摘要: 從電化學(xué)角度對(duì)電沉積方法修復(fù)混凝土裂縫的原理及其影響因素進(jìn)行了探索性的試驗(yàn)研究,證實(shí)了在裂縫尖端有電流密度集中現(xiàn)象,通過(guò)調(diào)節(jié)外加電壓統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),裂縫端的電流密度比臨近無(wú)損傷區(qū)域高出了數(shù)百倍;試驗(yàn)測(cè)定了電沉積過(guò)程中受損水泥基試塊的質(zhì)量增加量、裂縫愈合率等參數(shù),并研究了水灰比和不同電解質(zhì)溶液對(duì)混凝土電沉積修復(fù)效果的影響.

關(guān)鍵詞: 電沉積; 鋼筋混凝土; 裂縫修復(fù); 電極反應(yīng)

中圖分類號(hào): TU 528. 571 　　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 　　　　　文章編號(hào): 0253 - 374X(2006) 11 - 1441 - 04

　　混凝土是一種非勻質(zhì)多孔性的脆性材料,其內(nèi)部存在大量微細(xì)裂縫和不同大小的孔隙,抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度,對(duì)沖擊、開(kāi)裂的抵抗能力差.混凝土在受力或其他諸多因素的作用下,易在其內(nèi)部或者表面出現(xiàn)裂縫,導(dǎo)致其性能劣化、耐久性下降,并可能進(jìn)一步引起其內(nèi)部鋼筋的腐蝕. 因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫預(yù)防和修復(fù),長(zhǎng)期以來(lái)一直是學(xué)術(shù)界和工程界所關(guān)注的重要課題.

　　日本學(xué)者嘗試?yán)秒姵练e方法修復(fù)海工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫[1 ] . 把帶裂縫的海工混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋作為陰極,在海水中外加輔助的陽(yáng)極,在兩者之間施加微弱的低壓直流電,因?yàn)榛炷帘旧砭褪且环N導(dǎo)體,所以在海工混凝土結(jié)構(gòu)的表面和裂縫處有沉積物(主要成分為CaCO3 和Mg (OH) 2) 生成從而修復(fù)裂縫. 該方法特別適用于傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)難以奏效的海工結(jié)構(gòu),因?yàn)楹Ｋ旧砭褪橇己玫碾娊赓|(zhì). 近年來(lái),Ryu 等[2～5 ]對(duì)利用電解沉積方法修復(fù)陸上混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)研究. 為了充分發(fā)揮和更好地利用電沉積方法所具備的修復(fù)鋼筋混凝土裂縫的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),同時(shí)也為了更好地把握其修復(fù)的效果,有必要對(duì)電沉積法修復(fù)混凝土裂縫進(jìn)行更加深入細(xì)致的試驗(yàn)研究. 筆者比較研究了混凝土的不同水灰比和使用不同的電解質(zhì)溶液對(duì)電沉積修復(fù)效果的影響,并從電化學(xué)角度對(duì)電沉積過(guò)程中使用不同的電解質(zhì)溶液所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了分析.

1 　試驗(yàn)

1. 1 　原材料

　　水泥:P·O 42. 5 普通硅酸鹽水泥; 細(xì)集料: 河砂,細(xì)度模數(shù)為2. 6 ;外加劑:高效減水劑.

1. 2 　試驗(yàn)裝置與原理

　　采用片狀鈦網(wǎng)板作為輔助電極,主裂縫所在面朝下,砂漿試塊中預(yù)先埋有鋼筋引出導(dǎo)線和電源的負(fù)極相連作為陰極;鈦網(wǎng)放入電沉積溶液和電源的正極相連作為陽(yáng)極;這樣砂漿、電沉積溶液、鈦網(wǎng)、導(dǎo)線和電源就構(gòu)成了一個(gè)回路. 具體試驗(yàn)裝置如圖1.每5 天更換一次溶液,以使溶液的濃度基本保持恒定. 由于溫度等外界條件對(duì)試驗(yàn)有影響,所以在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中盡量保持外界條件的恒定. 采用穩(wěn)壓電源向回路中施加微弱的低壓直流電( 約1. 0A ·m- 2) . 當(dāng)有電流通過(guò)的時(shí)候,因?yàn)殡姵练e溶液中存在大量的離子,并且砂漿本身就是一種導(dǎo)體,所以電流的傳導(dǎo)可以通過(guò)離子的定向移動(dòng)而完成. 陰離子總是移向陽(yáng)極(鈦網(wǎng)) ,而陽(yáng)離子總是移向陰極(鋼筋) . 當(dāng)陰陽(yáng)離子分別接近異性電極時(shí),在電極與溶液接觸的界面上分別發(fā)生電子的交換(離子或電極本身發(fā)生氧化或還原反應(yīng)) . 由于裂縫的存在使鋼筋直接和電解質(zhì)溶液接觸,并且鋼筋的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于砂漿,導(dǎo)致鋼筋處電流密度增加,其表面會(huì)產(chǎn)生大量的OH- ,從而導(dǎo)致遷移到陰極的陽(yáng)離子( Zn2 + ) 與OH- 結(jié)合生成難溶的沉積物,隨著沉積物的不斷增加使得裂縫逐漸愈合,從而達(dá)到了修復(fù)的效果.

1. 3 　試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)采用水泥砂漿試件,尺寸為40 mm ×40mm ×160 mm ,水灰質(zhì)量比采用0. 3 ,0. 4 和0. 5三種,水泥與砂的質(zhì)量比為1∶2. 鋼筋采用直徑4 mm的光圓鋼筋,預(yù)先埋設(shè)于砂漿試塊中,保護(hù)層厚20mm(相對(duì)于主裂縫所在面) . 試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 后,在DY - 208 型全自動(dòng)水泥強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)機(jī)下施加荷載,除了荷載所在面之外,其余三個(gè)面(40mm ×160 mm) 均在其中部位置附近產(chǎn)生貫穿到鋼筋的裂縫,裂縫的寬度范圍為0. 1～0. 5 mm. 為保證沉積物只在主裂縫所在面上沉積,在其余五個(gè)面上均涂上硅膠. 試塊表面及裂縫的情況見(jiàn)圖2.

　　電解質(zhì)溶液采用硫酸鋅、硝酸鎂和氯化鎂等三種進(jìn)行試驗(yàn). 溶液的濃度為0. 2 mol·L - 1 ,每隔5 d取出試塊測(cè)量質(zhì)量變化率和裂縫愈合率.

2 　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2. 1 　裂縫處的電流密度

　　在電沉積過(guò)程中,由于裂縫深處有鋼筋裸露,加之其電導(dǎo)率較大,有電流集中現(xiàn)象,因此電流密度較大[6 ,7 ] . 為了定量考證裂縫處的高密度電流,分別測(cè)量了在相同外加電壓情況下,同一試件(裂縫寬度為0. 4 mm) 在破壞前后的電流密度. 電流密度是指垂直于電流流向的單位面積上通過(guò)的電流強(qiáng)度. 試件破壞前的電流密度可表示為通過(guò)的電流與垂直面的面積