受冻融作用钢筋混凝土电化学除氯模型研究

氯盐侵蚀与冻融循环作用下,钢筋混凝土结构遭受严重的耐久性损伤。电化学除氯能有效解决氯盐侵蚀产生的钢筋锈蚀问题,但在盐冻地区其除氯机理受混凝土冻融损伤的影响。对内掺氯盐的冻融损伤混凝土开展电化学除氯试验,基于相对动弹性模量建立混凝土冻融损伤度,研究冻融循环作用后钢筋混凝土电化学除氯机理,建立冻融损伤混凝土电化学除氯效率评价模型。研究结果表明,相较于普通混凝土,冻融环境下粉煤灰混凝土冻融损伤度更大,平均除氯效率更低。随冻融次数和粉煤灰掺量增加,混凝土冻融损伤度增大。随冻融损伤度和除氯时间的增加,混凝土平均除氯效率增加。冻融损伤混凝土平均除氯效率相较于未遭受冻融损伤混凝土,达到钝化目标所需时间更短。基于混凝土损伤度建立了冻融损伤混凝土电化学除氯模型,试验值与模型拟合良好。

钢筋再生混凝土电化学除氯效果研究

为探究遭受氯盐侵蚀钢筋再生混凝土耐久性修复路径,通过内掺氯盐方式模拟再生混凝土遭受氯盐侵蚀,开展再生混凝土电化学除氯试验,研究再生骨料特征和通电参数对电化学除氯效率的影响。研究表明,采用5~25 mm再生粗骨料粒径范围的钢筋再生混凝土电化学除氯效率是5~30 mm粒径范围钢筋再生混凝土的1.36倍;随再生粗骨料取代率增加,电化学除氯效率增大,取代率达50%时,钢筋再生混凝土除氯效率较普通混凝土提高约26%;随通电电流密度增大,再生混凝土除氯效率增大,相较1 A/m^(2),电流密度3 A/m^(2)时的电化学除氯效率是其1.45倍,电流密度从1 A/m^(2)增大到2 A/m^(2),再生混凝土除氯效率增幅比普通混凝土更明显;随除氯时间延长,再生混凝土除氯效率明显增大,相对普通混凝土,再生混凝土前期除氯效率占比更大,7 d除氯效率是28 d的51%;基于电化学除氯效率开展影响因素敏感性分析,结果表明,再生骨料取代率的影响大于再生骨料粒径,但电化学除氯时间影响最为明显。

钢筋混凝土电化学除氯发展现状

Cl^(-)入侵会造成钢筋表面钝化膜被破坏,导致钢筋锈蚀,严重损害钢筋混凝土的结构耐久性。电化学除氯(ECE)作为有效去除混凝土中Cl^(-)的方法得到不断发展。本文主要介绍近年来电化学除氯技术的成果,分析电化学除氯的机制以及影响因素,包括电流密度、阳极种类、电解质溶液种类、活性填充料种类、水灰比、钢筋和阳极布置方式以及保护层厚度,讨论电化学除氯对钢筋混凝土的黏结性能、孔隙率、离子分布、抗渗透性能和电化学性能的影响,提出电化学除氯的发展方向,为采用电化学除氯技术提高钢筋混凝土的耐久性提供借鉴和参考。

脉冲电流对电化学除氯的影响

目的探究不同电流密度下,直流和脉冲2种电流模式对钢筋混凝土电化学除氯的影响,降低钢筋渗氢量,减小通电后阴极产生的氢气使钢筋发生氢脆的风险,提高除氯效率,改善电化学除氯效率的均匀性。方法通过在电流密度为2、3、4A/m2的条件下,对混凝土进行直流和脉冲电流电化学修复,测定处理后的钢筋的释氢电流,计算释氢总电量,来表示钢筋渗氢量,对比处理后强电流区和弱电流区混凝土的氯离子含量,分析2种方式除氯效率的均匀性,同时用扫描电子显微镜观察电化学除氯前后混凝土的微观结构。结果计算得到不同通电电流密度下钢筋的释氢总电量和除氯效率,脉冲电流的释氢总电量比直流电流低约20%,而除氯效率提高了约10%。结论增加电流密度可以提高除氯效率,但是会增加钢筋发生氢脆的风险。相较于直流电流,脉冲电流电化学修复可以降低钢筋渗氢量,显著提高弱电流区的除氯效率,从而改善除氯效率的均匀性。

电化学除氯处理后的混凝土微观结构研究

为了研究电化学除氯对混凝土中离子分布和微观结构的影响规律，采用压汞法、SEM电子显微镜分析等方法对电化学除氯后不同水灰比混凝土试件中钢筋附近和表面层的氯离子和钾钠离子含量、孔隙结构、显微结构进行对比分析．结果显示，电化学除氯后，钢筋附近混凝土与外层混凝土相比，氯离子含量约为1／2，钾离子含量约为5～10倍，钠离子含量约为8～18倍，水化物颗粒间结合不连续、部分水化产物分解．钢筋附近区域混凝土中的氯离子含量明显低于外表层混凝土，钾、钠离子在钢筋阴极附近大量聚集．经过电化学处理后的混凝土试件钢筋附近区域的孔隙率和大孔含量增多，结构疏松；而外表层混凝土结构致密，孔隙细化，水化产物成网络状结合良好．

不同配合比混凝土的电化学除氯效果研究

采用60V稳压电源、饱和氢氧化钙溶液、钛金属网阳极对圆柱体混凝土试件进行连续14天的电化学除氯实验,研究不同配合比混凝土试件的通电量、氯离子排出量和混凝土中残余氯离子含量.结果表明:相同电场作用条件下,水灰比越小,混凝土电化学除氯时通过的电量越少,除氯效果越差;掺入硅灰、矿渣使通过混凝土的电量值明显减少,电化学除氯效果变差;掺粉煤灰混凝土的电化学除氯效果接近甚至高于基准混凝土.因此,针对不同配合比混凝土应采用不同的电化学除氯电压和除氯时间才能达到理想除氯效果.

电化学除氯后混凝土性能试验研究

电化学除氯是短期内有效去除遭受氯盐污染的混凝土中氯离子的技术,可增强结构耐久性并提高使用寿命,但电化学除氯后混凝土性能会发生变化.对电化学除氯后混凝土的性能进行了试验研究,内容包括除氯对混凝土抗压强度、钢筋与混凝土的粘结强度、混凝土渗透性和混凝土中剩余氯离子含量的影响.结果表明:在本试验所控制的除氯参数下,除氯对混凝土的抗压强度有一定影响,混凝土的密实性和抗氯离子渗透性能有所提高,钢筋与混凝土的粘结强度随电流密度和电量有不同程度的降低.

钢筋混凝土电化学除氯原理与研究进展

针对目前普遍存在的氯盐环境下因钢筋锈蚀导致混凝土结构过早劣化破坏现状,提出在外加电场作用下迫使混凝土中氯离子排出、钢筋重新钝化的电化学除氯修复新技术。介绍了混凝土结构电化学除氯技术的基本原理,分析了国内外在此方面的研究进展和存在问题,并提出了进一步研究的方向。

电化学除氯法和二-甲基乙醇胺电渗透的联合修复技术

以二-甲基乙醇胺为阻锈剂,通过对比试验,研究电化学除氯法和二-甲基乙醇胺电渗透联合修复钢筋的效果及修复后钢筋的腐蚀电化学性能。结果表明:与二-甲基乙醇胺阻锈剂的自然渗透和单一的电化学除氯法相比较,联合修复技术具有阻锈剂活性基团渗入更为有效与近似相同去除氯离子的能力;随着通电时间、水灰比的增加,氮元素渗入量和氯离子去除数量增加,而随着外加电压的增加,氮元素渗入量和氯离子去除数量先增加后不变;联合修复处理后砂浆中钢筋有很好的钝化保持能力。

pH／Cl^-复合探针技术对钢筋混凝土电化学除氯的原位检测

采用恒电流法电化学除氯处理受氯离子污染的钢筋混凝土试样,并用pH/Cl-复合探针原位检测电化学除氯过程钢筋混凝土不同位置孔隙液的氯离子含量与pH值分布,同时用线性极化曲线和交流阻抗谱图等电化学技术考察钢筋的腐蚀性能,探讨电化学除氯过程的混凝土微环境和钢筋腐蚀速率.研究结果表明:在电化学除氯过程,混凝土孔隙液的氯离子浓度逐降,而pH值在初期略有升高,随之其pH值略降;电化学除氯施加的阴极电流,使钢筋处于阴极极化状态而得到保护;除氯停止(即退极化)后钢筋的腐蚀电位明显正移,腐蚀电流降低,极化电阻升高,表明电化学除氯能改善钢筋的腐蚀环境,降低钢筋的腐蚀速率.

冻融循环作用后钢筋混凝土电化学除氯效果研究

为探究盐冻环境钢筋混凝土结构经电化学除氯后的残余氯离子分布规律,本文设计快速冻融试验,对冻融循环作用后的钢筋混凝土开展电化学除氯试验,研究冻融循环次数、除氯时间和粉煤灰掺量等因素对钢筋混凝土电化学除氯效果的影响。研究表明,粉煤灰混凝土电化学除氯效率受冻融循环作用影响和粉煤灰二次水化的共同影响,冻融循环作用引起的混凝土性能劣化导致电化学除氯后混凝土内残余氯离子呈凸型分布,集聚在距混凝土表面15~25 mm范围,钢筋附近残余氯离子含量最低。结果表明,冻融循环作用会引起混凝土电化学平均除氯效率上升,相较于未冻融试件,冻融循环作用100次的试件上升约12.5%;随电化学除氯时间增加,平均除氯效率会增大,混凝土内残余氯离子含量下降和外迁总量正相关;随粉煤灰掺量增加,混凝土电化学除氯效率增大,掺10%、20%、30%的粉煤灰混凝土,其28 d平均除氯效率分别达到51.2%、54.5%、59.9%。

冻融循环作用对电化学除氯混凝土的损伤程度影响

通过对钢筋混凝土试件进行电化学除氯及冻融循环试验,研究了除氯时间、粉煤灰掺量、减水剂、引气剂等因素对冻融后损伤变化规律的影响。研究表明:随冻融循环次数增加,各试件呈现出较明显的冻融损伤厚度增大趋势;经200次冻融循环,电化学除氯28d的混凝土试件劣化最严重,200次后经除氯14d、28d的混凝土试件损伤层发展迅速;粉煤灰的加入降低了混凝土的抗冻性能,减水剂、引气剂则提高了试件的抗冻性能。

电化学除氯对钢筋混凝土钢筋自然电位的影响

利用电化学综合测试仪,研究了不同水灰比、矿物掺合料、氯离子含量和引入方式以及龄期对钢筋混凝土在除氯前后钢筋自然电位的影响规律。试验结果表明钢筋自然电位随除氯前混凝土水灰比、氯离子含量及养护龄期的增大而增大。

MPC粘结CFRP为阳极对锈蚀钢筋混凝土电化学除氯的研究

采用磷酸镁水泥(MPC)粘结碳纤维布(CFRP)作为电化学阳极,对锈蚀钢筋混凝土柱进行电化学除氯。研究了锈蚀钢筋混凝土柱在不同电流密度下的电化学除氯效率、距钢筋不同距离处氯离子分布。结果表明:同一电流密度下,钢筋锈蚀率15%和30%混凝土柱的除氯效率明显大于自然锈蚀和锈蚀率5%的混凝土柱;对于相同锈蚀率的钢筋混凝土,除氯效率随着电流密度的增大而增大;除氯后,混凝土中距钢筋不同位置处的残余氯离子浓度由内到外呈递增趋势,混凝土中各区域残余氯离子随电流密度的增加而降低。

电化学除氯对混凝土电阻的影响

利用电化学综合测试仪,研究了不同水灰比、矿物掺合料、氯离子含量和引入方式以及龄期对钢筋混凝土在除氯前后混凝土电阻的影响规律。结果表明:在除氯前,W/C越小,龄期越长,混凝土电阻越大;掺SF和SL使混凝土电阻显著增大。在除氯过程中,W/C越小,混凝土电阻增长越快;掺SF、FA和SL,混凝土电阻逐渐增大,且其掺量越大,混凝土电阻最终增长越多。除氯开始时龄期较长的试件(90d),其混凝土电阻随除氯时间逐渐减小或变化不大。

钢筋混凝土电化学除氯的试验研究

通过试验,研究了钢筋混凝土电化学除氯时所采用的电流密度、电量以及初始氯离子含量对除氯效果的影响,同时监测了除氯前后混凝土中钢筋的电位以及钢筋周围混凝土组成的变化情况。结果表明：初始氯含量、电流密度、电量对除氯效率均有不同程度的影响;除氯后钢筋电位向正向偏移,腐蚀的可能性降低;除氯后钢筋周围的Ca（OH）2含量增加,有利于钢筋的钝化恢复。

钢筋混凝土结构电化学除氯研究

电化学除氯是一种新型混凝土无损修复技术,可以在不破坏混凝土结构的情况下排除钢筋混凝土结构中的氯离子并使钢筋恢复钝化。在国内外已有研究的基础上,阐述了电化学除氯的原理,分析了各因素对电化学除氯效果的影响,总结了电化学除氯后钢筋混凝土结构宏观性能与微观结构的变化,针对目前研究中的存在的问题提出未来研究的方向。

不同因素对电化学除氯处理后混凝土残留氯离子分布的影响

研究了矿物掺合料、施加电压、电解质溶液等因素对混凝土试件在电化学除氯处理后残留氯离子分布的影响规律。试验采用20~60 V稳压电源、两种不同电解质溶液和钛金属网阳极对不同配合比混凝土试件进行了连续14 d的电化学除氯处理,并在试件不同部位取样测试其残余氯离子含量。结果表明:经过电化学除氯处理,混凝土试件中沿着钢筋界面向混凝土外缘方向的氯离子含量逐渐递增,外层残余氯离子浓度约为内层浓度的3至4.5倍;除氯电压越大,则混凝土中内外层氯离子含量的差距越大;相同条件下,Na_3BO_3溶液的除氯效果优于饱和石灰水溶液,但两者对除氯后试件中氯离子的分布并无明显影响;由于掺硅灰和矿渣提高了混凝土的密实度,导致除氯后混凝土中残留氯离子含量有所增加。

混凝土电化学除氯过程钢筋周围氯离子迁移规律试验研究

随着服役年限增长,氯盐环境中钢筋混凝土结构的耐久性劣化问题越来越突出。电化学除氯技术是钢筋混凝土耐久性修复重要方法,可有效排除保护层中氯离子,然而电化学除氯过程混凝土内部氯离子迁出规律有待研究。重点研究了电化学除氯过程中钢筋周围氯离子迁出的空间规律。结果表明,电化学除氯结束后,钢筋周围氯离子浓度降低显著,保护层内随着距离钢筋径向距离的增加,残余氯离子浓度增大,表现出明显的非均匀分布。研究成果可为进一步完善钢筋混凝土电化学除氯后的耐久性评估和寿命预测提供依据。

电化学除氯过程钢筋网周围电场与氯离子分布特征试验研究

探明电化学除氯过程混凝土内部的电场分布特征有利于研究混凝土除氯后的氯离子非均匀分布现象。为进一步研究电化学除氯过程中混凝土内部电场对氯离子迁出的影响,将一种屏蔽式预埋电极阵列应用于内蕴氯盐的钢筋网布置混凝土试件电化学除氯试验中,探究钢筋网周围电场及氯离子的分布特征。结果表明,混凝土内电场分布影响氯离子的迁出,电场强度大的区域,氯离子迁出速率高,残余氯离子浓度低;电场强度小的区域,氯离子迁出速率低,氯离子存在堆积现象。