專利名稱：基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專利屬于海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)海港工程環(huán)境中，混凝土構(gòu)件遭受氯離子侵蝕導(dǎo)致的耐久性劣化、功能失效的修補(bǔ)加固。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)80年代以來，我國大量已建海港工程構(gòu)造物隨著時(shí)間的推移，大量氯離子侵入混凝土內(nèi)部，加速鋼筋的銹蝕，已出現(xiàn)材料劣化、結(jié)構(gòu)功能降低的現(xiàn)象。為了保證我國既有海港工程構(gòu)造物安全、正常地運(yùn)營，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)材料劣化、功能降低的既有構(gòu)造物，必須采取合理的維修對(duì)策，恢復(fù)其良好的使用功能和保證其安全的使用狀態(tài)，并最大限度地延長其使用壽命。不久的將來，維修和改造將是我國重要基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)的重點(diǎn)方向。氯離子導(dǎo)致的鋼筋銹蝕的修復(fù)方案可以選用補(bǔ)丁修補(bǔ)法和電化學(xué)脫鹽修復(fù)法等方法。補(bǔ)丁修補(bǔ)法是指用修補(bǔ)砂漿或混凝土修補(bǔ)構(gòu)件中出現(xiàn)混凝土剝落、空鼓、裂縫的位置，這樣修補(bǔ)后，已修補(bǔ)區(qū)域和未修補(bǔ)區(qū)域往往存在腐蝕電位差，會(huì)加速未修補(bǔ)區(qū)域的腐蝕。采用補(bǔ)丁法修復(fù)后，結(jié)構(gòu)的目標(biāo)使用壽命往往比較短，少則3年，多則5年結(jié)構(gòu)就會(huì)再次失效，急需開發(fā)一種能夠徹底清除混凝土中氯離子，使鋼筋重新恢復(fù)鈍化的混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)方法。目前，沒有“基于電化學(xué)脫鹽的混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)”方面的專利，關(guān)于電化學(xué)脫鹽技術(shù)有四個(gè)專利，分別是《一種鋼筋混凝土電化學(xué)除鹽循環(huán)裝置》(ZL200620095539.0);《一種鋼筋混凝土電化學(xué)除鹽電解質(zhì)溶液》(ZL200610018508)；《混凝土電化學(xué)脫鹽監(jiān)測裝置》(ZL200820202746.0);《一種混凝土電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)》(ZL200820206218.2)。前3個(gè)專利分別提出了一種電化學(xué)除鹽的循環(huán)裝置的理念、電化學(xué)除鹽的電解質(zhì)溶液和電化學(xué)脫鹽的監(jiān)測裝置，均只涉及到電化學(xué)脫鹽方法的某個(gè)部分?！兑环N混凝土電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)》(ZL200820206218.2)專利中提及的電化學(xué)脫鹽方法主要針對(duì)電化學(xué)脫鹽過程，并沒有對(duì)電化學(xué)脫鹽前、電化學(xué)脫鹽后的修補(bǔ)加固過程進(jìn)行規(guī)定，并不構(gòu)成一種完整的修補(bǔ)加固方法。該專利中提出的兩層纖維加鈦網(wǎng)的陽極系統(tǒng)，因鈦網(wǎng)的價(jià)格較高，難于在大面積實(shí)際工程中應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種從混凝土構(gòu)件的檢測、脫鹽及修復(fù)等各方面進(jìn)行全方位修補(bǔ)加固海港工程混凝土修補(bǔ)加固系統(tǒng)的方法。為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)，其包括以下組成:電化學(xué)脫鹽處理前混凝土構(gòu)件的表面修補(bǔ)處理結(jié)構(gòu)，所述混凝土構(gòu)件的表面修補(bǔ)處理結(jié)構(gòu)包括加厚至l(T20mm的混凝土保護(hù)層；電化學(xué)脫鹽處理系統(tǒng)，所述電化學(xué)脫鹽處理系統(tǒng)包括:[0010]-劃分于待脫鹽混凝土區(qū)域的若干個(gè)陽極區(qū)，所述陽極區(qū)以金屬陽極網(wǎng)作為陽極，每一陽極區(qū)設(shè)置一根獨(dú)立的陽極引線自金屬陽極網(wǎng)延伸至電源正極，將金屬陽極網(wǎng)覆蓋在混凝土構(gòu)件表面，使金屬陽極網(wǎng)與混凝土構(gòu)件表面具有3 5cm的間隔；-陰極，所述陰極為混凝土構(gòu)件中的鋼筋，從每個(gè)陽極區(qū)的表層鋼筋引出陰極引線.[0012]-噴射于混凝土構(gòu)件表面的浸泡氫氧化鈣溶液的木質(zhì)纖維，噴射木質(zhì)纖維后的混凝土構(gòu)件以土工布包裹，所述陽極引線和陰極引線分別接至直流電源。中對(duì)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，所述基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)還進(jìn)一步包括在電化學(xué)脫鹽處理后設(shè)置于混凝土構(gòu)件表面的碳纖維加固層，以提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的安全性能；對(duì)承載力滿足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，所述基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)還進(jìn)一步還包括電化學(xué)脫鹽處理后涂抹于混凝土構(gòu)件表面的環(huán)氧材料封閉層，以提聞構(gòu)件的耐久性能。具體來說，每個(gè)陽極區(qū)的面積為12(Tl60m2，每一陽極區(qū)劃分為若干個(gè)陽極輔區(qū)，每個(gè)陽極輔區(qū)由一片獨(dú)立的金屬陽極網(wǎng)構(gòu)成，金屬陽極網(wǎng)的面積為15 25m2，各個(gè)陽極輔區(qū)相互間保持絕緣、電阻相當(dāng)，并聯(lián)至所述陽極弓I線。優(yōu)選地，所述金屬陽極網(wǎng)為鈦網(wǎng)或鐵網(wǎng)。電化學(xué)脫鹽處理中按鋼筋面積計(jì)算的電流密度為f 2A/m2，通電時(shí)間為6 8個(gè)星期，混凝土的通電量為1200A.h/nTl500A.h/m2，以混凝土中的氯離子占混凝土質(zhì)量的百分比含量降低至0.05%作為停止通電的判斷依據(jù)。在電化學(xué)脫處理中通電結(jié)束后，檢測混凝土中的氯離子含量，并在脫鹽結(jié)束后疒3個(gè)月檢測鋼筋的自腐蝕電位，根據(jù)脫鹽后混凝土中的氯離子濃度和鋼筋的自腐蝕電位評(píng)價(jià)電化學(xué)脫鹽的效果。本實(shí)用新型在電化學(xué)脫鹽處理前通過噴射混凝土、修補(bǔ)砂漿、立模澆注自密實(shí)混凝土等方法修補(bǔ)混凝土表面的保護(hù)層剝落空鼓部位，用開槽封閉法修補(bǔ)混凝土表面較小的裂縫，用化學(xué)灌漿法修補(bǔ)混凝土表面寬度較大的裂縫。本實(shí)用新型通過對(duì)混凝土構(gòu)件中鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋的自腐蝕電位、混凝土構(gòu)件中氯離子濃度等的檢測評(píng)估，確定電化學(xué)脫鹽的參數(shù)選取及電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)安裝問題，利用帶電離子在外加直流電場作用下的定向遷移，將氯離子排至混凝土外部，可以在較短的時(shí)間內(nèi)排除混凝土中的氯鹽。該技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是可以在較少清除或不清除鋼筋周圍混凝土層的條件下進(jìn)行，可以較徹底地清除侵入混凝土中的氯離子，從根源上保護(hù)混凝土中的鋼筋；同時(shí)可以提高鋼筋周圍的堿性，中止鋼筋的腐蝕過程。脫鹽后根據(jù)構(gòu)件的檢測評(píng)估結(jié)果，實(shí)施環(huán)氧涂層防腐提高結(jié)構(gòu)的耐久性，必要時(shí)采用碳纖維加固技術(shù)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載力。本實(shí)用新型的修補(bǔ)加固系統(tǒng)方法可以有效延長結(jié)構(gòu)壽命15年以上。

圖1是本實(shí)用新型采用電化學(xué)脫鹽操作中，梁的剖面圖。圖2是本實(shí)用新型采用電化學(xué)脫鹽操作中，梁的正視圖。圖3是本實(shí)用新型采用電化學(xué)脫鹽操作中，陽極區(qū)布置的平面示意圖。[0024]其中，木塊墊條I膨脹螺栓2陽極網(wǎng)3木質(zhì)纖維4鋼筋5陰極引線6陽極引線7直流電源8陽極輔區(qū)絕緣條9
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型采用以下步驟實(shí)現(xiàn)海港工程混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)加固，該加固方法主要包括以下三個(gè)步驟，并包含了電化學(xué)脫鹽處理前的修補(bǔ)結(jié)構(gòu)、電化學(xué)脫鹽處理系統(tǒng)及電化學(xué)脫鹽處理后的加固系統(tǒng)三大組成。修補(bǔ)加固步驟一:對(duì)混凝土構(gòu)件表面進(jìn)行檢測、修補(bǔ)和處理。( I)電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)安裝前，采用噴砂法或噴射高壓水方法清除混凝土表面的油月旨、涂層等，保證混凝土的導(dǎo)電性。(2)檢查所有構(gòu)件表面的裂縫、已進(jìn)行修補(bǔ)區(qū)域、空鼓區(qū)域等，標(biāo)出混凝土保護(hù)層厚度不足IOmm的位置， 檢測混凝土中氯離子濃度、混凝土中鋼筋的半電池電位。修補(bǔ)已剝落的混凝土，清除空鼓的保護(hù)層，對(duì)寬度為0.2^0.3mm的裂縫，鑿出深度不小于30_，寬度不小于20mm的U形凹槽,并用修補(bǔ)砂衆(zhòng)修補(bǔ)。對(duì)寬度大于0.3mm的裂縫,應(yīng)按每30(Tl000mm設(shè)置一個(gè)灌漿嘴進(jìn)行裂縫修補(bǔ)?；炷帘Ｗo(hù)層厚度不足IOmm的區(qū)域，應(yīng)加厚保護(hù)層至10 20mm。(3)檢測混凝土構(gòu)件表面所有可能與陽極直接接觸或經(jīng)過溶液接觸的外露金屬物，應(yīng)盡量切除至混凝土表面以內(nèi)10_，并用水泥砂漿重新封閉。無法切除的部件，用環(huán)氧樹脂或其它密封絕緣材料進(jìn)行封閉。修補(bǔ)加固步驟二:電化學(xué)脫鹽處理。(4)待處理混凝土構(gòu)件進(jìn)行陽極區(qū)的劃分:每個(gè)陽極區(qū)的面積例如12(Tl60m2，每個(gè)陽極區(qū)具有一根獨(dú)立的陽極引線引至電源的正極。電化學(xué)脫鹽前檢測每個(gè)陽極區(qū)內(nèi)混凝土構(gòu)件中表層鋼筋的電連接情況，可以通過混凝土剝落位置、空鼓位置或者鉆孔引出鋼筋接頭，用高阻抗電壓表檢測任何兩點(diǎn)的壓差不超過1.0mV，或者任何兩點(diǎn)之間的電阻小于5 Ω即認(rèn)為兩點(diǎn)之間電連接。如果陽極區(qū)內(nèi)的鋼筋沒有電連接，應(yīng)在混凝土接頭部位增加電連接。將每個(gè)陽極區(qū)分成若干個(gè)陽極輔區(qū)組成，每個(gè)陽極輔區(qū)由一片獨(dú)立的金屬陽極網(wǎng)構(gòu)成，其面積一般為15 25m2，一個(gè)陽極區(qū)內(nèi)的各個(gè)陽極輔區(qū)設(shè)置絕緣條以保持相互絕緣，各陽極輔區(qū)電阻相當(dāng)，并聯(lián)連接至陽極電纜引線。不同陽極區(qū)或不同陽極輔區(qū)之間的間隔應(yīng)為5 10cm。電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)所用的陽極其作用是將電流平均分散到混凝土表面，其中，所述的輔陽極區(qū)為獨(dú)立的導(dǎo)電金屬網(wǎng)，比如鐵網(wǎng)或鈦金屬陽極網(wǎng)等。絕緣條采用橡膠條。檢測混凝土中初始氯離子含量和脫鹽前鋼筋的自腐蝕電位。(5)電化學(xué)脫鹽系統(tǒng)所用的陰極，一般為混凝土中的鋼筋。按照每50m2 (混凝土面積)引出一根陰極引線，每個(gè)陽極區(qū)內(nèi)的陰極引線不少于2根，并用砂漿或環(huán)氧樹脂等絕緣材料將陰極引出線部位封閉。(6)陽極系統(tǒng)的安裝:陽極網(wǎng)的固定:按照?qǐng)Df 3所示，在梁或其它混凝土構(gòu)件的側(cè)面、底面分別安裝不少于2根的斷面尺寸為3*3cm，長度與構(gòu)件等長的木方，用塑料膨脹螺栓將其固定在混凝土表面。用尼龍?jiān)鷰⒔饘訇枠O網(wǎng)綁扎在木方墊條上，并在陽極網(wǎng)上焊接陽極電纜引線引至直流電源處。電解質(zhì)溶液保持材料及電解質(zhì)溶液:一般用木質(zhì)纖維作為電解質(zhì)溶液保持材料。電解質(zhì)溶液可選用自來水、飽和氫氧化鈣溶液、鋰鹽氫氧化鈣溶液中的一種，優(yōu)選飽和氫氧化鈣溶液。將飽和氫氧化鈣溶液和木質(zhì)纖維保水材料攪拌后噴射至混凝土表面，噴射厚度大約為4飛_厚。氫氧化鈣溶液可以潤濕混凝土表面，同時(shí)作為氯離子向外遷移的載體，木質(zhì)纖維可以保持混凝土表面始終處于濕潤狀態(tài)。噴射完成后，為防止水分揮發(fā)，用土工布，如塑料布封閉脫鹽區(qū)域，將陽極引線和陰極引線分別接至直流電源進(jìn)行通電。(7)通電脫鹽:將陽極引線和陰極引線分別引至直流電源的正負(fù)極，并在每一個(gè)陽極輔區(qū)內(nèi)安裝電流計(jì)，記錄每個(gè)陽極輔區(qū)內(nèi)的電流和直流電源的輸出電壓，如果每個(gè)陽極輔區(qū)內(nèi)的電流差別過大，應(yīng)檢查是否存在短路或斷路現(xiàn)象。根據(jù)脫鹽前混凝土中的氯離子含量確定脫鹽電流密度、通電時(shí)間和通電量。調(diào)整直流電源的輸出電流，電流密度為f2A/m2 (按鋼筋面積計(jì)算)，通電時(shí)間為61個(gè)星期，通過混凝土的電流達(dá)到1200A.h/nTl500A.h/m2,或者混凝土中的氯離子含量降低至0.05%(占混凝土質(zhì)量的百分比)停止通電。直流電源的接入系統(tǒng)應(yīng)具有斷路器或保險(xiǎn)絲防止過載，直流電源的輸出電壓應(yīng)控制在50V以下，鋼筋通過黑色導(dǎo)線連接電源的負(fù)極，陽極通過紅色導(dǎo)線連接電源的正極，安裝電流計(jì)檢測陽極區(qū)內(nèi)的總電流和各個(gè)陽極輔區(qū)的電流。(8)脫鹽效果檢測:通電結(jié)束后，鉆取芯樣測定脫鹽后混凝土中的氯離子濃度，檢測濃度應(yīng)低于臨界氯離子濃度.并在脫鹽結(jié)束后2 3個(gè)月檢測鋼筋的自腐蝕電位，評(píng)價(jià)電化學(xué)脫鹽的效果。修補(bǔ)加固步驟三:脫鹽處理后的修補(bǔ)加固。(9)電化學(xué)脫鹽后，對(duì)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，使用碳纖維加固方法進(jìn)行加固，提高結(jié)構(gòu)的安全性能。(10)電化學(xué)脫鹽后，對(duì)承載力滿足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，使用環(huán)氧涂層封閉混凝土表面，提高構(gòu)件的耐久性能。
權(quán)利要求1.一種基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)，其特征在于包括以下組成: 電化學(xué)脫鹽處理前混凝土構(gòu)件的表面修補(bǔ)處理結(jié)構(gòu)，所述混凝土構(gòu)件的表面修補(bǔ)處理結(jié)構(gòu)包括加厚至10 20mm的混凝土保護(hù)層； 電化學(xué)脫鹽處理系統(tǒng)，所述電化學(xué)脫鹽處理系統(tǒng)包括: -劃分于待脫鹽混凝土區(qū)域的若干個(gè)陽極區(qū)，所述陽極區(qū)以金屬陽極網(wǎng)作為陽極，每一陽極區(qū)設(shè)置一根獨(dú)立的陽極引線自金屬陽極網(wǎng)延伸至電源正極，將金屬陽極網(wǎng)覆蓋在混凝土構(gòu)件表面，使金屬陽極網(wǎng)與混凝土構(gòu)件表面具有3 5cm的間隔； -陰極，所述陰極為混凝土構(gòu)件中的鋼筋，從每個(gè)陽極區(qū)的表層鋼筋引出陰極引線； -噴射于混凝土構(gòu)件表面的木質(zhì)纖維，噴射木質(zhì)纖維后的混凝土構(gòu)件以土工布包裹，所述陽極引線和陰極引線分別接至直流電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)，其特征在于:還包括在電化學(xué)脫鹽處理后設(shè)置于混凝土構(gòu)件表面的碳纖維加固層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)，其特征在于:還包括電化學(xué)脫鹽處理后涂抹于混凝土構(gòu)件表面的環(huán)氧材料封閉層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)，其特征在于:每個(gè)陽極區(qū)的面積為120 160m2，每一陽極區(qū)劃分為若干個(gè)陽極輔區(qū)，每個(gè)陽極輔區(qū)由一片獨(dú)立的金屬陽極網(wǎng)構(gòu)成，金屬陽極網(wǎng)的面積為15 25m2，各個(gè)陽極輔區(qū)相互間保持絕緣、電阻相當(dāng)，并聯(lián)至所述陽極引線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)，其特征在于:所述金屬陽極網(wǎng)為鈦網(wǎng)或鐵網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于電化學(xué)脫鹽的海港工程混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固系統(tǒng)，其包括以下組成電化學(xué)脫鹽處理前混凝土構(gòu)件的表面修補(bǔ)處理結(jié)構(gòu)及電化學(xué)脫鹽處理系統(tǒng)，電化學(xué)脫鹽處理系統(tǒng)包括劃分于待脫鹽混凝土區(qū)域的若干個(gè)陽極區(qū)、陰極及噴射于混凝土構(gòu)件表面的浸泡氫氧化鈣溶液的木質(zhì)纖維。本實(shí)用新型可以較徹底地清除侵入混凝土中的氯離子，從根源上保護(hù)混凝土中的鋼筋；同時(shí)可以提高鋼筋周圍的堿性，中止鋼筋的腐蝕過程。脫鹽后根據(jù)構(gòu)件的檢測評(píng)估結(jié)果，實(shí)施環(huán)氧涂層防腐提高結(jié)構(gòu)的耐久性，必要時(shí)采用碳纖維加固技術(shù)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載力。本實(shí)用新型的修補(bǔ)加固系統(tǒng)方法可以有效延長結(jié)構(gòu)壽命15年以上。
文檔編號(hào)E02D31/06GK203066127SQ20122058841
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者鄧春林, 熊建波, 王迎飛, 陳龍, 王勝年, 陳健, 檀會(huì)春, 董潔 申請(qǐng)人:中交四航工程研究院有限公司, 廣州四航材料科技有限公司, 中國港灣工程有限責(zé)任公司, 中交四航巖土工程有限公司, 廣州港灣工程質(zhì)量檢測有限公司