淺議電化學沉積法修復鋼筋混凝土裂縫的應用

柴煥芳

（山東理工大學，淄博,255049）

淺議電化學沉積法修復鋼筋混凝土裂縫的應用

柴煥芳

（山東理工大學，淄博,255049）

本文主要闡述了混凝土產生裂縫原因，提出了電化學沉積法在水下鋼筋混凝土裂縫的修復中的應用。

鋼筋混凝土；裂縫；電化學沉積；應用

1 鋼筋混凝土產生裂縫的原因

混凝土結構裂縫產生的原因很多，有變形引起的、有荷載作用引起的、有養護不當和化學作用引起的等各種情況，但大致可將原因歸納為內因和外因兩大類。

1.1 內因：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生化學反應并吸收周圍環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，在外界環境的濕度變化劇烈的情況下，導致體積的膨脹與收縮不協調，出現裂縫。

水工混凝土澆筑后的硬化初期，水泥水化熱使其內部與外部溫差較大，內部高溫使混凝土膨脹，從而造成混凝土內部受壓外部受拉，形成裂縫。自生變形產生的內應力，誘導混凝土產生裂縫。

1.2 外因：水工混凝土澆筑后，未能及時壓實抹光、灑水養護，暴露的混凝土表面因風吹日曬水分迅速蒸發變干，體積收縮，而內部仍舊是塑性體，導致表面裂縫的產生。

混凝土脫模時間控制不當，在混凝土力學性能尚達不到抗裂能力的要求時，提前拆模，導致混凝土產生裂縫。

建筑物地基的不均勻沉降，使結構受迫變形導致混凝土產生裂縫。

水工混凝土碳化或酸性介質的侵入引起內部鋼筋的銹蝕，導致混凝土體積膨脹，引起混凝土中產生膨脹應力，形成沿鋼筋的順筋裂縫。

混凝土結構在工作環境中受到動靜荷載作用，產生的彎矩、剪力、扭矩和軸向拉力都可能引起鋼筋混凝土構件的開裂。

2 鋼筋混凝土裂縫常用的修復方法

2.1 結構加固法

結構加固法是在混凝土結構的裂縫周圍或外部采用一些措施改變原結構受力體系，如采用澆筑鋼筋混凝土圍套或包鋼筋等方法將混凝土結構構件箍緊,使混凝土結構構件的受力面積增大,進而提高結構的承載力和剛度。這種方法適用于有深進及貫穿性裂縫的混凝土結構，這樣的裂縫對混凝土結構的完整性及承載力有較大的影響。結構加固法適用范圍廣,操作工藝簡單,但現場濕作業的工程量較大，養護周期較長，且加固后建筑物的使用空間會有減小，對建筑物的使用有一定影響。

2.2 表面處理法

表面處理法的修補混凝土裂縫的機理是在裂縫周圍涂覆粘合性材料，并根據裂縫的大小、穩定程度和疏密程度，選擇全部或部分涂覆修補，以達到恢復其耐久性、防水性和承載力的目的。由于涂層比較薄，選取的涂覆材料應是傾向粘合力強且不宜老化的材料，而對于活動性裂縫，由于其穩定性較差，所以應選擇延伸率較大的彈性材料，用以緩沖活動所產生的應力。

目前，表面處理法的應用還存在很多的局限，對于穩定性較差，深度較大的裂縫，修復效果不是很理想。

2.3 灌漿法

將水泥等漿液注入鋼筋混凝土結構的裂縫內，依靠流動性擴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度，可最大程度的把裂縫粘結，修復的同時還增強了混凝土構件的整體性能，使其恢復原來的預期功能，阻止了混凝土結構進一步受到外界有害物質的侵蝕。在實際工程中根據裂縫的寬度和活動性的差異，對漿液的選擇有所不同。

當前國內并沒有定型的灌漿設備，這在很大程度上限制了灌漿法修復混凝土裂縫的普及和推廣。

2.4 填充法

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

填充法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好，但對結構有損傷,像混凝土梁、軌枕這等些構件不能采用這種方法。

3 電化學沉積法在鋼筋混凝土裂縫修復中的應用

電化學沉積法通過大膽的引用電化學機理，巧妙的運用學科交叉把不利因素轉化成可應用的條件，為問題的解決開辟了一條嶄新的途徑。電化學沉積法的推廣應用可大大減少水利水電工程、海洋工程等結構裂縫的修復成本，從根本上解決水環境中混凝土裂縫修復修復的技術難題，甚至可以將此應用推廣到陸基混凝土裂縫的修復上。

3.1 電化學沉積法修復鋼筋混凝土裂縫的原理

電化學方法的實施，要求被修復的混凝土裂縫浸在電解液中，并在電解液中放有惰性電極，由外加電源負極接混凝土內的鋼筋，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，浸泡在溶液內的惰性電極與鋼筋混凝土之間會產生電位差，使帶電離子分別向兩極遷移。混凝土內部的鋼筋作為陰極，通電后電解水產生OH-離子，會在電位差的作用下，從回路的陰極（鋼筋）穿過混凝土的保護層向陽極（外加惰性電極）運動。離子在混凝土的表面及裂縫中發生反應，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，對已經腐蝕的鋼筋可以產生良好的鈍化效果。

3.2 電化學修復方法與常用方法的比較

常用的各種混凝土裂縫修復方式多為物理修復，即通過加固構件或填充物質的方法來填充裂縫或者制止裂縫的繼續發展，這些方法是保護混凝土中鋼筋的補充措施，但都有一定的局限性。這些常規修補方法由于不能有效清除氯離子，只治標，不治本；而電化學方法修復的方式是利用化學方法生成的新物質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層。

4 結語

電化學沉積法是一種新興、高效的鋼筋混凝土裂縫修復方法，尤其是對傳統修補方法有局限性的水下混凝土結構裂縫的修復，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境，保護混凝土中的鋼筋不被腐蝕。但是電化學修復鋼筋混凝土裂縫是一個受多因素影響的復雜問題，基于電化學方式修復構件方法的特殊性，其在鋼筋混凝土建筑結構中的應用受到工作環境的限制。目前電化學修復法主要應用于化工、微電子、陶瓷、新材料等產業中。工程中，電化學沉積法主要應用于水工、海工等鋼筋混凝土裂縫的修復，充分利用其有水工作環境的特點。對于陸基工程的修復，需為其構建適當的液體環境，該條件限制了電化學方式在陸基工程上的應用。

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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，山東理工大學飲食服務中心高級工程師，研究方向為建筑工程技術及管理。