專利名稱：碳化鋼筋混凝土結構輔以緩蝕劑的電化學再堿化修復技術的制作方法
碳化鋼筋混凝土結構輔以緩蝕劑的電化學再堿化修復技術
背景技術：
鋼筋混凝土在長期服役過程中發生碳化后，PH下降，鋼筋鈍化膜穩定存在的條件 被破壞，鋼筋就會發生腐蝕。針對這種情況，目前以電化學再堿化的方法進行鋼筋混凝土的 修復研究成為有效的方法之一。電化學再堿化的方法的作用就是使碳化的混凝土 pH值提高，同時還能達到除氯 的目的，以減緩或阻止鋼筋的繼續銹蝕[1_18]。故此方法在碳化混凝土修復中有著重要的研 究和應用意義。但在電化學再堿化過程中也存在著很多問題。在役混凝土碳化后，由于混 凝土中鋼筋穩定存在的環境破壞，致使鋼筋表面發生腐蝕而產生銹層，同時鋼筋表面變得 粗糙。初步研究表明，盡管鋼筋周圍的混凝土在再堿化后堿性提高，但再堿化過程使得鋼筋 表面處于高度活性狀態，鋼筋進入再鈍化的可能性降低[18’19]。在這樣的情況下，要實現對碳 化嚴重的鋼筋混凝土結構的修復，只提高其PH值是不可行的，還需要進一步降低鋼筋的腐 蝕電流，提高鋼筋的穩定性。已有的研究表明，許多有機化合物對鋼筋的腐蝕具有抑制作用[2°_31]。早期研究主 要是將有機緩蝕劑在混凝土澆筑時加入其中，通過在鋼筋表面的孔隙液可以提高鋼筋的耐 蝕性，起到保護作用[2°’21]，但是該方法主要針對新建的混凝土結構，對在役混凝土結構則 無能為力。在對鋼筋進行修復時，如何使緩蝕劑進入鋼筋表面則是一個關鍵的問題。目前有 大量關于遷移型緩蝕劑的研究報道[27_31’33]，在混凝土外引入易揮發性的緩蝕劑，使之通過 混凝土孔隙遷移進入混凝土中鋼筋表面，起到對鋼筋的保護作用。這種方法仍在研究之中， 還有一些問題需要解決[32]，如一般用于鋼筋混凝土的緩蝕劑的使用方式有兩種一種是通 過澆筑時添加在混凝土中并通過擴散到達鋼筋表面，另一種則是將遷移型緩蝕劑涂覆在待 修復的混凝土結構表面，并通過擴散到達鋼筋表面。在使用遷移型緩蝕劑對鋼筋混凝土進 行修復時，緩蝕劑進入混凝土內部的驅動力是擴散作用，而這一過程很慢，在期望的時間內 到達鋼筋表面的緩蝕劑的量也很小，無法起到緩蝕作用。近年來，我們在對再堿化進行研究 的過程中發現了再堿化存在的問題，即再堿化后的鋼筋混凝土結構盡管混凝土中的堿性得 到提高，但由于鋼筋表面氧化物受到還原而無法較快進入再鈍化狀態。而如果在再堿化過 程中，利用再堿化過程提供的電場，將陽離子型緩蝕劑通過電滲和電遷移引入到混凝土中 的鋼筋表面，將緩蝕劑的緩蝕效果結合起來，則可起到更好的修復效果。在這樣的思想下， 通過研究試驗，提出本發明。引用文獻Vaysburd Mj Emmons H. 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發明內容
本發明為了解決對碳化混凝土再堿化修復后鋼筋不能進入穩定狀態的問題，在電 解液中引入陽離子型緩蝕劑，使之在再堿化修復的同時，通過電滲和電遷移引入到鋼筋表 面，則可以實現再堿化的同時起到保護鋼筋作用的雙重效果，而提出了一種針對碳化鋼筋 混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技術。本發明的技術方案
一種針對碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技術，即在電解液中引 入陽離子型緩蝕劑，使之在再堿化修復的同時，通過電滲和電遷移引入到鋼筋表面，則可以 實現再堿化的同時起到保護鋼筋作用的雙重效果；
所述的堿性電解液為碳酸鈉溶液、飽和氫氧化鈣溶液、氫氧化鋰溶液或者飽和氫氧化 鈣+氫氧化鋰溶液，優選為碳酸鈉溶液；
所述的陽離子緩蝕劑為醇胺類的陽離子型緩蝕劑，優選為二甲基乙醇胺或乙醇胺； 所述的對碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技術，其再堿化修復過 程包括以下步驟
(1)、首先將碳化混凝土中鋼筋作為陰極連接直流電源的負極，在混凝土外裹惰性陽極 如不銹鋼網、鈦網等與直流電源正極連接；
所述的陽極夾在海綿中并包裹在需要再堿化的混凝土結構表面；
(2)、向陽極的海綿包裹層中循環注入含有陽離子型緩蝕劑的堿性電解液，并將電解液 進行循環再利用；
所用的堿性電解液濃度為lmol/L，所述的陽離子型緩蝕劑濃度為0. 02mol/L lmol/
L ；
(3)、調整直流電源電壓，控制電流密度為1 4A/cm2，總電量控制在200Ah 400Ah，再堿化及修復時間取決于通過的總電量和電流大小，再堿化修復時間一般控制在2 4周， 待混凝土中鋼筋在再堿化結束后，拆去輔助陽極，并進行表面修飾處理。所述的電流密度指單位鋼筋表面積上的電流值大小，開路電位指鋼筋電極與飽和 甘汞電極之間的電極電勢差。本發明的有益效果
本發明的一種針對碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技術，即在電 解液中引入陽離子型緩蝕劑，在再堿化修復的同時，使陽離子型緩蝕劑通過電滲和電遷移 引入到鋼筋表面，則可以實現再堿化修復的同時起到保護鋼筋作用的雙重效果。
圖1、物料傳遞模擬試驗裝置圖
圖2、通電與不通電情況下清水端二甲基乙醇胺(DMEA)&乙醇胺(2-Aminoethanol)濃 度與時間的關系
圖3a、不同乙醇胺濃度下鋼筋的極化曲線 圖3b、不同二甲基乙醇胺濃度下鋼筋的極化曲線 圖4a、不同乙醇胺濃度下鋼筋的阻抗 圖4b、不同二甲基乙醇胺濃度下鋼筋的阻抗 圖5a、乙醇胺阻抗擬合等效電路圖 圖5b、二甲基乙醇胺緩蝕阻抗擬合等效電路圖 圖6、在鋼筋混凝土中的再堿化試驗裝置示意圖 圖7、自然碳化混凝土樣品再堿化試驗安裝結構示意圖 圖8、自然碳化混凝土再堿化結束后弛豫不同時間的極化曲線。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發明進一步詳細描述，但并不限制本發明。實施例1
緩蝕劑(乙醇胺)在混凝土中的遷移試驗
采用425級普通硅酸鹽水泥，混凝土澆注成060mm*30mm的模型，其配合比為水泥 水砂石=1 :0. 65 2. 25 3. 68。按照圖1進行組裝。電解液端為濃堿性電解質溶液即含有2000ppmNaCl的飽和氫氧化鈣溶液并加入 濃度為lmol/L的乙醇胺溶液兩組，清水端為去離子水。其中每組包含通電與不通電兩個 裝置，通電裝置在2A/m2的固定電流密度下分別每隔3天對裝置清水端進行取樣10ml，測定 傳遞到清水端的乙醇胺的濃度，直至30天實驗結束。電解液中加入2000ppm的NaCl是為了考察緩蝕劑的緩蝕效果。緩蝕性能評價
參照 ASTM G31-72 ((Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals》進行實驗。實驗溫度為室溫(25°C )，實驗材料為建筑用的公稱直徑 為d=20mm的Q235螺紋鋼筋，試驗前將鋼筋加工成Φ IOmmX 5mm的圓柱形試樣，在背面焊 接導線，并用環氧樹脂將焊點及非工作面包封，露出工作面積為0. 785cm2。侵蝕介質是含2000ppmNaCl+0. 01mol/L NaOH的飽和氫氧化鈣溶液。將處理好的鋼筋電極放入含有不同醇 胺緩蝕劑濃度的侵蝕溶液中，浸泡16h后，進行電化學測試，并分別計算各自的緩蝕率及腐 蝕電流。電場作用下醇胺緩蝕劑在混凝土中的遷移過程
圖2a通電與不通電情況下清水端乙醇胺(2-Aminoethanol)濃度與時間的關系。即 是相同條件下緩蝕劑通過混凝土的量與時間的關系。在實驗結束時清水端乙醇胺濃度達到 0. 12mol/L。從圖2a中可以看出，乙醇胺無論有無電場存在都表現出相同的濃度增長趨勢。 在不加電場時乙醇胺緩蝕劑也能通過擴散到達混凝土另一側，且隨時間的延長其在清水端 濃度也隨之增加。但與電場作用下的情況相比，其濃度變化甚微，這也就是由于電遷移與電 滲作用共同作用加速緩蝕劑傳遞的結果。這樣在短期的再堿化過程中，就可以實現緩蝕劑 到鋼筋表面的傳遞，起到緩蝕作用。緩蝕效果分析
圖3a是鋼筋在不同乙醇胺濃度侵蝕溶液中浸泡16h后的極化曲線。從3a圖中可以看 出，鋼筋電極的腐蝕電位隨著緩蝕劑濃度增加而升高，腐蝕電流密度也隨之減小。圖4a為鋼筋在含不同濃度乙醇胺侵蝕溶液中浸泡16h后的Nyquist圖，通過等效 電路擬合來計算其緩蝕效率，計算公式如下
權利要求
1.一種碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技術，其特征在于在電解 質溶液中加入陽離子緩蝕劑，最終電解質溶液中的陽離子緩蝕劑濃度為0. 02 1M。
2.如權利要求1所述的一種碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技 術，其特征在于所述的陽離子型緩蝕劑為醇胺類的陽離子型緩蝕劑，所述的堿性電解液為 碳酸鈉溶液、飽和氫氧化鈣溶液、氫氧化鋰溶液或者飽和氫氧化鈣+氫氧化鋰溶液。
3.如權利要求1所述的一種針對碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修 復技術，其特征在于步驟(2)中所述的陽離子型緩蝕劑為二甲基乙醇胺或乙醇胺。
4.如權利要求1、2或3所述的任一一種碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿 化修復技術，其特征在于其具體的修復過程包括以下步驟(1)、首先將碳化混凝土中鋼筋作為陰極與直流電源負極連接，在混凝土外裹惰性陽極 如不銹鋼網、鈦網等與直流電源正極連接；所述的陽極夾在海綿中并包裹在需要再堿化的混凝土結構表面；(2)、向陽極的海綿包裹層中循環注入含有陽離子型緩蝕劑的堿性電解液，并將電解液 進行循環再利用；(3)、調整直流電源電壓，控制電流密度為1 4A/m2，總電量控制在200 400Ah，時間 控制在2 4周，在再堿化及修復結束后，拆去輔助陽極，并進行表面修飾處理。
5.如權利要求4所述的一種碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技 術，其特征在于步驟(2)中所述的堿性電解液濃度為lmol/L，所述的陽離子型緩蝕劑的濃 度為0. 02 IM0
6.如權利要求5所述的一種碳化鋼筋混凝土結構輔以緩蝕劑的電化學再堿化修復技 術，其特征在于步驟(2)中所述的堿性電解液碳酸鈉，濃度為lmol/L，所述的陽離子緩蝕劑 為二甲基乙醇胺，濃度為0. 04mol/L lmol/L。
7.如權利要求6所述的一種碳化鋼筋混凝土結構輔以緩蝕劑的電化學再堿化修復技 術，其特征在于步驟(2)中所述的堿性電解液為碳酸鈉，濃度為lmol/L，所述的陽離子緩蝕 劑為乙醇胺，濃度為0. 08mol/L lmol/L。
全文摘要
本發明公開一種碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技術。即首先將碳化混凝土中鋼筋作為陰極連接直流電源負極，在混凝土外裹惰性陽極與直流電源正極連接；向陽極的海綿中澆注含有陽離子型緩蝕劑的堿性電解液，控制電流密度為1～4A/cm2，總電量在200～400Ah之間，再堿化時間一般控制在2～4周，并將電解液進行循環再利用，混凝土中鋼筋在再堿化修復結束后，可使鋼筋進入穩定狀態。本發明的一種碳化鋼筋混凝土結構的緩蝕劑輔助電化學再堿化修復技術，由于在電解液中引入陽離子型緩蝕劑，在再堿化修復的同時緩蝕劑通過電滲和電遷移引入到鋼筋表面，即實現對碳化混凝土進行再堿化的同時降低鋼筋腐蝕速率雙重效果。
文檔編號C23F15/00GK102002716SQ201010581820
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者張俊喜, 蔣俊, 馬行馳, 魯進亮 申請人:上海電力學院