專利名稱：用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域，尤其涉及用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法及裝置。
背景技術(shù)：
混凝土的耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長期保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。從材料學(xué)的角度來看，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化的最主要原因是內(nèi)部鋼筋的銹蝕?；炷磷陨頂y帶或外部侵入的氯離子被認(rèn)為是造成鋼筋腐蝕問題的最主要原因。抑制鋼筋銹蝕的手段很多，例如涂敷防腐層和緩蝕劑等，其中外加電流陰極保護(hù)技術(shù)已被證明是最有效的方法之一 ，在某些情況下甚至是唯一的解決方法。外加電流陰極保護(hù)技術(shù)是基于PH-電位圖原理提出來的，認(rèn)為通過向鋼筋施加陰極電流而使鋼筋電位落在免蝕區(qū)，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)鋼筋的目的。雖然在結(jié)構(gòu)混凝土表面布置有各種各樣的分散或連續(xù)的輔助陽極，施加電流能產(chǎn)生控制鋼筋腐蝕的效果，但卻不能修復(fù)或提高結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化具體表現(xiàn)為構(gòu)件力學(xué)性能的衰退。因此各國學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究，利用鋼板和纖維增強(qiáng)聚合物(Fiber ReinforcedPolymer，簡稱FRP)等結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和加固材料，提出了增大截面和外部粘貼等多種結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，并已應(yīng)用到工程實(shí)踐。結(jié)構(gòu)加固材料與混凝土結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)荷載作用，在某些情況下可視為混凝土結(jié)構(gòu)的附加保護(hù)層，并在一定程度隔絕外部環(huán)境介質(zhì)對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的侵蝕，例如FRP包裹柱的加固等。但是施工工藝的缺陷和誤差、結(jié)構(gòu)服役過程中加固材料的劣化和損耗都會破壞這個保護(hù)層，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的二次腐蝕。更重要的是，結(jié)構(gòu)加固技術(shù)無法解決混凝土內(nèi)部有害元素(如海沙混凝土中的氯化物和硫酸鹽等)對鋼筋的繼續(xù)侵蝕。實(shí)際工程中已有很多結(jié)構(gòu)不止一次地進(jìn)行加固，經(jīng)常出現(xiàn)屢修屢壞的情況。而現(xiàn)有技術(shù)中，由于需要通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電壓或電流，從而使電化學(xué)參數(shù)滿足要求，達(dá)到保護(hù)的目的，這勢必需要高昂的成本，所以同時進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固和陰極保護(hù)成本較為聞昂。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法及裝置，旨在解決對已有結(jié)構(gòu)同時進(jìn)行加固和保護(hù)的造成成本高昂的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其中，包括步驟:
A、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域鑿去疏松的混凝土，并打磨平整；
B、將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體內(nèi)埋置的需要保護(hù)的多根主鋼筋之間進(jìn)行電性連接；
C、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域表面設(shè)置CFRP片材；D、在所述主鋼筋與CFRP片材之間連接一用于對主鋼筋施加恒定大小的電流的外部電源。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其中，所述CFRP片材為綜合利用CFRP的力學(xué)性能和電化學(xué)特性的以CFRP為主體的復(fù)合材料。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其中，所述步驟C中，所述主鋼筋埋置在所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中，所述CFRP片材與混凝土之間通過具有導(dǎo)電功能的粘結(jié)材料相連接。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其中，所述粘結(jié)材料為添加導(dǎo)電顆粒的環(huán)氧樹脂膠。一種用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行保護(hù)，其中，所 述用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置包括設(shè)置在所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域表面的CFRP片材及用于對埋置在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體中的多根主鋼筋施加恒定大小的電流的外部電源；所述多根主鋼筋之間電性連接，所述外部電源連接于主鋼筋與CFRP片材之間。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其中，所述主鋼筋埋置在所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中，所述CFRP片材與混凝土之間通過具有導(dǎo)電功能的粘結(jié)材料相連接。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其中，所述粘結(jié)材料為添加導(dǎo)電顆粒的環(huán)氧樹脂膠。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其中，所述主鋼筋、混凝土、CFRP片材、外部電源依次電性連接。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其中，所述CFRP片材為CFRP板，所述CFRP板的厚度為I 2mm。所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其中，所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體為矩形結(jié)構(gòu)或圓柱形結(jié)構(gòu)。有益效果:本發(fā)明所提供的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法及裝置，基于CFRP優(yōu)異的力學(xué)性能、電化學(xué)特性和可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，利用CFRP兼作加固材料和輔助陽極的雙重特點(diǎn)，無需額外的輔助陽極，將結(jié)構(gòu)加固系統(tǒng)和陰極保護(hù)系統(tǒng)整合成一個結(jié)構(gòu)體系，并且采用了僅能輸出恒定電流或電壓數(shù)值的直流電源，而省去常規(guī)的檢測和控制系統(tǒng)，簡化了陰極保護(hù)裝置，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)加固和鋼筋保護(hù)的雙重效果，進(jìn)而有效提高了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，以及明顯降低了結(jié)構(gòu)修復(fù)的成本。


圖1為本發(fā)明用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法較佳實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法及裝置，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請參閱圖1，圖1為本發(fā)明用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明包括部分重疊的兩大結(jié)構(gòu)本體:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體10以及陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體20 ;在本發(fā)明的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，充分利用了 CFRP材料的力學(xué)性能和電化學(xué)特性，使得CFRP材料在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體系中充當(dāng)了加固材料和輔助陽極的雙重角色，因此無需額外的輔助陽極，將結(jié)構(gòu)加固系統(tǒng)和陰極保護(hù)系統(tǒng)整合成一個結(jié)構(gòu)體系，并且采用了僅能輸出恒定電流或電壓數(shù)值的直流電源，而省去常規(guī)的檢測和控制系統(tǒng)，簡化了陰極保護(hù)裝置，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)加固和鋼筋保護(hù)的雙重效果，進(jìn)而有效提高了結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，以及明顯降低了結(jié)構(gòu)修復(fù)的成本。作為結(jié)構(gòu)加固功能的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)因具有輕質(zhì)高強(qiáng)、模量大、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種成熟的結(jié)構(gòu)加固材料。實(shí)際上，CFRP除了人們熟知的力學(xué)性能外，由于其含有的主要成分之一一碳纖維具有良好的電化學(xué)特性，即良好的導(dǎo)電性及接近貴金屬的電極電位，CFRP同樣具 有良好的電化學(xué)特性。本發(fā)明利用CFRP的電化學(xué)特性形成一種新型的輔助陽極應(yīng)用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的外加電流陰極保護(hù)方法。因此，可結(jié)合CFRP加固結(jié)構(gòu)的特性，進(jìn)而形成一種帶有陰極保護(hù)功能的結(jié)構(gòu)加固方法及裝置。下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體10包括混凝土 3、埋置在混凝土 3內(nèi)的多根主鋼筋4，CFRP片材I設(shè)置在所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體10的加固區(qū)域表面；所述的CFRP片材I為綜合利用CFRP的力學(xué)性能和電化學(xué)特性的以CFRP為主體的復(fù)合材料，包括混雜不同纖維或基體材料生產(chǎn)的復(fù)合材料等，例如混雜了碳纖維和玻璃纖維等的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。所述主鋼筋4之間電性連接(通過導(dǎo)線5連接，還測試主鋼筋4之間的電連接性)，所述主鋼筋4與CFRP片材I之間連接一用于對主鋼筋4施加恒定大小的電流的外部電源6 (主鋼筋4連接外部電源6的負(fù)極，CFRP片材I連接外部電源6的正極)所述主鋼筋4、混凝土 3、CFRP片材1、外部電源6之間依次電性連接，并構(gòu)成陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體20。所述的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體10與陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體20，其設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法可參照有關(guān)規(guī)范，在此不再贅述。所述的CFRP片材I起到了加固材料和輔助陽極的作用，其在長期荷載、環(huán)境因素和保護(hù)電流共同作用下須具有可靠的力學(xué)性能、電化學(xué)特性和耐久性等性能，以便同時發(fā)揮結(jié)構(gòu)加固和陰極保護(hù)的功能。本實(shí)施例中，所述的CFRP片材I在充分考慮結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)和陰極保護(hù)要求的前提下，可根據(jù)構(gòu)件的截面類型及實(shí)施部位，工作環(huán)境，施工操作等因素，選用不同種類、截面型式的CFRP布或CFRP板。所述的CFRP片材I優(yōu)先選用CFRP板，建議其厚度取為I 2mm，例如1mm、1.2mm、
1.5mm> 1.8mm 或者 2mm。進(jìn)一步，所述CFRP片材I與混凝土 3通過具有導(dǎo)電功能的粘結(jié)材料2相連接。其中的粘結(jié)材料2須具有足夠的力學(xué)性能滿足結(jié)構(gòu)加固的要求，同時還要能長期傳遞陰極保護(hù)電流，不產(chǎn)生有害物質(zhì)。所述的粘結(jié)材料2在長期荷載、環(huán)境因素和保護(hù)電流共同作用下必須具有可靠的力學(xué)性能和導(dǎo)電性等，不影響CFRP片材I雙重用途的發(fā)揮。優(yōu)選的，本實(shí)施例中，所述的粘結(jié)材料2可以是在絕緣的粘結(jié)結(jié)構(gòu)膠中摻入適量的導(dǎo)電顆粒(該粘結(jié)材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和能將CFRP片材穩(wěn)固地固定在混凝土表面的性能，例如添加導(dǎo)電顆粒的環(huán)氧樹脂膠)，如導(dǎo)電顆粒為難消耗的石墨粉，將粘結(jié)材料2調(diào)制均勻使其長期可靠的力學(xué)性能和導(dǎo)電性，用來粘結(jié)CFRP片材I與混凝土 3。進(jìn)一步，混凝土內(nèi)埋置的主鋼筋4之間應(yīng)該有可靠的電連接5，保證加固區(qū)域內(nèi)的主鋼筋4都能得到保護(hù)。混凝土 3應(yīng)是連續(xù)的電解質(zhì)，若有裂縫出現(xiàn)時，采用水泥凈漿對其進(jìn)行填補(bǔ)。這樣，主鋼筋4一混凝土 3 — CFRP片材I形成完整的電通路能夠順利地傳遞陰極保護(hù)電流，通過對主鋼筋施加恒定大小(一般是微小電流)的陰極電流，能夠使主鋼筋的電位落在免蝕區(qū)，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)鋼筋的目的。當(dāng)然，本發(fā)明針對的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不僅限于上述矩形梁結(jié)構(gòu)，還可用于各種保護(hù)需要的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形狀，如混凝土圓柱形等結(jié)構(gòu)?；谏鲜鲣摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，如圖2所示,包括步驟:
S101、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域鑿去疏松的混凝土，并打磨平整；此步驟主要是鑿去表明疏松的混凝土，露出堅(jiān)實(shí)部分，并清理干凈，打磨平整。S102、將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體內(nèi)埋置的需要保護(hù)的多根主鋼筋之間進(jìn)行電性連接；這樣能夠使需要得到保護(hù)的鋼筋都能得到陰極保護(hù)。S103、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域表面設(shè)置CFRP片材；CFRP片材作為輔助陽極，并優(yōu)選采用CFRP板，并用力加壓粘結(jié)材料(如水泥凈漿)使加固區(qū)域表面厚度均一，將主鋼筋電連接后，可保證主鋼筋都能得到保護(hù)。S104、在所述主鋼筋與CFRP片材之間連接一用于對主鋼筋施加恒定大小的電流的外部電源?？上扔盟鄡魸{填補(bǔ)混凝土中出現(xiàn)的裂縫，使混凝土成為連續(xù)的電解質(zhì)，然后將所述主鋼筋、混凝土、CFRP片材、外部電源依次電性連接，形成完整的通路，傳遞陰極保護(hù)電流，對鋼筋進(jìn)行陰極保護(hù)。本發(fā)明由于在整個系統(tǒng)中采用了 CFRP片材作為輔助陽極，省去了陰極保護(hù)系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，顯著提高結(jié)構(gòu)修復(fù)的性價比。綜上所述，本發(fā)明所提供的一種用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法及裝置，基于CFRP優(yōu)異的力學(xué)性能、電化學(xué)特性和可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，利用CFRP兼作加固材料和輔助陽極的雙重特點(diǎn)，無需額外的輔助陽極，將結(jié)構(gòu)加固系統(tǒng)和陰極保護(hù)系統(tǒng)整合成一個結(jié)構(gòu)體系，并且采用了僅能輸出恒定電流或電壓數(shù)值的直流電源，而省去常規(guī)的檢測和控制系統(tǒng)，簡化了陰極保護(hù)裝置，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)加固和鋼筋保護(hù)的雙重效果，進(jìn)而有效提高了結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，以及明顯降低了結(jié)構(gòu)修復(fù)的成本。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其特征在于，包括步驟: A、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域鑿去疏松的混凝土，并打磨平整； B、將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體內(nèi)埋置的需要保護(hù)的多根主鋼筋之間進(jìn)行電性連接； C、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域表面設(shè)置CFRP片材； D、在所述主鋼筋與CFRP片材之間連接一用于對主鋼筋施加恒定大小的電流的外部電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其特征在于，所述CFRP片材為綜合利用CFRP的力學(xué)性能和電化學(xué)特性的以CFRP為主體的復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其特征在于，所述步驟C中，所述主鋼筋埋置在所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中，所述CFRP片材與混凝土之間通過具有導(dǎo)電功能的粘結(jié)材料相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法，其特征在于，所述粘結(jié)材料為添加導(dǎo)電顆粒的環(huán)氧樹脂膠。
5.一種用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行保護(hù)，其特征在于，所述用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置包括設(shè)置在所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域表面的CFRP片材及用于對埋置在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體中的多根主鋼筋施加恒定大小的電流的外部電源；所述多根主鋼筋之間電性連接，所述外部電源連接于主鋼 筋與CFRP片材之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其特征在于，所述主鋼筋埋置在所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中，所述CFRP片材與混凝土之間通過具有導(dǎo)電功能的粘結(jié)材料相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其特征在于，所述粘結(jié)材料為添加了導(dǎo)電顆粒的環(huán)氧樹脂膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其特征在于，所述主鋼筋、混凝土、CFRP片材、外部電源依次電性連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其特征在于，所述CFRP片材為CFRP板，所述CFRP板的厚度為I 2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固裝置，其特征在于，所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體為矩形結(jié)構(gòu)或圓柱形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)的加固方法及裝置，其中，所述方法包括步驟在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域鑿去疏松的混凝土，并打磨平整；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的加固區(qū)域表面設(shè)置CFRP片材；將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體內(nèi)埋置的多根主鋼筋之間進(jìn)行電性連接；在所述主鋼筋與CFRP片材之間連接一用于對主鋼筋施加預(yù)定大小的電流的外部電源。其中，CFRP片材起到了加固材料和輔助陽極的雙重功能，無需其它額外的陽極，并采用了無控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的簡易外加電流陰極保護(hù)裝置，提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，并顯著提高了其性價比。
文檔編號C23F13/06GK103205758SQ20131013138
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者朱繼華, 邢鋒, 韓寧旭, 劉偉, 王衛(wèi)侖, 朱淼長 申請人:深圳大學(xué)