修復鋼筋混凝土結構裂縫的電化學沉積方法
2023-07-28 16:07:46 2
專利名稱：修復鋼筋混凝土結構裂縫的電化學沉積方法
技術領域：
本發明為一種修復鋼筋混凝土結構裂縫的電化學沉積方法，涉及海工、水工混凝土結構、建築結構等各類鋼筋混凝土結構裂縫的修復。
電化學沉積技術是廣泛應用在化工、微電子、陶瓷、新材料等產業的比較成熟的技術[1，2]。將電化學技術應用在鋼筋混凝土的修復主要集中在電化學除氯與再鹼化等方面[3，4]，還未見到利用電化學沉積方法修復鋼筋混凝土裂縫的報導。
國外，將電化學沉積技術應用到混凝土裂縫修復領域的研究很少。僅日本學者[5]對海上混凝土結構進行了初步的嘗試與宏觀研究，認為，施加一定電流，利用電化學沉積作用可使鋼筋結構的裂縫封閉起來。Wolg Hilbertz[6]也利用海水中礦物進行了電化學加積方法修復混凝土結構的相關方面的研究。直到最近，國內還沒有見到採用電化學沉積新方法修復鋼筋混凝土裂縫的報導。[文獻1]汪浩，朱鶴孫，製備類金剛石薄膜的電化學沉積方法及其裝置，中國專利，專利號CN1205367A.[文獻2]付強，朱鶴孫等，製備硬質薄膜的電化學沉積方法，中國專利，專利號CN12056327A.[文獻3]邱富榮，石小燕等，鋼筋混凝土構築物電化學保護的新進展，腐蝕科學與防護技術，12(5)，2000，303-307.[文獻4]朱雅仙，碳化混凝土再鹼化技術的研究，水運工程，2001，12-16.[文獻5]Jae-Suk Ryu and Nobuaki Otsuki，Crack closure of reinforced concrete byelectrodeposition technique[J]，Cement and Concrete Research，2002，32，159-164.[文獻6]Wolf Hilbertz，Mineral accretion of large surface structure，building components andelements，U.S.Patent，No.4246075，1981.
本發明為實現上述目的，提出如下技術方案將混凝土結構中鋼筋作為陰極，將石墨板或鈦網作為陽極，放置在鋼筋混凝土結構的附近，將鋼筋混凝土浸在電解質液中，電解液濃度為0.01-5mol/升，這裡電解質可以是海水中的礦物質，或者是ZnSO4、Mg(NO3)2或Ca(NO3)2等礦物質；陰極與陽極之間施加直流電源電壓在1-5000伏之間，電流密度控制在1-5000mA/m2，調整直流電源電壓，或控制所需的電流密度；通過電解沉積作用，在混凝土表面、裂縫中生長、沉積一層化合物，如ZnO、CaCO3和Mg(OH)2等化合物，來填充、密實混凝土的裂縫，封閉混凝土的表面，以降低混凝土的滲透性。這些無機化合物的膜層不僅提供了一種物理上的保護層，而且也有效地降低了混凝土內部的氣液介質的遷移。
上述方法中，電解液更為合適的濃度為0.1-1mol/升。更為合適的電源電壓為1-500伏，電流密度控制在1-500mA/m2。
電解沉積過程中的電極反應的理論模型圖與電化學沉積法修復鋼筋混凝土結構裂縫的試驗裝置示意圖分別見
圖1和圖2。
與其他方法相比，本發明的優點主要有特別適合於修復鋼筋混凝土柱、樁或其他類似的支柱結構，尤其當這些混凝土結構位於海水或水中。可以進行現場工程修復工作。修復成本低、工藝簡單、修復效果好、可靠。本方法也可適合於陸地上鋼筋混凝土結構裂縫的修復。
例圖說明圖1電解沉積過程中的電極反應的理論模型。
圖2電化學沉積法修復鋼筋混凝土結構裂縫的試驗裝置示意圖。
根據本發明，所修復的混凝土結構應位於或使其位於在電解質的溶液中，電解質可以是海水中礦物質或在水中添加ZnSO4、Mg(NO3)2或Ca(NO3)2等電解質，保持電解質的一定濃度。在混凝土結構中鋼筋與陽極材料之間施加一定的直流電，通過電解沉積作用使得混凝土結構的裂縫、裂紋與孔洞等均被高強度的電化學沉積的礦物材料填充、密實，這些材料粘結裂縫的兩邊，並強化結構。
首先將混凝土樁中的鋼筋作為電解迴路的陰極，用多股電線連接起來，電線與鋼筋的連接可以錫焊或電焊，以增強與鋼筋的電路連接。連接處然後採用合適的絕緣材料如矽酮或環氧進行密封隔離。連接在直流電源的負極。
陽極材料可以採用石墨或鈦網。將一個或多個陽極材料放置在受損混凝土結構附近的電解質中。陽極的大小取決於所修復的混凝土結構的大小及狀況。陽極連接在直流電源的正極。
直流電源電壓的大小根據所修復的結構大小所確定的。在陰極與陽極之間建立一定的電流，電解沉積作用使得高強度的電解沉積物質逐漸、填充在混凝土裂縫、空隙中。對於長10m、直徑0.5m混凝土結構樁，合適的陽極大小應是1000平方釐米。直流電源輸出功率至少應達到1000瓦特。為修復所給大小的混凝土結構，要求必須具有達500伏直流電壓，輸出的電流密度控制在1-500mA/m2。電源可以採用蓄電池電源、發電機等。
根據X射線衍射分析，形成的沉積材料最主要的沉積物是氫氧化鎂、氧化鋅、碳酸鈣等，根據不同的試驗條件不同，沉積物也不同。掃描電鏡觀察到氫氧化鎂晶體主要呈葉片狀或大塊狀。葉片狀的氫氧化鎂比化石或石膏還要硬，無彈性；而大塊材料狀的氫氧化鎂具有皂狀的外觀。沉積材料中還有一小部分是氫氧化鈣，其與氫氧化鎂具有相同的結構。晶體從電解質溶液中的快速沉積通常會使得氫氧化鎂形成大塊狀，慢速沉積會受到氫氧化鎂形成葉片狀的晶體結構。
電解沉積的礦物晶體力學性能，如抗壓強度達到37.0-55.0MPa，比普通混凝土的強度還要高。沉積材料的強度與混凝土裂縫的癒合效果受沉積的速率的影響。高電流密度下的快速沉積會形成低強度的材料，低電流密度下的慢沉積會形成高強度的材料，沉積材料的強度在1-80MPa之間。合適的電流密度應在1-500mA/m2，電極之間的電場電壓可達到1-500伏，取決於修復的鋼筋混凝土結構大小與受損情況。
本發明同樣也適合於陸基鋼筋混凝土結構的裂縫的修復，修復與工藝參數控制相同。
本發明所提供的電化學沉積修復受損混凝土結構裂縫的方法可以解決很多環境惡劣的修補工程。然而，本發明特別適合於修復海工、水工等修補工程。對於這些修補工程，本發明提供了一種現場修復鋼筋混凝土結構裂縫的方法。
權利要求
1.一種修復鋼筋混凝土結構裂縫的電化學沉積方法，其特徵在於將混凝土結構中鋼筋作為陰極，將石墨板或鈦網作為陽極，放置在鋼筋混凝土結構的附近，將鋼筋混凝土浸在電解質液中，電解液濃度為0.01-5mol/升；陰極與陽極之間施加直流電源電壓在1-5000伏之間，電流密度控制在1-5000mA/m2；通過電解沉積作用，在混凝土表面、裂縫中生長、沉積一層化合物，來填充、密實混凝土的裂縫，封閉混凝土的表面。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所用的電解質為海水中的礦物質，或者為ZnSO4、Mg(NO3)2或Ca(NO3)2。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於電解液濃度為0.1-1mol/升。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於電源電壓為1-500伏，電流密度控制在1-500mA/m2。
全文摘要
本發明為一種修復鋼筋混凝土結構裂縫的電化學沉積方法。它以混凝土結構中的鋼筋為陰極，將石墨板等作為陰極，將混凝土浸在電解質溶液中，施加一定的電源電壓，控制合適的電流密度，通過電解沉積，在混凝土表面、裂縫中沉積一層化合物，達到修復裂縫的目的。本發明方法修復成本低，工藝簡單，修復效果好。
文檔編號C25D9/00GK1458374SQ0312910
公開日2003年11月26日 申請日期2003年6月5日 優先權日2003年6月5日
發明者蔣正武, 孫振平, 王培銘 申請人:同濟大學