專利名稱：混凝土電化學(xué)處理的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼筋混凝土電化學(xué)處理的工藝。
背景技術(shù)：
在鋼筋混凝土中，鋼筋通常因在混凝土塊的堿性環(huán)境中而防腐蝕。然而，在諸如硫的氧化物環(huán)境中，受二氧化碳及其他氣體的作用，含堿量會逐漸減少。該過程的術(shù)語叫做碳酸鹽化過程(carbonation)，而受到大氣氣體作用的混凝土被稱作碳酸鹽化了。
其效果是pH值漸漸減少，如果該工藝允許繼續(xù)，pH值將繼續(xù)下降，當(dāng)其達(dá)到約為9.5時，鋼筋不再防腐蝕。鋼筋發(fā)生腐蝕會導(dǎo)致鋼筋脆弱而從混凝土上剝落。
以前已經(jīng)有過對提高已碳酸鹽化的混凝土含堿量的工藝的報道，如歐洲專利No.264,421和美國專利No.4,865,702。在該工藝中，電流在外電極與作為陰極的混凝土內(nèi)鋼筋之間流過，其中外電極則與涂于混凝土外表面的堿性電解液相接觸。
在此工藝中發(fā)生兩個效應(yīng)堿性電解液流進(jìn)混凝土，在陰極區(qū)含堿量增加。其有利點(diǎn)在于鋼筋再次鈍化，滲進(jìn)混凝土的電解液層在具有足夠高的pH值的鋼筋上方及周圍保持一個覆蓋區(qū)，以使鋼筋保持鈍化。這一工藝已熟知為再堿化工藝。
作為本工藝的堿性電解液，歐洲專利No.264,421提供了液態(tài)的或吸收于諸如石棉、纖維素、鋸屑、砂、粘土之類多孔介質(zhì)中的鈣、鈉和/或鉀鹽的含水溶液，或者電解液可以是強(qiáng)烈緩凝的混凝土、灰漿、水泥漿或石灰漿。英國專利申請No.2,271,123A公布了一種工藝，其中含水電解液中使用了碳酸鈉或硼酸鈉。然而，該工藝在商業(yè)規(guī)模操作中所用的堿性電解液是一種碳酸鈉的含水溶液。
本發(fā)明要解決的問題盡管該工藝用碳酸鈉溶液作堿性電解液的結(jié)果一般來說還是非常成功的，但是，處理后的混凝土表面往往出現(xiàn)風(fēng)化。這是厚重結(jié)晶鹽的沉積物，看起來不雅觀，故不適于作裝飾涂料。結(jié)果，處理后必須徹底清洗混凝土以除去風(fēng)化物。
現(xiàn)已發(fā)明出解決上述問題的方法，即采用碳酸鉀溶液作為電解液。
發(fā)明綜述根據(jù)本發(fā)明，混凝土的電化學(xué)再堿化的工藝包括在陽極和陰極之間通直流電流，其中，陽極跟涂于混凝土外表面的含水電解液層相接觸，陰極位于混凝土內(nèi)部，使混凝土內(nèi)部的pH值增加，混凝土表面層滲入電解液，其中電解液層包括濃度至少為0.3摩爾的碳酸鉀含水溶液。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用碳酸鉀含水溶液作為堿性電解液所獲得的優(yōu)點(diǎn)在于處理后混凝土外表面上的風(fēng)化物減少或消除了。這一優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有技術(shù)所不能預(yù)知的，從而是預(yù)想不到的。
本發(fā)明詳述所謂外表面就是曝露于大氣的表面。電解液是指碳酸鉀的含水溶液。
陽極可以浸入電解液中，或在工藝的一些實施例中，陽極可與粘結(jié)涂料連接，該粘結(jié)涂料包括跟水混合形成粘結(jié)混合物的有機(jī)保水材料。
碳酸鉀溶液的濃度最好至少為0.5摩爾，濃度從0.5摩爾以上到飽和濃度的溶液特別適合。
碳酸鉀可以在現(xiàn)場由鉀離子源和碳酸鹽離子源生成。比如，可以將氫氧化鉀作為鉀離子源、碳酸鋰作為碳離子源加到水中制成電解液。然而，電解液除了由碳酸鉀派生的離子和水外，最好基本上不含有離子，盡管有少量其他離子，如鈣、鈉和鋰(例如按商用上碳酸鉀存在的量中)可以接受。因此，將碳酸鉀(作為該化合物)加到水中制造電解液是方便的。這種碳酸鉀可以是一般工業(yè)級材料，例如，一種包含按干重量為基礎(chǔ)計，至少97％的碳酸鉀。
建議鈉離子量，如果存在的話，按照碳酸鉀干重量計，小于碳酸鉀重量的5％，因為發(fā)明人發(fā)現(xiàn)碳酸鈉是處理后在混凝土表面產(chǎn)生風(fēng)化的材料。
工藝開始時電解液的pH值最好為10.5至12.5，更好在10.9至12.0之間。
可以用粘結(jié)涂料使電解液與混凝土的外表面保持接觸，粘結(jié)涂料包括有機(jī)保水材料和水的粘結(jié)混合物。
作為選擇，電解液也可通過盛電解液并可移動地置于混凝土上的槽與混凝土外表面保持接觸。
在使用粘結(jié)涂料時，粘結(jié)混合物可以噴涂并在噴涂工藝中實現(xiàn)水跟含有碳酸鉀與保水材料的組合物的混合。
該保水材料方便地是一種纖維素纖維，比如象歐洲專利No.398,117或美國專利Nos.5,198.082，5,228,959及5,407,543所描述的，還有纖維素纖維和碳酸鉀的混合物，該混合物按纖維素纖維的干重量計，包含至少10％重量的碳酸鉀，按纖維素纖維的干重量計，最好包含20％至150％重量的碳酸鉀。
粘結(jié)混合物包含比需要用于飽和混合物中的水更多的碳酸鉀是方便的。這種情況下，涂料就包含未溶解的碳酸鉀，它起到作補(bǔ)充電解液容器的作用。在此情況下，補(bǔ)充可用加水的方式進(jìn)行，例如不時地噴涂料。當(dāng)槽中有電解液時，可以通過向槽中加新鮮溶液的方式進(jìn)行補(bǔ)充。
工藝過程中可補(bǔ)充電解液。保水材料能方便地保有至少其本身重量的100％的水，最好至少為200％，更好至少為300％，比如300至500％。
當(dāng)保水材料為纖維素纖維時，該纖維可與碳酸鉀預(yù)混合，即在工廠混合，這樣，在現(xiàn)場只需向纖維中加水即可。
在本發(fā)明的應(yīng)用中，在制備纖維的過程中纖維很容易跟碳酸鈉(作為固態(tài))混合，即將纖維素碾碎并以混合物形式提供給工作場所，在那兒與水混合，比如將纖維素纖維/碳酸鉀混合物和水作為兩種成分提供給適當(dāng)?shù)膰娮?，在噴嘴中混合，并將包含兩種成分的混合物從噴嘴噴出。
纖維素纖維可以回收或復(fù)原成纖維素漿。
纖維素漿很方便地從報紙或其他廢紙獲得。
纖維素纖維的生產(chǎn)工藝是本領(lǐng)域內(nèi)所共知的，而且已商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。在許多應(yīng)用中，如板、磚瓦粘合劑、耐熔爐襯，尤其是纖維水泥板，已知纖維素纖維是石棉纖維的替代物。
在制備纖維素纖維的一般工藝中，廢報紙以紙片形式饋送到切碎機(jī)，從那兒將碎紙通過兩個錘式粉碎機(jī)中的第一個，如Jacobson粉碎機(jī)。粉碎機(jī)有旋轉(zhuǎn)錘或葉片，結(jié)合空氣吸力將材料壓過多孔金屬隔板。材料到此階段一部分已纖維化，送至第二錘式粉碎機(jī)。在兩錘式粉碎機(jī)之間階段，加進(jìn)阻燃劑之類的化學(xué)物質(zhì)。制備用于本發(fā)明的纖維中，在此階段加入碳酸鈉。然后，材料通過第二錘式粉碎機(jī)，在那兒進(jìn)一步纖維化。然后將產(chǎn)品壓縮并擠壓進(jìn)儲存袋。
離開第二錘式粉碎機(jī)的纖維通常具有0.5至2.0mm的長度。纖維的濾水度可以在45至750 SR(Shopper Riegler)的范圍。
陰極很方便地跟混凝土鋼筋相連接或由混凝土鋼筋提供。
這一工藝特別適用于碳酸鹽化成pH值為10.5或小于10.5，例如10.0或小于10.0，尤其是9.5或小于9.5的混凝土，因為pH值這么低時的鋼筋中的鋼不再防腐蝕。
本發(fā)明的工藝可以如同歐洲專利No.264,241和美國專利No.4,865,702描述的那樣進(jìn)行。
例如，陽極和陰極之間的外加電壓可方便地設(shè)為3至40伏，及6至20伏，通常調(diào)至提供每平方米混凝土表面0.15至6，最好0.5至2.5安培范圍的電流密度。
含堿量可通過測定pH值的方法檢測，例如將酚酞之類的指示劑噴在新斷裂的混凝土上，當(dāng)達(dá)到理想的pH值時，例如pH值大于10.5，通常大于11左右，工藝即可結(jié)束。
鑒于含堿量的損失是由于已風(fēng)化混凝土經(jīng)受二氧化碳之類的大氣氣體造成的，在表面或接近表面的pH值往往低于進(jìn)一步深入混凝土體內(nèi)的pH值，而且緊靠鋼筋的pH值可能仍足夠高以使鋼鈍化。再堿化這種混凝土正好屬于本發(fā)明的范圍。
盡管混凝土的pH值在其整個厚度上發(fā)生變化，任何區(qū)可被選作測量pH值以確定是否要再堿化該混凝土。測量pH值確定工藝結(jié)束的區(qū)域離表面的距離通常跟第一次選擇的區(qū)域離表面的距離一致。
工藝可以包括測量混凝土選定區(qū)的pH值，當(dāng)pH值為10.0或低于10.0時，按如上所述進(jìn)行該工藝，一段時間后，再測pH值，當(dāng)pH值為10.5或高于10.5時，停止通電流。
包括線、繩、板、鉑或金屬片的陽極及其相關(guān)的電解液可作為一個組件預(yù)先形成并涂在混凝土的表面上。
陽極可以是鋼之類的消耗金屬，或鈦之類的不活潑金屬。
電解液方便地通過盛電解液并可移動地置于混凝土表面的槽與混凝土表面相接觸。盛電解液槽的使用使電解液能與傾斜的、垂直的和頂上的表面保持接觸，并使該工藝可應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的下面，象拱腹或天花板之類。
參考示圖，混凝土2的主體有外表面4、鋼筋6和靠近已碳酸鹽化的表面4的區(qū)8。通過可移動槽(未示出)跟外表面4保持接觸的是電解液10，這是1摩爾碳酸鉀含水溶液。浸在電解液10中的是鋼陽極12。在本發(fā)明的工藝操作過程中，在作為陰極的鋼筋6與鋼陽極12之間施加電壓，以提供電流密度為每平方米混凝土表面1安培的直流電。
電解液10穿透混凝土表面4，進(jìn)入混凝土，如由向下的箭頭所指。向前進(jìn)的電解液的前沿如16所指。這里示出的是碳酸鉀與碳酸氫鉀的混合物，因為碳酸鉀由大氣中二氧化碳的作用而變換成這種混合物(不一定等摩爾比)。在電流的影響下，這種離子按所指方向移動，即鉀與鈉離子向陰極移動，氫氧化根離子向陽極移動。
本發(fā)明通過以下實施例進(jìn)行說明。
實施例1經(jīng)多年曝露于大氣而被碳酸鹽化、鋼筋附近的pH值已降至9.5左右的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)受如下處理。
處理過的混凝土結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土拱腹(它提供頂部表面)。為處理這一頂部區(qū)，用槽盛電解液，這樣，電解液就與混凝土表面直接接觸。尺寸為1100mm×900mm×10mm的槽由4mm厚的有機(jī)玻璃片制成，其邊緣有尺寸為40mm×25mm的聚乙烯或聚氯丁橡膠密封圈，還包括20mm×20mm的軟鋼架以提供剛度并壓縮密封圈。槽用螺栓系于混凝土上。槽內(nèi)盛有1摩爾碳酸鉀含水溶液，其pH值為12.0。
混合金屬氧化物涂復(fù)的鈦篩(210級)被支撐在浸于電解液中的槽中，并與直流電源的正端連接，而鋼筋則與負(fù)端相接。電壓調(diào)至可提供每平方米混凝土表面1安培的電流密度，加電壓4天。鋼筋與混凝土表面之間區(qū)域的混凝土經(jīng)處理后，其pH值用由在水和乙醇中制成的酚酞指示劑測量，指示劑變成淺粉紅色表示pH值約為11。
移開盛電解液的槽，待混凝土的外表面干燥后對其進(jìn)行檢查。這時沒有觀察到風(fēng)化物。
完全按照如上所述重復(fù)進(jìn)行這一實施例，所不同的只是采用1摩爾碳酸鈉溶液。當(dāng)槽被移開，表面干燥后，檢查表面發(fā)現(xiàn)有風(fēng)化物，在涂裝飾涂料前必須除去。
實驗發(fā)現(xiàn)，跟碳酸鈉相比，碳酸鉀還有如下優(yōu)點(diǎn)(1)在相同的條件和摩爾濃度下，碳酸鉀溶液穿透進(jìn)混凝土的速度比碳酸鈉快。這意味著鄰近表面的混凝土層的pH值增加得更快。
(2)碳酸鉀在低溫下有好得多的溶解度性能。例如，在4℃時，碳酸鈉的飽和溶液低于1摩爾濃度。而碳酸鉀在此溫度下的飽和溶液高于5摩爾濃度。這是很有意義的，因為本發(fā)明的主要應(yīng)用之一是在于處理建筑物及其他混凝土結(jié)構(gòu)的外表面，還意味著碳酸鉀在冬天可以更可靠地使用。
權(quán)利要求
1.一種鋼筋混凝土的電化學(xué)再堿化的工藝，包括在與涂于混凝土外表面的含水電解液層相接觸的陽極和位于混凝土內(nèi)部的陰極之間通直流電流，使所述混凝土內(nèi)部的pH值增加，并形成滲有電解液的混凝土表面層，其中所說含水電解液包括一種濃度至少為0.3摩爾的碳酸鉀含水溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述電解液用粘結(jié)涂料使其與混凝土的外表面保持接觸，所述粘結(jié)涂料包括一種有機(jī)保水材料和水的粘結(jié)混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其中所述粘結(jié)混合物包含比需要用于飽和存在的水更多的碳酸鉀，這部分水是為了補(bǔ)充電解液時能提供儲存的碳酸鉀而存在的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其中所述保水材料是纖維素纖維，按照纖維素纖維和碳酸鉀合并后的干重量計，所存在的碳酸鉀的量至少為10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其中按照所述纖維素纖維和碳酸鉀合并后的干重量計，所存在的碳酸鉀的量為20％到150％重量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述電解液通過盛電解液并可移動地置于混凝土上的槽將其跟混凝土外表面保持接觸。
7.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的工藝，其中陽極和陰極之間的所述外加電壓為3至40伏，電流密度為每平方米混凝土表面0.15至6安培。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其中所述外加電壓為5至20伏，所述電流密度為每平方米混凝土表面0.5至2.5安培。
9.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的工藝，其中所述工藝用于混凝土，該混凝土的一個區(qū)的pH值小于10.0。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中所述工藝一直繼續(xù)直至pH值達(dá)到至少10.5，最好至少為11.0的程度。
全文摘要
鋼筋混凝土的電化學(xué)再堿化的工藝包括在陽極和陰極之間通直流電流,其中,陽極跟涂于混凝土外表面的含水電解液層相接觸,陰極位于混凝土內(nèi)部。這一工藝使混凝土內(nèi)部的pH值增加,混凝土表面層滲入電解液,其中電解液層包括濃度至少為0.3摩爾的碳酸鉀溶液。這一工藝可用于混凝土,混凝土的一個區(qū)的pH值小于10.0,這一工藝一直繼續(xù)直至pH值達(dá)到至少10.5,最好至少為11.0的程度。
文檔編號C04B41/45GK1261868SQ9880687
公開日2000年8月2日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月3日
發(fā)明者P·希爾德 申請人:福斯洛克國際有限公司