浅谈电化学修复技术在钢筋混凝土结构中的应用

浅谈电化学修复技术在钢筋混凝土结构中的应用钢筋混凝土腐蚀现状钢筋混凝土构筑物广泛地应用于各种民用建筑，混凝土中钢筋产生的锈蚀，导致混凝土胀裂，结构功能退化，造成了严重的经济损失和危害。始作俑者之一——Clˉ离子不仅能够造成混凝土的腐蚀，而且还能加快钢筋的腐蚀。目前大体上认为氯离子能够破坏钢筋外表的钝化膜(nFe2O2.mH20)，使钢筋发生局部腐蚀。钢筋放大ClˉClˉClˉClˉ氯离子半径小穿透力强，可穿过氧化膜到金属表面钝化膜ClˉClˉ这种保护膜作为一个独立的存在，可以把金属和溶液机械地隔开，使金属的溶解速度大大降低，即让金属转化为钝态。ClˉClˉClˉ氯离子与金属反应形成了可溶性化合物成相膜理论穿过复杂的电化学反应氯离子传统对策——只治标，不治本在钢筋外表涂覆环氧涂层、施加金属覆盖层、在钢筋外表自组装保护膜、在混凝土中添加缓蚀剂、采用不锈钢钢筋等。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去除氯离子，只治标，不治本。那么有什么方法能有效解决这一问题呢？必杀技——电化学修复技术钢筋混凝土结构的电化学修复是一种新兴的高效修复技术。该技术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，因而可节省大量时间人力物力，其经济和社会效益良好。电化学修复技术包括阴极保护〔CP〕，电化学再碱化〔ERA〕和电化学除氯〔ECR〕等三项技术。电化学修复技术电化学修复技术三种方法的原理是很相似的：在置于混凝土构件外表上的外部辅助电极和钢筋之间通以，以钢筋作为阴极，外部电极作为与其间的共同构成回路，对钢筋进行，并发生电化学反响。阴极极化阳极碱性电解质直流电电化学修复技术示意图〔对原图略有修改〕电化学修复过程中发生的主要反响通入直流电的一方面作用是使钢筋外表的阳极反响停止：Fe=Fe2++2e-(1.1)另一方面由于有氧气参与反响，那么在钢筋外表还发生如下阴极反响：H2O+1/2O2+2e-=2OH-(1.2)同时，还会发生电解水的反响：2H2O+2eˉ=H2↑+2OH-(1.3)电化学修复过程中发生的主要反响对于已经锈蚀的钢筋，也可能发生如下化学反响：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-以上反响所产生的OH-一局部向阳极迁移，一局部滞留在钢筋周围，滞留的那局部OH-会提高钢筋周围混凝土的碱性。电化学修复过程中发生的主要反响另一方面，在阳极区碱性溶液中的阴离子含有氢氧根离子将在阳极放电，析出氧气：2OH-=H2O+1/2O2↑+2e-侵入的Cl-发生的阳极反响：2Cl-=Cl2+2e-Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O同时，在直流电压的作用下，高碱性的电解质溶液通过混凝土多孔的基体，渗透到已碳化的混凝土中，到达使混凝土碱性恢复的目的。结束语电化学修复作为一项较新的技术，它在钢筋混凝土结构修复中具有其他方法无法比较的优越性，尽管目前对电化学修复过程中产生的副作用的认识还不够，但由于其广阔的应用前景必将使这些问题将在以后的研究中得以解决，实现该方法的普及与推广。资料来源论文来源—《电化学修复技术在钢筋混凝土结构中的应用》《砼结构中钢筋腐蚀的研究现状及处理措施》《钢筋混凝土电化学脱盐修复技术研究现状》《氯离子对钢筋腐蚀机理的影响》图片来源—百度图片小组成员及分工资料收集：李照东孙羽瞳李冰肖立成祝叶主讲人：崔文龙赵萌细节修改及讨论：全体组员制作：奚凝楚谢谢观看！电流密度的选择电流密度在1~3A/m2之间，对电化学脱盐效率影响不显著，因为在一定的电荷量下增大电流密度，只增加了电荷量传输的速度和氯离子的迁移速度，并没有增加氯离迁移的总数量。电流密度越大氯离子迁移速率越快，缩短了脱盐的周期。但电流密度过大会增大阴极反响产生氢气的量，造成钢筋与混凝土间结合强的降低，并有产生“氢脆〞的危险。因此可在对混凝土不造成危害的情况下，尽量增大电流密度，但不宜超过3A/m2极化电极上有〔净〕电流流过时，电极电势偏离其平衡值，此现象称作极化。极化是指腐蚀电池作用一经开始，其电子流动的速度大于电极反响的速度。在阳极，电子流走了，离子化反响赶不上补充；在阴极，电子流入快，取走电子的阴极反响赶不上，这样阳极电位向正移，阴极电位向负移，从而缩小电位差，减缓了腐蚀。Cl-腐蚀混凝土空隙的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在，其中还有一些氢氧化钠和氢氧化钾pH值约为12.5，在这样强碱的环境中，钢筋外表才形成钝化膜，它是水化氧化物(nFe2O2.mH20)。因此，长期保持混凝土固有的高碱性是保护钢筋不受腐蚀、保证钢筋混凝土构筑物耐久性的有效途径。一般认为，在不均质的混凝土中氯离子能够破坏钢筋外表钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀。在阳极区铁发生腐蚀生成铁离子，当钢筋／混凝土界面环境存在氯离子时，在腐蚀电池产生的电场作用下，氯离子不断向阳极区迁移、富集。Fe2+和Cl-生成可溶于水的FeCl2，然后向阳极区外扩散Cl-不构成腐蚀产物，在腐蚀中也未被消耗，如此反复对腐蚀起催化作用。可见Cl-对钢筋的腐蚀起着阳极去极化作用，加速钢筋的阳极反响，促进钢筋局部腐蚀，这是氯离子侵蚀钢筋的特点。碱性电解质的选择常用的电解质溶液主要是氢氧化钙和氢氧化锂。这两种物质脱盐效果没明显区别，但研究说明氢氧化锂电解液能形成不膨胀的凝胶，不易发生碱—骨料反响。氢氧化钙电解液本钱较低，但有引起上述反响的危险。另有研究说明，采用0.001mol/L浓度的Li2B3O7为电解液时效率高而且不易发生副反响。备注：碱—骨料反响指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反响,引