淺談電化學修復(fù)技術(shù)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

淺談電化學修復(fù)技術(shù)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用鋼筋混凝土腐蝕現(xiàn)狀鋼筋混凝土構(gòu)筑物廣泛地應(yīng)用于各種民用建筑，混凝土中鋼筋產(chǎn)生的銹蝕，導(dǎo)致混凝土脹裂，結(jié)構(gòu)功能退化，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和危害。始作俑者之一——Clˉ離子不僅能夠造成混凝土的腐蝕，而且還能加快鋼筋的腐蝕。目前大體上認為氯離子能夠破壞鋼筋外表的鈍化膜(nFe2O2.mH20)，使鋼筋發(fā)生局部腐蝕。鋼筋放大ClˉClˉClˉClˉ氯離子半徑小穿透力強，可穿過氧化膜到金屬表面鈍化膜ClˉClˉ這種保護膜作為一個獨立的存在，可以把金屬和溶液機械地隔開，使金屬的溶解速度大大降低，即讓金屬轉(zhuǎn)化為鈍態(tài)。ClˉClˉClˉ氯離子與金屬反應(yīng)形成了可溶性化合物成相膜理論穿過復(fù)雜的電化學反應(yīng)氯離子傳統(tǒng)對策——只治標，不治本在鋼筋外表涂覆環(huán)氧涂層、施加金屬覆蓋層、在鋼筋外表自組裝保護膜、在混凝土中添加緩蝕劑、采用不銹鋼鋼筋等。這些方法是保護混凝土中鋼筋的補充措施，但都有一定的局限性。這些常規(guī)修補方法由于不能有效去除氯離子，只治標，不治本。那么有什么方法能有效解決這一問題呢？必殺技——電化學修復(fù)技術(shù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的電化學修復(fù)是一種新興的高效修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)可從根本上制止氯化物污染引起混凝土中鋼筋的腐蝕，而無需鑿除大量被污染混凝土的保護層，因而可節(jié)省大量時間人力物力，其經(jīng)濟和社會效益良好。電化學修復(fù)技術(shù)包括陰極保護〔CP〕，電化學再堿化〔ERA〕和電化學除氯〔ECR〕等三項技術(shù)。電化學修復(fù)技術(shù)電化學修復(fù)技術(shù)三種方法的原理是很相似的：在置于混凝土構(gòu)件外表上的外部輔助電極和鋼筋之間通以，以鋼筋作為陰極，外部電極作為與其間的共同構(gòu)成回路，對鋼筋進行，并發(fā)生電化學反響。陰極極化陽極堿性電解質(zhì)直流電電化學修復(fù)技術(shù)示意圖〔對原圖略有修改〕電化學修復(fù)過程中發(fā)生的主要反響通入直流電的一方面作用是使鋼筋外表的陽極反響停止：Fe=Fe2++2e-(1.1)另一方面由于有氧氣參與反響，那么在鋼筋外表還發(fā)生如下陰極反響：H2O+1/2O2+2e-=2OH-(1.2)同時，還會發(fā)生電解水的反響：2H2O+2eˉ=H2↑+2OH-(1.3)電化學修復(fù)過程中發(fā)生的主要反響對于已經(jīng)銹蝕的鋼筋，也可能發(fā)生如下化學反響：Fe(OH)3+2e-=2Fe(OH)2+2OH-Fe(OH)2+(n-2)OH-=Fe(OH)n2-n(1.4)Fe(OH)n2-n+2e-=Fe+nOH-以上反響所產(chǎn)生的OH-一局部向陽極遷移，一局部滯留在鋼筋周圍，滯留的那局部OH-會提高鋼筋周圍混凝土的堿性。電化學修復(fù)過程中發(fā)生的主要反響另一方面，在陽極區(qū)堿性溶液中的陰離子含有氫氧根離子將在陽極放電，析出氧氣：2OH-=H2O+1/2O2↑+2e-侵入的Cl-發(fā)生的陽極反響：2Cl-=Cl2+2e-Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O同時，在直流電壓的作用下，高堿性的電解質(zhì)溶液通過混凝土多孔的基體，滲透到已碳化的混凝土中，到達使混凝土堿性恢復(fù)的目的。結(jié)束語電化學修復(fù)作為一項較新的技術(shù)，它在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)中具有其他方法無法比較的優(yōu)越性，盡管目前對電化學修復(fù)過程中產(chǎn)生的副作用的認識還不夠，但由于其廣闊的應(yīng)用前景必將使這些問題將在以后的研究中得以解決，實現(xiàn)該方法的普及與推廣。資料來源論文來源—《電化學修復(fù)技術(shù)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用》《砼結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕的研究現(xiàn)狀及處理措施》《鋼筋混凝土電化學脫鹽修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀》《氯離子對鋼筋腐蝕機理的影響》圖片來源—百度圖片小組成員及分工資料收集：李照東孫羽瞳李冰肖立成祝葉主講人：崔文龍趙萌細節(jié)修改及討論：全體組員制作：奚凝楚謝謝觀看！電流密度的選擇電流密度在1~3A/m2之間，對電化學脫鹽效率影響不顯著，因為在一定的電荷量下增大電流密度，只增加了電荷量傳輸?shù)乃俣群吐入x子的遷移速度，并沒有增加氯離遷移的總數(shù)量。電流密度越大氯離子遷移速率越快，縮短了脫鹽的周期。但電流密度過大會增大陰極反響產(chǎn)生氫氣的量，造成鋼筋與混凝土間結(jié)合強的降低，并有產(chǎn)生“氫脆〞的危險。因此可在對混凝土不造成危害的情況下，盡量增大電流密度，但不宜超過3A/m2極化電極上有〔凈〕電流流過時，電極電勢偏離其平衡值，此現(xiàn)象稱作極化。極化是指腐蝕電池作用一經(jīng)開始，其電子流動的速度大于電極反響的速度。在陽極，電子流走了，離子化反響趕不上補充；在陰極，電子流入快，取走電子的陰極反響趕不上，這樣陽極電位向正移，陰極電位向負移，從而縮小電位差，減緩了腐蝕。Cl-腐蝕混凝土空隙的水分通常以飽和的氫氧化鈣溶液形式存在，其中還有一些氫氧化鈉和氫氧化鉀pH值約為12.5，在這樣強堿的環(huán)境中，鋼筋外表才形成鈍化膜，它是水化氧化物(nFe2O2.mH20)。因此，長期保持混凝土固有的高堿性是保護鋼筋不受腐蝕、保證鋼筋混凝土構(gòu)筑物耐久性的有效途徑。一般認為，在不均質(zhì)的混凝土中氯離子能夠破壞鋼筋外表鈍化膜，使鋼筋發(fā)生局部腐蝕。在陽極區(qū)鐵發(fā)生腐蝕生成鐵離子，當鋼筋／混凝土界面環(huán)境存在氯離子時，在腐蝕電池產(chǎn)生的電場作用下，氯離子不斷向陽極區(qū)遷移、富集。Fe2+和Cl-生成可溶于水的FeCl2，然后向陽極區(qū)外擴散Cl-不構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物，在腐蝕中也未被消耗，如此反復(fù)對腐蝕起催化作用。可見Cl-對鋼筋的腐蝕起著陽極去極化作用，加速鋼筋的陽極反響，促進鋼筋局部腐蝕，這是氯離子侵蝕鋼筋的特點。堿性電解質(zhì)的選擇常用的電解質(zhì)溶液主要是氫氧化鈣和氫氧化鋰。這兩種物質(zhì)脫鹽效果沒明顯區(qū)別，但研究說明氫氧化鋰電解液能形成不膨脹的凝膠，不易發(fā)生堿—骨料反響。氫氧化鈣電解液本錢較低，但有引起上述反響的危險。另有研究說明，采用0.001mol/L濃度的Li2B3O7為電解液時效率高而且不易發(fā)生副反響。備注：堿—骨料反響指混凝土中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性成分發(fā)生化學反響,引