钢筋混凝土结构裂缝电沉积修复技术研究(一)

1、_钢筋混凝土结构裂缝电沉积修复技术研究（一）蒋林华，储洪强河海大学材料科学与工程系（）E-mail：jiang_linhua摘要：本文对电沉积方法修复钢筋混凝土结构裂缝进行了初步试验研究，基本确定了电沉积溶液的种类，提出了有待进一步研究的问题。关键词：钢筋混凝土电沉积裂缝修复引言混凝土材料以其抗压强度高、耐火性好、使用灵活、施工方便等优点成为当今世界上用途最广、用量最大的建筑材料之一，发挥着其它材料无法替代的作用和功能。但是，混凝土材料脆性大、易腐蚀，在其服役的过程中会受到内部因素和外部环境的作用，产生裂纹、局部损伤和腐蚀等病害，日积月累，这些病害会逐渐加重，致使混凝土材料的性能不断降低，轻者

2、会影响结构的正常使用或缩短结构的使用寿命，重者会产生灾难性的事故，给国民经济和人民的生命安全带来巨大的损失。电化学方法是提高工程结构耐久性的有效方法之一，但是现有的这些方法均存在一定的局限性。电沉积方法也是一种电化学方法，该方法在金属材料中的应用十分普遍，如电镀就是一种电沉积的过程。近年来，我国应用电沉积技术进行金属和合金材料保护的研究十分活跃，但应用电沉积技术进行混凝土结构保护和修复还鲜见报道。国际上，日本自年代后期开始进行利用电沉积技术修复海工混凝土结构裂缝的研究，并且对利用电沉积技术修复陆上混凝土裂缝的可行性及经电沉积方法修复后的具有干缩裂缝的钢筋混凝土性能的影响进行了初步研究。电沉积技

3、术是修复混凝土结构病害的一项新技术，特别适用于用传统修复技术难以奏效或价格太高的混凝土结构。本文就电沉积修复技术进行了初步试验研究，基本确定电沉积溶液的种类。试验装置及工作原理将带有裂缝的水泥砂浆试件放入到电沉积溶液中，试件中预先埋有钢筋并引出导线，把该导线与电源的负极相连使其作为阴极；将辅助电极（本试验采用片状钛网板）放入电沉积溶液中，把该电极与电源的正极相连使其作为阳极；这样水泥砂浆试件（本身是导体）、电沉积溶液、辅助电极、导线、电源就构成了一个回路。具体试验装置如图所示。本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：）资助_中国科技论文在线向回路中施加微弱的低压直流电，当电流流过溶

4、液时，正负离子分别向两极移动，同时在电极上发生一系列反应，最后沉淀物沉积在水泥砂浆试件的裂缝和表面上，从而达到修复裂缝的目的。试件制作试验采用水泥砂浆试件，尺寸为××，水泥为级普通硅酸盐水泥，水灰比为，水泥与砂的质量比为：。试件在标准条件下养护天后，在型压力试验机下施加横向劈裂荷载，则除荷载所在面，其余个面（尺寸×）均在其中部位置附近产生相互贯穿的裂缝，主要裂缝位于试件的底部面上，缝宽±，试件表面及裂缝的情况详见图。（）表面情况（）裂缝情况图试件表面及裂缝情况试验过程与结果为研究电沉积溶液的种类对沉积效果的影响，根据先前的探索试验结果，制定以下试验_中国

5、科技论文在线方案，详见表。表试验方案编号电沉积溶液种类片状钛网板电极浓度试件表面的电流密辅助电极（阳极）备注（）度（为保证沉积物只在主裂缝所在面沉积，在其它面上均涂上环氧树脂；主裂缝所在面与钛网板电极相对，以直接形成电场；每（）（）天换一次溶液，以使溶液的浓度基本保持恒定。由于温度等外界条件对试验有影响，故在整个试验过程中尽一切可能保持外界条件恒定，但温度等外界条件以及试件、溶液等内部条件总会有变化，导致总电阻发生变化，故要及时调整电压的大小，以保持砂浆试件表面的电流密度恒定。当接通电路后，在砂浆试件与钛网板电极的表面立即产生气泡，天后、试件表面及裂缝出现一些白色的物质，试件表面及裂缝未发现明

6、显的沉积物，试件裂缝处出现灰色金属状物质，、试件表面及裂缝的具体沉积情况详见图。表面沉积情况裂缝沉积情况表面沉积情况裂缝沉积情况图、试件表面及裂缝的沉积情况（天）3_中国科技论文在线根据上述现象，将、从装置中拆除，继续试验，天后试件表面及裂缝的沉积情况详见图，试件裂缝处横断面的沉积情况详见图。表面沉积情况裂缝沉积情况表面沉积情况裂缝沉积情况表面沉积情况裂缝沉积情况表面沉积情况裂缝沉积情况图试件表面及裂缝的沉积情况（天）4_中国科技论文在线图试件裂缝处横断面的沉积情况（天）试件表面覆盖率（试件表面被沉积物覆盖的面积试件总表面积）×随时间的变化详见表，裂缝愈合率（裂缝被填充的长度裂缝总长

7、度）×随时间的变化详见表。表试件表面覆盖率（）随时间变化情况表裂缝愈合率（）随时间变化情况_中国科技论文在线天后从不同部位将试件横向切开，用游标卡尺测出：中试件表面的沉积物厚度约，、中试件表面的沉积物厚度约（裂缝处最厚）。由于中试件表面沉积物与试件表面的粘结性能不好，很容易从试件表面脱落，故不对其进行定性分析。利用射线对、中试件表面及裂缝里的沉积物分析，其分析图谱详见图。12002000100015008006001000400500200001020304050600102030405060试件表面沉积物试件裂缝里沉积物1600180014001200100080060040016

8、00140012001000800600400200001020304050602000试件表面沉积物试件裂缝里沉积物16001400140012001200100010008006004002000010203040506080060040020000102030405060试件表面沉积物试件裂缝里沉积物图试件表面及裂缝里的沉积物衍射分析图谱_中国科技论文在线从试件表面及裂缝里的沉积物衍射分析图谱可以得到以下结论：对于、中的任何一种，其试件表面及裂缝里沉积物的主要矿物成分是一致的，而且、中的沉积物的主要矿物成分是相同的；中试件表面与裂缝里的主要矿物成分是；、中试件表面与裂缝里的主要矿物成分是

9、（）和，而且（）的含量明显高于。结果分析根据上述试验结果，分析如下：、这四种溶液可以作为电沉积溶液，只要采取合适的试验条件（如：试件表面的电流密度、电极形状等），将会取得理想的沉积效果；但对于溶液，由于其试件表面沉积物与试件表面的粘结性能不好，很容易从试件表面脱落，而且从试件表面的覆盖率（见表）及试件裂缝处横断面的沉积情况（见图中），可以发现其试件表面和裂缝里的沉积物量极少，故其沉积效果不明显；采用、溶液作为电沉积溶液，从它们的试件表面和裂缝里的沉积物的衍射分析图谱可知（）的含量明显高于，原因是电沉积溶液中含有大量的，其浓度远高于混凝土本身含有的；根据电化学原理，元素周期表中第主族和主族的金属

10、，其金属活泼性很强，电极电位很负（），在水溶液中得不到金属电沉积层。所以从理论上分析，是处于第主族的金属，在水溶液中得不到金属电沉积层，因此在采用、溶液作为电沉积溶液，在试件表面及裂缝里的沉积物主要是在电流作用下，向阴极运动，与在试件表面及裂缝里结合生成（）。结语本文对电沉积方法修复钢筋混凝土结构裂缝进行了初步试验研究，基本确定了电沉积溶液的种类，还有许多问题有待进一步的研究，具体如下：在电沉积溶液种类、浓度一定的情况下，试件表面的电流密度、电极的形状、外界条件（如：温度等）、试件的技术参数（如：水灰比、保护层厚度等）对沉积效果的影响；电沉积处理后试件的力学性能及耐久性能，电沉积技术的可靠性；

11、非金属电沉积的过程、规律和沉积机理，电沉积溶液种类的选择原则和方法。_中国科技论文在线参考文献王巧平，吴胜兴锈蚀钢筋混凝土结构防护与加固建筑技术开发，（）：李森林，范卫国，蔡伟成等电化学脱盐防腐技术的室内试验研究水利水运工程学报，（）：，：，：李荻，电化学原理，北京航空航天大学出版社，Research on Electrodeposition Method for Repair ofReinforced Concrete With Cracks (1)LinHua JIANG HongQiang CHUDepartment of materials science and engineering，Hohai University，Nanjing，PRC，210098AbstractIn this paper，the experimental research on electrodeposition method for repair of reinforced concrete with cracks，was primarily made；