，U.S.Patent，No.4246075，1981.
本发明为实现上述目的，提出如下技术方案将混凝土结构中钢筋作为阴极，将石墨板或钛网作为阳极，放置在钢筋混凝土结构的附近，将钢筋混凝土浸在电解质液中，电解液浓度为0.01-5mol/升，这里电解质可以是海水中的矿物质，或者是ZnSO4、Mg(NO3)2或Ca(NO3)2等矿物质；阴极与阳极之间施加直流电源电压在1-5000伏之间，电流密度控制在1-5000mA/m2，调整直流电源电压，或控制所需的电流密度；通过电解沉积作用，在混凝土表面、裂缝中生长、沉积一层化合物，如ZnO、CaCO3和Mg(OH)2等化合物，来填充、密实混凝土的裂缝，封闭混凝土的表面，以降低混凝土的渗透性。这些无机化合物的膜层不仅提供了一种物理上的保护层，而且也有效地降低了混凝土内部的气液介质的迁移。
上述方法中，电解液更为合适的浓度为0.1-1mol/升。更为合适的电源电压为1-500伏，电流密度控制在1-500mA/m2。
电解沉积过程中的电极反应的理论模型图与电化学沉积法修复钢筋混凝土结构裂缝的试验装置示意图分别见
图1和图2。
与其他方法相比，本发明的优点主要有特别适合于修复钢筋混凝土柱、桩或其他类似的支柱结构，尤其当这些混凝土结构位于海水或水中。可以进行现场工程修复工作。修复成本低、工艺简单、修复效果好、可靠。本方法也可适合于陆地上钢筋混凝土结构裂缝的修复。
例图说明图1电解沉积过程中的电极反应的理论模型。
图2电化学沉积法修复钢筋混凝土结构裂缝的试验装置示意图。
根据本发明，所修复的混凝土结构应位于或使其位于在电解质的溶液中，电解质可以是海水中矿物质或在水中添加ZnSO4、Mg(NO3)2或Ca(NO3)2等电解质，保持电解质的一定浓度。在混凝土结构中钢筋与阳极材料之间施加一定的直流电，通过电解沉积作用使得混凝土结构的裂缝、裂纹与孔洞等均被高强度的电化学沉积的矿物材料填充、密实，这些材料粘结裂缝的两边，并强化结构。
首先将混凝土桩中的钢筋作为电解回路的阴极，用多股电线连接起来，电线与钢筋的连接可以锡焊或电焊，以增强与钢筋的电路连接。连接处然后采用合适的绝缘材料如硅酮或环氧进行密封隔离。连接在直流电源的负极。
阳极材料可以采用石墨或钛网。将一个或多个阳极材料放置在受损混凝土结构附近的电解质中。阳极的大小取决于所修复的混凝土结构的大小及状况。阳极连接在直流电源的正极。
直流电源电压的大小根据所修复的结构大小所确定的。在阴极与阳极之间建立一定的电流，电解沉积作用使得高强度的电解沉积物质逐渐、填充在混凝土裂缝、空隙中。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。为修复所给大小的混凝土结构，要求必须具有达500伏直流电压，输出的电流密度控制在1-500mA/m2。电源可以采用蓄电池电源、发电机等。
根据X射线衍射分析，形成的沉积材料最主要的沉积物是氢氧化镁、氧化锌、碳酸钙等，根据不同的试验条件不同，沉积物也不同。扫描电镜观察到氢氧化镁晶体主要呈叶片状或大块状。叶片状的氢氧化镁比化石或石膏还要硬，无弹性；而大块材料状的氢氧化镁具有皂状的外观。沉积材料中还有一小部分是氢氧化钙，其与氢氧化镁具有相同的结构。晶体从电解质溶液中的快速沉积通常会使得氢氧化镁形成大块状，慢速沉积会受到氢氧化镁形成叶片状的晶体结构。
电解沉积的矿物晶体力学性能，如抗压强度达到37.0-55.0MPa，比普通混凝土的强度还要高。沉积材料的强度与混凝土裂缝的愈合效果受沉积的速率的影响。高电流密度下的快速沉积会形成低强度的材料，低电流密度下的慢沉积会形成高强度的材料，沉积材料的强度在1-80MPa之间。合适的电流密度应在1-500mA/m2，电极之间的电场电压可达到1-500伏，取决于修复的钢筋混凝土结构大小与受损情况。
本发明同样也适合于陆基钢筋混凝土结构的裂缝的修复，修复与工艺参数控制相同。
本发明所提供的电化学沉积修复受损混凝土结构裂缝的方法可以解决很多环境恶劣的修补工程。然而，本发明特别适合于修复海工、水工等修补工程。对于这些修补工程，本发明提供了一种现场修复钢筋混凝土结构裂缝的方法。
权利要求
1.一种修复钢筋混凝土结构裂缝的电化学沉积方法，其特征在于将混凝土结构中钢筋作为阴极，将石墨板或钛网作为阳极，放置在钢筋混凝土结构的附近，将钢筋混凝土浸在电解质液中，电解液浓度为0.01-5mol/升；阴极与阳极之间施加直流电源电压在1-5000伏之间，电流密度控制在1-5000mA/m2；通过电解沉积作用，在混凝土表面、裂缝中生长、沉积一层化合物，来填充、密实混凝土的裂缝，封闭混凝土的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的电解质为海水中的矿物质，或者为ZnSO4、Mg(NO3)2或Ca(NO3)2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于电解液浓度为0.1-1mol/升。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于电源电压为1-500伏，电流密度控制在1-500mA/m2。
全文摘要
本发明为一种修复钢筋混凝土结构裂缝的电化学沉积方法。它以混凝土结构中的钢筋为阴极，将石墨板等作为阴极，将混凝土浸在电解质溶液中，施加一定的电源电压，控制合适的电流密度，通过电解沉积，在混凝土表面、裂缝中沉积一层化合物，达到修复裂缝的目的。本发明方法修复成本低，工艺简单，修复效果好。
文档编号C25D9/00GK1458374SQ0312910
公开日2003年11月26日 申请日期2003年6月5日 优先权日2003年6月5日
发明者蒋正武, 孙振平, 王培铭 申请人:同济大学