A State-of-the-Art Review of Electrochemical Chloride Extraction for Concrete Structures

Electrochemical chloride extraction is a promising technique for the rehabilitation of concrete structures under chloride induced corrosion. This study consists of an extensive literature review of this treatment including application cases. It is found that the rate of chlorides removed is affected by the total charge passed, whereas increasing charge in a range between 1500 to 2000 Ah/m2 increases the amount of chlorides removed and this can be more effective by increasing current density instead of duration of treatment. Bound chlorides are extracted during treatment and, water works better than Ca(OH)2 as an electrolyte, possibly due to modifications on the concrete pore structure. Moreover, ECE is not efficient in repassivate structures but is efficient in its purpose of removing chlorides if treatment setup is well planned, which justifies the need for better international standards on the topic.

Degradation of bond between steel bar and freeze-thaw concrete after electrochemical chloride extraction

The effect of electrochemical chloride extraction （ECE） on bond strength between steel bar and freeze-thaw concrete contaminated by chloride was experimentally investigated for beam specimens with dimensions of 100 mm × 100 mm × 400 ram. During the experiment, 3% NaC1 （vs mass of cement, mass fraction） was mixed into concrete to simulate chloride contamination, and the specimens experienced 0, 25, 50, 75 freeze-thaw cycles before ECE. In the process of ECE, different current densities and durations were adopted. It is indicated that the bond strength between reinforcement and concrete decreases with the increase of freeze-thaw cycles; the more the current and the electric quantity of ECE are, the more the loss of bond strength is; and the largest loss is up to 58.7%. So, it is important to choose proper parameters of ECE for the reinforced concrete structures contaminated by chloride and subjected to freeze-thaw cycles.

Change of Electrochemical Property of Reinforced Concrete after Electrochemical Chloride Extraction

The half cell potential （HCP） and corrosion current of reinforced concrete specimens doped with sodium chloride were determined after electrochemical chloride extraction （ECE）. The experimental results show that when ECE treatment is removed, HCP becomes more negative and corrosion current becomes larger in comparison to those before ECE treatment, then HCP shifts positively and corrosion current decreases with time. After 30 days ECE treatment, the HCP of cored specimens turn to about -100 mV due to the existence of sufficient oxygen around the exposed steel bars, but for un-cored specimens, longer time, about two months, is to be taken. The non-homogeneous HCP distribution at different layers of the same specimen after ECE treatment might induce secondary corrosion of steels.

强电场作用下早龄期混凝土的氯离子迁移特征

电化学除氯技术能有效降低混凝土结构中的有害氯离子,降低混凝土结构失效风险。采用强电场方式对混凝土结构进行电化学除氯,并在不同的早龄期时间介入40、80、120 min的强电场作用,测试了内部氯离子含量变化和分布特征,并对通电后养护28 d试件进行回弹强度试验。研究结果表明:早龄期介入强电场作用能显著提高除氯效率,达到相同除氯效果时的作业时间约为传统电化学方法的1/300;氯离子分布特征表明,自由氯离子分布较传统电化学参数作用时更均匀,结合氯离子仍然存在保护层中间堆积现象;强电场作用后进行标准养护,回弹测试结果表明,强电场对混凝土的保护层宏观强度无明显影响。

土壤中重金属形态及有机物组分的电化学-质谱分析

本研究建立了一种电化学-质谱(EC-MS)法高通量分析土壤样品中的金属组分和有机物。首先,根据理化性质,将土壤样品中的金属组分和有机物组分分为水溶态、脂溶态、难溶态和可氧化态等4种形态;然后,分别采用萃取、反应、电解等方式对4种形态组分进行在线顺次提取;将提取后的组分在线传输至电喷雾电离源进行离子化,随后进行正、负离子模式检测。实际样品分析结果表明,该方法成功检测出土壤样品中多种水溶态金属盐和有机物(如Mg、Cr、Ni、Zn、Co、Cu、Al、Pb等多种水溶性金属盐,尿素及多种有机胺)、20多种脂溶态有机羧酸、以及难溶态金属盐(Mg、Ni、Cr、Pb、Co)和可氧化态(Cu、Pb)。该方法可为环境评估和环境治理提供技术支持。

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。

ECE处理后钢筋混凝土冻融损伤模型研究

寒冷地区的既有钢筋混凝土结构经电化学除氯(ECE)提升其耐久性后仍将遭受冻融循环的环境作用。通过对钢筋混凝土试件进行电化学除氯后的冻融循环试验,研究除氯时间、粉煤灰掺量、外加剂等因素对混凝土冻融损伤度的影响规律;分析电化学除氯混凝土相对动弹性模量的变化规律和不同因素的影响,建立电化学除氯钢筋混凝土冻融损伤预测模型。研究表明:随冻融循环次数增加,各试件呈现较明显的冻融损伤增大趋势;达200次冻融循环作用时,对比未除氯混凝土,除氯7 d、14 d的混凝土试件损伤层发展迅速,电化学除氯28 d的混凝土试件劣化最严重;掺入粉煤灰降低了电化学除氯混凝土的抗冻性,减水剂、引气剂则提高混凝土的抗冻性;基于相对动弹性模量为损伤变量建立了电化学除氯钢筋混凝土冻融损伤模型,试验值与模型拟合良好。

Chloride transference during electrochemical chloride extraction process

Chemical titration method and lab-made chloride probes were jointly adopted to investigate the effects of water-to-cement (W/C) ratio and the impressed current density on chloride transport for cement-based materials during electrochemical chloride extraction (ECE) process.The dissolution of bound chlorides and the effect of current density on dissolution were analyzed.The variations of chloride concentration at different depths and the chloride transference process were monitored.Test results show that W/C ratios adopted have slight influence on chloride extraction,while chloride extraction efficiency is mainly determined by the impressed current density.During ECE process a portion of bound chloride ions dissolved and the amount of bound chlorides released is directly proportional to current density.

电化学防护技术在海洋工程中的研究进展

由氯离子等侵蚀性介质引起的金属锈蚀对海洋工程结构服役安全构成巨大威胁,给我国海洋经济发展造成巨大损失。电化学防护技术是实现金属材料高效防腐、保证海洋工程结构安全服役的有效途径之一,有着巨大的研究价值和广阔的应用前景。本研究分类综述了常见电化学防护技术在海洋工程中的应用及研究现状,并介绍了新型的电化学防护技术的原理及特点,可为海洋工程结构防腐蚀研究及应用提供借鉴和参考。

钢筋混凝土电化学脱盐修复技术研究现状

电化学脱盐是近几年针对氯盐环境下钢筋混凝土结构腐蚀发展起来的新的修复方法。介绍了钢筋混凝土结构电化学脱盐的原理,分析了国内外在电化学脱盐方面的研究现状和存在的问题,并提出了进一步研究的方向。

双向电渗对钢筋混凝土的修复效果实验——保护层表面强度变化规律

为了实现对钢筋混凝土试块的修复,采用基于电迁移原理的双向电渗技术研究试块保护层表面的强度变化规律.测量不同通电参数、水灰比、初始氯盐掺量、表面碳化情况下试块保护层的表面强度,并将其与电化学除氯后的试块进行比较,探究双向电渗对保护层表面强度的修复效果.采用压汞实验对试块保护层的孔隙结构进行研究,对比经过不同时长处理后试块保护层孔隙特征的变化.结果表明:试块在经过双向电渗处理后,保护层的表面强度降低,下降幅度随电流密度和通电时间的增加而增大;试件表面强度降低的程度与水灰比、初始氯盐质量分数以及表面碳化均存在相关性;保护层孔隙率下降程度较大,有害孔隙与无害孔隙均有减少.

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.

双向电渗对钢筋混凝土修复效果的试验研究--保护层阻锈剂、氯离子和总碱度的变化规律

为提高氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构的无损修复效果,对受氯盐侵蚀的钢筋混凝土试件采用双向电渗技术,在排出氯离子的同时向混凝土保护层内引入阻锈剂.为考察该技术的修复效果,采用有机元素分析法和自动电位滴定法,结合电流密度、通电时间、水灰比、初始氯盐掺量4个影响因素,研究混凝土保护层内阻锈剂、氯离子分布的变化情况,并对保护层的总碱度进行测量;同时设置电化学除氯组作为对照.结果表明:双向电渗处理后试件保护层内氯离子含量降低,总碱度提高;通过对各参数的合理控制,阻锈剂迁移至钢筋表面的浓度足以起到较好的阻锈效果.双向电渗的效果随电流密度、通电时间、试件水灰比的增加而提高,而受初始氯盐掺量的影响较小.双向电渗在对混凝土氯离子迁出和总碱度提高的效果方面与电化学除氯有所差异.在双向电渗后,Cl-质量摩尔浓度沿着保护层厚度方向由内向外成增高趋势;而电化学除氯后整个保护层内Cl-质量摩尔浓度分布相对均匀.对保护层碱度变化来说,两种处理方式效果接近.

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．

脱盐与裂缝愈合同步的混凝土修复技术研究

电沉积可用于修复混凝土裂缝,而电化学脱盐是除去混凝土中氯离子的有效方法,两种耐久性修复方法都基于电化学原理。两种方法同时使用,可变以往脱盐、补缝两步耐久性修复方法为一步修复方法,这对于受氯离子污染并已出现裂缝的混凝土是十分有利的。目前这方面的系统研究还相对缺乏。利用电化学脱盐与电沉积的各自已有的成果进行了脱盐与裂缝愈合同步的研究,获取修补裂缝和脱盐综合效果最好的通电电流密度,同时研究裂缝宽度、保护层厚度的影响。

电化学除盐对钢筋与混凝土间黏结力的影响

采用电化学方法对含高氯盐混凝土进行除氯盐试验,在得出除盐效率与除盐后微观结构变化规律的同时,对混凝土中的钢筋进行中心拉拔试验,得出除盐后钢筋与混凝土黏结力变化规律,并对变化原因进行分析,探讨应对不良变化的措施。

钢筋混凝土结构的电化学处理及其研究进展

钢筋混凝土结构的电化学处理技术能有效抑制混凝土碳化和氯化物侵入这两个主要因素引起的混凝土中钢筋的腐蚀,对已经发生去钝化的钢筋具有良好的修复作用,是一种高效率的钢筋混凝土结构修复技术,具有广阔的应用前景.本文论述了该技术的基本原理、处理效果、影响因素及副作用,并提出了评价和建议.

电化学除盐后混凝土微观结构及离子迁移的试验研究

采用电化学除盐技术可以在无需破坏原混凝土结构保护层的条件下,使侵入混凝土的氯盐排出,同时又可以使已经活化并开始锈蚀的钢筋表面重新钝化,从而实现对氯盐污染的钢筋混凝土结构进行无损、低成本、快速修复。在得出电化学除盐效率后,研究了电化学除盐对混凝土微观结构及离子迁移与分布的影响。

电化学参数对混凝土除氯效率的影响

为确定氯盐污染混凝土结构的最佳电化学除氯参数,对掺3%水泥质量NaCl的混凝土圆柱体试件进行电化学除氯实验,研究了3种不同电流密度(1、2、3A/m2)和3种不同电解液(自来水、饱和Ca(OH)2溶液、Na3BO3为0.1mol/L)作用下的氯离子排出量随时间的变化规律.结果表明:电流密度越大,通电开始6d内混凝土的除氯速率越快;28d的总除氯量越多,钢筋附近混凝土微观结构劣化和碱性物质富集越多.因此,确定2A/m2为最佳电流密度.相同电流密度通电28d后,自来水中的除氯量大约只有其他2种电解液的50%,因此,应采用碱度较高的饱和Ca(OH)2溶液或物质的量浓度Na3BO3为0.1mol/L的电化学除氯电解液.

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.