淺議電化學(xué)沉積法修復(fù)鋼筋混凝土裂縫的應(yīng)用

柴煥芳

（山東理工大學(xué)，淄博,255049）

淺議電化學(xué)沉積法修復(fù)鋼筋混凝土裂縫的應(yīng)用

柴煥芳

（山東理工大學(xué)，淄博,255049）

本文主要闡述了混凝土產(chǎn)生裂縫原因，提出了電化學(xué)沉積法在水下鋼筋混凝土裂縫的修復(fù)中的應(yīng)用。

鋼筋混凝土；裂縫；電化學(xué)沉積；應(yīng)用

1 鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的、有荷載作用引起的、有養(yǎng)護(hù)不當(dāng)和化學(xué)作用引起的等各種情況，但大致可將原因歸納為內(nèi)因和外因兩大類。

1.1 內(nèi)因：混凝土原材料不合格、配合比及均勻性欠佳。混凝土原材料中含堿性離子比重大，堿性離子與某些活性骨料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并吸收周圍環(huán)境中的水分而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。

混凝土具有濕脹干縮的性質(zhì)，在外界環(huán)境的濕度變化劇烈的情況下，導(dǎo)致體積的膨脹與收縮不協(xié)調(diào)，出現(xiàn)裂縫。

水工混凝土澆筑后的硬化初期，水泥水化熱使其內(nèi)部與外部溫差較大，內(nèi)部高溫使混凝土膨脹，從而造成混凝土內(nèi)部受壓外部受拉，形成裂縫。自生變形產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，誘導(dǎo)混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.2 外因：水工混凝土澆筑后，未能及時(shí)壓實(shí)抹光、灑水養(yǎng)護(hù)，暴露的混凝土表面因風(fēng)吹日曬水分迅速蒸發(fā)變干，體積收縮，而內(nèi)部仍舊是塑性體，導(dǎo)致表面裂縫的產(chǎn)生。

混凝土脫模時(shí)間控制不當(dāng)，在混凝土力學(xué)性能尚達(dá)不到抗裂能力的要求時(shí)，提前拆模，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

建筑物地基的不均勻沉降，使結(jié)構(gòu)受迫變形導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

水工混凝土碳化或酸性介質(zhì)的侵入引起內(nèi)部鋼筋的銹蝕，導(dǎo)致混凝土體積膨脹，引起混凝土中產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，形成沿鋼筋的順筋裂縫。

混凝土結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境中受到動(dòng)靜荷載作用，產(chǎn)生的彎矩、剪力、扭矩和軸向拉力都可能引起鋼筋混凝土構(gòu)件的開裂。

2 鋼筋混凝土裂縫常用的修復(fù)方法

2.1 結(jié)構(gòu)加固法

結(jié)構(gòu)加固法是在混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫周圍或外部采用一些措施改變?cè)Y(jié)構(gòu)受力體系，如采用澆筑鋼筋混凝土圍套或包鋼筋等方法將混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件箍緊,使混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力面積增大,進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。這種方法適用于有深進(jìn)及貫穿性裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，這樣的裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的完整性及承載力有較大的影響。結(jié)構(gòu)加固法適用范圍廣,操作工藝簡單,但現(xiàn)場濕作業(yè)的工程量較大，養(yǎng)護(hù)周期較長，且加固后建筑物的使用空間會(huì)有減小，對(duì)建筑物的使用有一定影響。

2.2 表面處理法

表面處理法的修補(bǔ)混凝土裂縫的機(jī)理是在裂縫周圍涂覆粘合性材料，并根據(jù)裂縫的大小、穩(wěn)定程度和疏密程度，選擇全部或部分涂覆修補(bǔ)，以達(dá)到恢復(fù)其耐久性、防水性和承載力的目的。由于涂層比較薄，選取的涂覆材料應(yīng)是傾向粘合力強(qiáng)且不宜老化的材料，而對(duì)于活動(dòng)性裂縫，由于其穩(wěn)定性較差，所以應(yīng)選擇延伸率較大的彈性材料，用以緩沖活動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力。

目前，表面處理法的應(yīng)用還存在很多的局限，對(duì)于穩(wěn)定性較差，深度較大的裂縫，修復(fù)效果不是很理想。

2.3 灌漿法

將水泥等漿液注入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫內(nèi)，依靠流動(dòng)性擴(kuò)散到裂縫的深層間隙并固化，固化后的漿液有很高的粘合強(qiáng)度，可最大程度的把裂縫粘結(jié)，修復(fù)的同時(shí)還增強(qiáng)了混凝土構(gòu)件的整體性能，使其恢復(fù)原來的預(yù)期功能，阻止了混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)一步受到外界有害物質(zhì)的侵蝕。在實(shí)際工程中根據(jù)裂縫的寬度和活動(dòng)性的差異，對(duì)漿液的選擇有所不同。

當(dāng)前國內(nèi)并沒有定型的灌漿設(shè)備，這在很大程度上限制了灌漿法修復(fù)混凝土裂縫的普及和推廣。

2.4 填充法

沿構(gòu)件裂縫將混凝土開鑿成V型槽,填入修補(bǔ)材料,使之達(dá)到預(yù)期的防水性、耐久性及承載力的目的。適用于修補(bǔ)裂縫數(shù)量少但寬度大的裂縫(寬度一般大于0.5 mm)和因鋼筋腐蝕產(chǎn)生的裂縫。使用的嵌填材料有環(huán)氧樹脂、環(huán)氧砂漿、聚合物水泥砂漿等。對(duì)于活動(dòng)性裂縫,應(yīng)采用有較大彈性的延伸性材料;對(duì)于腐蝕產(chǎn)生的裂縫,應(yīng)先開鑿至露出鋼筋生銹的部位,徹底除銹,再涂抹防銹涂料,之后填充修補(bǔ)材料。

填充法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好，但對(duì)結(jié)構(gòu)有損傷,像混凝土梁、軌枕這等些構(gòu)件不能采用這種方法。

3 電化學(xué)沉積法在鋼筋混凝土裂縫修復(fù)中的應(yīng)用

電化學(xué)沉積法通過大膽的引用電化學(xué)機(jī)理，巧妙的運(yùn)用學(xué)科交叉把不利因素轉(zhuǎn)化成可應(yīng)用的條件，為問題的解決開辟了一條嶄新的途徑。電化學(xué)沉積法的推廣應(yīng)用可大大減少水利水電工程、海洋工程等結(jié)構(gòu)裂縫的修復(fù)成本，從根本上解決水環(huán)境中混凝土裂縫修復(fù)修復(fù)的技術(shù)難題，甚至可以將此應(yīng)用推廣到陸基混凝土裂縫的修復(fù)上。

3.1 電化學(xué)沉積法修復(fù)鋼筋混凝土裂縫的原理

電化學(xué)方法的實(shí)施，要求被修復(fù)的混凝土裂縫浸在電解液中，并在電解液中放有惰性電極，由外加電源負(fù)極接混凝土內(nèi)的鋼筋，正極連外加的惰性電極，形成回路，并通入電流。

在外加電源的作用下，浸泡在溶液內(nèi)的惰性電極與鋼筋混凝土之間會(huì)產(chǎn)生電位差，使帶電離子分別向兩極遷移?；炷羶?nèi)部的鋼筋作為陰極，通電后電解水產(chǎn)生OH-離子，會(huì)在電位差的作用下，從回路的陰極（鋼筋）穿過混凝土的保護(hù)層向陽極（外加惰性電極）運(yùn)動(dòng)。離子在混凝土的表面及裂縫中發(fā)生反應(yīng)，生成沉淀，覆蓋混凝土的裂縫并填充混凝土裂縫。

鋼筋混凝土裂縫的修復(fù)過程，不僅可以提高混凝土的堿性，還可以減少混凝土中氯離子等有害負(fù)離子的濃度，制止混凝土中鋼筋的腐蝕。因此，該方法不僅能愈合鋼筋混凝土的裂縫，還能有效的制止氯離子侵蝕鋼筋和混凝土碳化引起的混凝土侵蝕破壞，對(duì)已經(jīng)腐蝕的鋼筋可以產(chǎn)生良好的鈍化效果。

3.2 電化學(xué)修復(fù)方法與常用方法的比較

常用的各種混凝土裂縫修復(fù)方式多為物理修復(fù)，即通過加固構(gòu)件或填充物質(zhì)的方法來填充裂縫或者制止裂縫的繼續(xù)發(fā)展，這些方法是保護(hù)混凝土中鋼筋的補(bǔ)充措施，但都有一定的局限性。這些常規(guī)修補(bǔ)方法由于不能有效清除氯離子，只治標(biāo)，不治本；而電化學(xué)方法修復(fù)的方式是利用化學(xué)方法生成的新物質(zhì)填充裂縫并在表面生成混合物覆蓋層，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(hù)層。

4 結(jié)語

電化學(xué)沉積法是一種新興、高效的鋼筋混凝土裂縫修復(fù)方法，尤其是對(duì)傳統(tǒng)修補(bǔ)方法有局限性的水下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的修復(fù)，它不僅能愈合混凝土的裂縫，還能提高混凝土中鋼筋附近的堿性環(huán)境，保護(hù)混凝土中的鋼筋不被腐蝕。但是電化學(xué)修復(fù)鋼筋混凝土裂縫是一個(gè)受多因素影響的復(fù)雜問題，基于電化學(xué)方式修復(fù)構(gòu)件方法的特殊性，其在鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用受到工作環(huán)境的限制。目前電化學(xué)修復(fù)法主要應(yīng)用于化工、微電子、陶瓷、新材料等產(chǎn)業(yè)中。工程中，電化學(xué)沉積法主要應(yīng)用于水工、海工等鋼筋混凝土裂縫的修復(fù)，充分利用其有水工作環(huán)境的特點(diǎn)。對(duì)于陸基工程的修復(fù)，需為其構(gòu)建適當(dāng)?shù)囊后w環(huán)境，該條件限制了電化學(xué)方式在陸基工程上的應(yīng)用。

[1] 姚繼濤，馬永欣，董振平等.建筑物可靠性鑒定和加固：基本原理和方法[M].北京：科學(xué)出版社，2003:266-320.

[2] 祁紅梅，朱麗娟，姚博等.混凝土裂縫修復(fù)技術(shù)探析[J]. 徐州：徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,9(4):33-35.

[3] 張羽，張俊喜，王昆等.電化學(xué)修復(fù)技術(shù)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的研究及應(yīng)用[J].材料保護(hù), 2009,42(8):51-55.

The Applications of Electrochemical deposition to repair cracks in concrete

Chai Huanfang
(Shandong University of Technology,China,255049)

This paper describes the concrete cracks reasons put forward in the electrochemical deposition of underwater repair concrete cracks Application.

reinforced concrete;crack;electrochemical deposition;Applications

柴煥芳（1965-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)飲食服務(wù)中心高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榻ㄖこ碳夹g(shù)及管理。