钢筋混凝土结构耐久性提升技术研究进展

钢筋混凝土结构耐久性的提升技术可以从"防"、"抗"、"治"3个方面考虑。从"治"的角度出发,综述了国内外对钢筋混凝土结构的传统修补方法和电化学修复方法的研究,介绍了阴极保护法、混凝土再碱化法、电沉积修复法、电化学除氯法以及电渗阻锈剂法的基本原理和研究现状,评述了各种修复方法效果及其影响因素。重点介绍了在结合电迁移型阻锈剂和电化学除氯技术优势的基础上提出的双向电渗修复法的概念、基本原理以及目前的研究状况和技术难点。最后,在双向电渗的研究基础上提出将纳米材料引入双向电渗的新方法。

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.

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。

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。

电化学除盐对混凝土微观结构的影响

设计了一套钢筋混凝土的电化学除盐循环装置,研究了用0.001 mol/L Li2B4O7+氢氧化钙饱和溶液、氢氧化钙溶液以及蒸馏水作电解液的除盐效率,并用SEM和EDS等方法进行微观结构分析,结果表明:用0.001 mol/L Li2B4O7+氢氧化钙饱和溶液作电解液最有利于混凝土中Cl-的排除,并且经电化学除盐处理后混凝土水化产物中C-S-H凝胶分解,Ca(OH)2增多,并在孔壁形成沉淀,堵塞毛细孔,使表层混凝土孔隙率降低,而钢筋与混凝土界面Ca/Si增大。

外电场作用下混凝土中离子的迁移与分布规律研究

以饱和石灰水为电解液,对外掺3%NaCl的混凝土圆柱体试件进行电化学除氯试验,研究了三种不同电流密度(1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0 A/m2)作用28d后混凝土中氯离子和钾、钠离子的分布规律。结果表明:电流密度越高时,在距离钢筋越近区域,混凝土中的残余氯离子含量越少;电流密度为2.0 A/m2和3.0A/m2时,可使混凝土中距离钢筋20mm范围内的氯离子含量均降低到水泥用量0.15%(占水泥质量)以下。在电化学除氯电场作用下,大量钾、钠离子向钢筋附近区域迁移和聚集,使混凝土试件内层钠离子含量达到最外层的4.8～17.3倍,钾离子含量达到最外层的3.8～17.5倍,从而增加了混凝土内部发生碱骨料反应破坏的风险,并导致部分水化产物分解,使混凝土与钢筋粘结力显著降低。

正交试验法研究影响电化学除盐效率的因素

用正交试验法对影响电化学除盐效率的主次因素进行研究,结果表明,电流密度的影响最大,其次是电解质溶液及水灰比,而初始氯离子掺量的影响最小。用压汞法测定孔隙率,发现经过电化学除盐后,钢筋附近混凝土中小于30nm的孔的数量增加,而远离钢筋的混凝土样孔隙率减小。本试验最优电化学除盐组合是电流密度为3A/m2,采用0.001mol/L Li2B4O7的饱和Ca(OH)2电解液。

混凝土在电化学除盐过程中内部离子迁移和结构变化的研究

研究了电化学除盐过程中通电量、电解质溶液的性质等对驱除Cl-效率的影响,并利用压汞试验方法(MIP)对经电化学脱盐处理的混凝土孔结构进行了分析。结果表明,经电化学除盐后钢筋附近混凝土的总孔隙率增大,其中小于30nm的孔明显增多,而大孔数量则有所减少;远离钢筋的混凝土的孔隙率变化与所用电解质溶液有关,以水作除盐介质时孔隙率增大,而采用饱和Ca(OH)2和饱和Ca(OH)2+0.001mol/L Li2B4O7溶液时混凝土孔隙率减少。

盐污染混凝土电化学除盐研究

采用电化学除盐的方法对盐污染混凝土进行除盐试验,结果表明在除盐早期,混凝土中氯离子排除量主要与电流密度和混凝土中氯离子的含量直接相关,电化学除盐后混凝土内部的氯离子含量呈由里及外逐渐增大的趋势;而上下两端面的氯离子含量较少,中间段的较高。

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。

海洋环境下锈蚀混凝土的新型电化学除氯工艺参数研究

电化学除氯(ECE)是一种针对锈蚀混凝土的无损处理技术,可以降低钢筋的腐蚀风险,提高混凝土耐久性,但对电化学除氯关键参数缺乏深入研究。为进一步探索电化学除氯技术的关键参数,以不锈钢网为阳极材料,研究了电解液、电流密度和钢筋类型对电化学除氯效率的影响。分别对含有耐蚀钢筋和普通碳素钢筋的混凝土进行了电化学除氯处理,以研究不同种类钢筋对混凝土的除氯作用。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了电化学除氯前后混凝土的微观形貌演变。试验结果表明:电化学除氯效率随电流密度的增加而提高,综合考虑后确定最佳的电流密度为2 A/m^(2)。Ca(OH)_(2)溶液作为电解质溶液时,除氯效率最高。同时,试验发现钢筋类型对混凝土的除氯效率没有明显的影响。

钢渣混凝土的电化学除氯效果

采用电化学除氯技术(ECE)处理混凝土,测试了钢渣混凝土中自由氯离子含量以及钢筋混凝土界面黏结强度,并用XRD衍射对钢筋混凝土界面进行物相分析,研究了钢渣对混凝土除氯效率以及钢筋混凝土界面黏结性能的影响。结果表明:随着钢渣掺量增加,除氯效率先降低后提高,在电流密度3 A/m^(2)、通电时间30 d条件下,不同钢渣掺量(10%,20%,30%,40%)混凝土的除氯效率为29.5%~48.5%,低于普通硅酸盐水泥(OPC)混凝土(51.7%);ECE处理会降低钢筋混凝土界面黏结强度,钢渣掺量低于30%混凝土的黏结强度损失率低于OPC混凝土,而钢渣掺量高于30%混凝土的黏结强度损失率迅速提高;ECE处理后,钢筋混凝土界面C-S-H含量降低,Ca(OH)_(2)晶体增多,随着钢渣掺量的增加,Ca(OH)_(2)晶体增加的趋势减缓。

电化学除盐中混凝土内氯离子的迁移特征研究

对电化学除盐过程中混凝土内Cl-的迁移特征进行了研究,并根据单位通电量作用下氯离子的驱除效率提出了电化学除盐能效比的定义。结果表明,电化学除盐后混凝土内氯离子呈上凸曲线分布,即除盐后钢筋周围与辅助阳极附近的混凝土中Cl-浓度较低,而中部混凝土中Cl-浓度较高;电化学除盐能效比的分析发现,电化学除盐的前期,电流密度愈大,除盐能效比愈高;电化学除盐的后期,电流密度愈小,除盐能效比愈高。

电化学除盐模型及离子迁移过程的数值分析

建立了电场作用下混凝土内部离子迁移模型;结合混凝土的试验参数和经验常数,确定合适的边界条件,理论分析了电化学除盐过程中混凝土内部Cl-和Na+的迁移规律;将电化学除盐后混凝土内部不同部位Cl-含量和Na+含量与模拟结果进行比较分析。结果显示,模拟结果和实测结果一致,验证了模型的有效性和合理性。其规律为:电场作用一段时间后,氯离子在试件径向呈现上凸曲线分布,即在混凝土内某个部位Cl-含量出现极值;随着电流作用时间的延长,混凝土内部Cl-含量逐渐降低,且Cl-的排除速率逐渐减小,而Na+逐渐在钢筋附近混凝土中聚集。