浅议电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的应用.pdf

测试工具与解决方案 141 2016.20 浅议电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的应用 柴焕芳 （山东理工大学， 淄博 ,255049） 摘要 ： 本文主要阐述了混凝土产生裂缝原因， 提出了电化学沉积法在水下钢筋混凝土裂缝的修复中的应用。 关键词 ： 钢筋混凝土 ； 裂缝 ； 电化学沉积 ； 应用 The Applications of Electrochemical deposition to repair cracks in concrete Chai Huanfang (Shandong University of Technology,China,255049) Abstract ： This paper describes the concrete cracks reasons put forward in the electrochemical deposition of underwater repair concrete cracks Application. Keywords ： reinforced concrete;crack;electrochemical deposition;Applications 1 钢筋混凝土产生裂缝的原因 混凝土结构裂缝产生的原因很多， 有变形引起的、 有荷载作 用引起的、 有养护不当和化学作用引起的等各种情况， 但大致可 将原因归纳为内因和外因两大类。 1.1 内因 ： 混凝土原材料不合格、 配合比及均匀性欠佳。 混 凝土原材料中含碱性离子比重大， 碱性离子与某些活性骨料产生 化学反应并吸收周围环境中的水分而体积增大， 造成混凝土酥 松、 膨胀开裂。 混凝土具有湿胀干缩的性质， 在外界环境的湿度变化剧烈的 情况下， 导致体积的膨胀与收缩不协调， 出现裂缝。 水工混凝土浇筑后的硬化初期， 水泥水化热使其内部与外 部温差较大， 内部高温使混凝土膨胀， 从而造成混凝土内部受压 外部受拉， 形成裂缝。 自生变形产生的内应力， 诱导混凝土产生裂 缝。 1.2 外因 ： 水工混凝土浇筑后， 未能及时压实抹光、 洒水养 护， 暴露的混凝土表面因风吹日晒水分迅速蒸发变干， 体积收缩， 而内部仍旧是塑性体， 导致表面裂缝的产生。 混凝土脱模时间控制不当， 在混凝土力学性能尚达不到抗裂 能力的要求时， 提前拆模， 导致混凝土产生裂缝。 建筑物地基的不均匀沉降， 使结构受迫变形导致混凝土产生 裂缝。 水工混凝土碳化或酸性介质的侵入引起内部钢筋的锈蚀， 导 致混凝土体积膨胀， 引起混凝土中产生膨胀应力， 形成沿钢筋的 顺筋裂缝。 混凝土结构在工作环境中受到动静荷载作用， 产生的弯矩、 剪力、 扭矩和轴向拉力都可能引起钢筋混凝土构件的开裂。 2 钢筋混凝土裂缝常用的修复方法 2.1 结构加固法 结构加固法是在混凝土结构的裂缝周围或外部采用一些措 施改变原结构受力体系， 如采用浇筑钢筋混凝土围套或包钢筋等 方法将混凝土结构构件箍紧 , 使混凝土结构构件的受力面积增 大 , 进而提高结构的承载力和刚度。 这种方法适用于有深进及贯 穿性裂缝的混凝土结构， 这样的裂缝对混凝土结构的完整性及承 载力有较大的影响。 结构加固法适用范围广 , 操作工艺简单 , 但 现场湿作业的工程量较大， 养护周期较长， 且加固后建筑物的使 用空间会有减小， 对建筑物的使用有一定影响。 2.2 表面处理法 表面处理法的修补混凝土裂缝的机理是在裂缝周围涂覆粘 合性材料， 并根据裂缝的大小、 稳定程度和疏密程度， 选择全部或 部分涂覆修补， 以达到恢复其耐久性、 防水性和承载力的目的。 由 于涂层比较薄， 选取的涂覆材料应是倾向粘合力强且不宜老化的 材料， 而对于活动性裂缝， 由于其稳定性较差， 所以应选择延伸率 较大的弹性材料， 用以缓冲活动所产生的应力。 目前， 表面处理法的应用还存在很多的局限， 对于稳定性较 差， 深度较大的裂缝， 修复效果不是很理想。 2.3 灌浆法 将水泥等浆液注入钢筋混凝土结构的裂缝内， 依靠流动性扩 散到裂缝的深层间隙并固化， 固化后的浆液有很高的粘合强度， 可最大程度的把裂缝粘结， 修复的同时还增强了混凝土构件的整 体性能， 使其恢复原来的预期功能， 阻止了混凝土结构进一步受 到外界有害物质的侵蚀。 在实际工程中根据裂缝的宽度和活动性 的差异， 对浆液的选择有所不同。 当前国内并没有定型的灌浆设备， 这在很大程度上限制了灌 浆法修复混凝土裂缝的普及和推广。 2.4 填充法 沿构件裂缝将混凝土开凿成 V 型槽 , 填入修补材料 , 使之 达到预期的防水性、 耐久性及承载力的目的。 适用于修补裂缝数 量少但宽度大的裂缝 ( 宽度一般大于 0.5 mm) 和因钢筋腐蚀产 生的裂缝。 使用的嵌填材料有环氧树脂、 环氧砂浆、 聚合物水泥砂 浆等。 对于活动性裂缝 , 应采用有较大弹性的延伸性材料 ; 对于 腐蚀产生的裂缝 , 应先开凿至露出钢筋生锈的部位 , 彻底除锈 , 再涂抹防锈涂料 , 之后填充修补材料。 填充法应用范围广， 从细微裂缝到大裂缝均可适用， 处理效 果好， 但对结构有损伤 , 像混凝土梁、 轨枕这等些构件不能采用 万方数据 测试工具与解决方案 142 2016.20 这种方法。 3 电化学沉积法在钢筋混凝土裂缝修复中的应用 电化学沉积法通过大胆的引用电化学机理， 巧妙的运用学 科交叉把不利因素转化成可应用的条件， 为问题的解决开辟了一 条崭新的途径。 电化学沉积法的推广应用可大大减少水利水电工 程、 海洋工程等结构裂缝的修复成本， 从根本上解决水环境中混 凝土裂缝修复修复的技术难题， 甚至可以将此应用推广到陆基混 凝土裂缝的修复上。 3.1 电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的原理 电化学方法的实施， 要求被修复的混凝土裂缝浸在电解液 中， 并在电解液中放有惰性电极， 由外加电源负极接混凝土内的 钢筋， 正极连外加的惰性电极， 形成回路， 并通入电流。 在外加电源的作用下， 浸泡在溶液内的惰性电极与钢筋混 凝土之间会产生电位差， 使带电离子分别向两极迁移。 混凝土内 部的钢筋作为阴极， 通电后电解水产生 OH 离子， 会在电位差的 作用下， 从回路的阴极 （钢筋） 穿过混凝土的保护层向阳极 （外加 惰性电极） 运动。 离子在混凝土的表面及裂缝中发生反应， 生成沉 淀， 覆盖混凝土的裂缝并填充混凝土裂缝。 钢筋混凝土裂缝的修复过程， 不仅可以提高混凝土的碱性， 还可以减少混凝土中氯离子等有害负离子的浓度， 制止混凝土中 钢筋的腐蚀。 因此， 该方法不仅能愈合钢筋混凝土的裂缝， 还能有 效的制止氯离子侵蚀钢筋和混凝土碳化引起的混凝土侵蚀破坏， 对已经腐蚀的钢筋可以产生良好的钝化效果。 3.2 电化学修复方法与常用方法的比较 常用的各种混凝土裂缝修复方式多为物理修复， 即通过加固 构件或填充物质的方法来填充裂缝或者制止裂缝的继续发展， 这 些方法是保护混凝土中钢筋的补充措施， 但都有一定的局限性。 这些常规修补方法由于不能有效清除氯离子， 只治标， 不治本 ； 而电化学方法修复的方式是利用化学方法生成的新物质填充裂 缝并在表面生成混合物覆盖层， 可从根本上制止氯化物污染引起 混凝土中钢筋的腐蚀， 而无需凿除大量被污染混凝土的保护层。 4 结语 电化学沉积法是一种新兴、 高效的钢筋混凝土裂缝修复方 法， 尤其是对传统修补方法有局限性的水下混凝土结构裂缝的修 复， 它不仅能愈合混凝土的裂缝， 还能提高混凝土中钢筋附近的 碱性环境， 保护混凝土中的钢筋不被腐蚀。 但是电化学修复钢筋 混凝土裂缝是一个受多因素影响的复杂问题， 基于电化学方式修 复构件方法的特殊性， 其在钢筋混凝土建筑结构中的应用受到工 作环境的限制。 目前电化学修复法主要应用于化工、 微电子、 陶 瓷、 新材料等产业中。 工程中， 电化学沉积法主要应用于水工、 海 工等钢筋混凝土裂缝的修复， 充分利用其有水工作环境的特点。 对于陆基工程的修复， 需为其构建适当的液体环境， 该条件限制 了电化学方式在陆基工程上的应用。 参考文献 1 姚继涛， 马永欣， 董振平等 . 建筑物可靠性鉴定和加固 ： 基本 原理和方法 M. 北京 ： 科学出版社，2003:266-320. 2 祁红梅， 朱丽娟， 姚博等 . 混凝土裂缝修复技术探析 J. 徐州： 徐州建筑职业技术学院学报，2009,9(4):33-35. 3 张羽， 张俊喜， 王昆等 . 电化学修复技术在钢筋混凝土结构中 的研究及应用 J. 材料保护 , 2009,42(8):51-55. 作者简介 柴焕芳 （1965-） ， 男， 山东淄博人， 山东理工大学饮食服务中 心高级工程师， 研究方向为建筑工程技术及管理。 （上接 117 页） 一定的影响。 在配电网中包含着诸多的分支线路， 对于这些分支 线路的保护在提升电网系统稳定运行方面发挥着重要的作用。 常 见的分支线路保护有熔断器保护， 而 DG 的接入对熔断器的影响 如下 ： 3.1 熔断器保护的原理 对熔断器的线路保护原理进行分析， 当在分支线中出现了比 较大的电流时， 并且该电流是线路系统所不允许的电流时， 熔断 器能够在电流通过熔体产生的热量， 将熔体或者是熔丝熔断， 并 且将故障线路切除。 当在单侧的电源系统中出现一故障时， 熔断 器能够迅速的切断电源， 该熔断器与故障点的距离比较近， 而与 故障点比较远的熔断器不进行动作。 由此可见， 熔断器对于分支 线路进行保护具有就近的功能， 并且就近保护响应时间比较短。 3.2 DG 对熔断器保护的影响 假设配电网中存在着两个分支线路， 在分支线路 1 上存在着 故障点 K1， 与 K1 连接比较近的熔断器为 F1， 与 F1 具有合作关系 的熔断器是 F2。 在分支线路 2 上接入 DG， 当 K1 故障发生时， 线路 2 中的 DG 与系统侧电源同时向 K1 点进行故障电流供应。 导致流 经熔断器 F1 和 F2 的电流比较大，F1 和 F2 同时熔断。 这样的方 式下虽然将系统的故障消除， 但是却破坏了 F1 与 F2 之间的合作 关系， 也违反了熔断器就近熔断的原则。 此外， 当 DG 向系统中提 供反向电流时， 熔断器不具备的反向电流的判断， 导致线路 2 中 的其他熔断器损坏。 这些都是 DG 接入分支线路中对熔断器的影 响。 4 结论 综上所述， 分布式发电接入到配电网中， 故障电流大小与分 布式发电未接入到系统中的结果不同， 电流这样的变动将会导致 馈线保护误动作、 本馈线部分保护灵敏度降低 ； DG 接入到配电 网中来， 线路出现故障时发生跳闸， 故障部分的电流由分布式发 电 DG 提供， 将会导致非同期合闸、 故障点的电弧重燃。 此外，DG 的分支线路中对熔断保护产生一定的影响。 参考文献 1 田佳 . 分布式发电对配电网继电保护的影响及对策研究 D. 山东大学 ,2010. 2 郭铭 , 艾芊 . 分布式发电接入对配电网继电保护的影响分析 J. 供用电 ,2010,01:1-3+37. 3 刘海龙 . 分布式发电对配电系统继电保护的影响与对策研究 D. 三峡大学 ,2012. 4 叶琰 . 分布式电源对配电网继电保护的影响研究 D. 华北电 力大学 ,2014. 万方数据