便于安裝和更換的鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置及方法
【專利摘要】便于安裝和更換的鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置及方法。該裝置電極電位與混凝土內鋼筋的電極電位之間存在電位差，該裝置與混凝土內的鋼筋電連接，形成原電池的負極與正極，特征是氯離子定向吸收裝置由鎂合金、保持鎂合金電化學活性的填充材料以及盛放鎂合金及填充材料的模具組成，模具安裝固定于混凝土表面，所述鎂合金埋設在模具內的填充材料中間，所述填充材料與混凝土直接緊密接觸。本發(fā)明的裝置與方法能有效地將預應力鋼筋混凝土內的氯離子定向吸收到裝置中，延長預應力鋼筋混凝土結構的使用壽命15年以上。不需要鑿除大量被氯鹽污染的混凝土，以節(jié)省人力和物力；所用的設備低廉；氯離子定向吸收裝置開路電位穩(wěn)定，安裝與更換簡單方便。
【專利說明】便于安裝和更換的鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種預應力鋼筋混凝土防腐蝕裝置及方法，尤其涉及一種將預應力鋼 筋混凝土內有害氯離子定向吸收到防腐保護裝置中，以及利用這種裝置延長鹽污染大氣環(huán) 境中預應力鋼筋混凝土結構使用壽命的方法。

【背景技術】
[0002] 預應力鋼筋混凝土結構，同普通鋼筋混凝土結構一樣，在運營過程中，腐蝕破損的 形勢十分嚴重，尤其是氯鹽污染環(huán)境中。
[0003] 對于大氣環(huán)境中已遭受氯鹽污染的預應力混凝土結構而言，目前通過采用鑿除加 修補的常規(guī)做法，即鑿除局部破損的混凝土保護層，露出其內預應力鋼筋并進行處理，然后 用優(yōu)質的混凝土或聚合物改性砂漿恢復至原斷面。這只是一種急救的修補措施，不能達到 治愈的目的。主要原因在于該技術不能有效清除混凝土內的有害氯離子，而且修補材料與 原混凝土的差異又形成新的電偶腐蝕，致使修復效果不佳，造成屢修屢壞的不良局面。
[0004] 中國專利CN201358214提供了一種混凝土電化學脫鹽系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括穩(wěn)流直流 電源、第一木質纖維層、鈦網(wǎng)、第二木質纖維層、水泵、電解質槽、用于潤濕木質纖維的淋液 桶和鋼筋混凝土構件，在鋼筋混凝土構件側面從里到外依次鋪設有第一木質纖維層、鈦網(wǎng) 和第二木質纖維層，所述第二木質纖維層外表面用薄膜包裹；鈦網(wǎng)和鋼筋混凝土構件內鋼 筋分別與穩(wěn)流直流電源的正、負極輸出端相連接；用于潤濕木質纖維的淋液桶安放于鋼筋 混凝土構件上方，水泵的進液口與電解質槽相通，水泵的出液口通過輸液管與淋液桶連通。
[0005] 中國專利CN102926349A提供一種基于電化學脫鹽的海港工程混凝土結構修補加 固處理方法，其包括以下步驟：（1)對混凝土構件進行構件表面檢測評估、修補和處理；（2) 電化學脫鹽處理；（3)根據(jù)修補時構件的狀態(tài)和修補加固后使用壽命的要求確定脫鹽處理 后采用碳纖維加固或涂層防腐進一步提高結構的安全性或耐久性。
[0006] 上述兩項專利申請的技術方案，均需采用直流電流提供電流，電流密度較大，系統(tǒng) 復雜，運行期間需要專人維護和管理，且不適用于預應力鋼筋混凝土結構。
[0007] 陰極保護是國內外公認的延長混凝土結構使用壽命最有效的方法，可通過強制電 流和犧牲陽極兩種方式實現(xiàn)。這兩種方式的原理相同，都是對混凝土中的鋼筋通以陰極電 流，使其陰極極化，達到抑制混凝土內鋼筋腐蝕的目的。其中強制電流方式保護系統(tǒng)較為復 雜，運行期間需要專人維護和管理，儀器和陽極系統(tǒng)的損壞以及維護管理不善都會導致整 體陰極保護系統(tǒng)失效，且該方式不適用于預應力鋼筋混凝土結構；犧牲陽極方式具有安裝 簡單、運行期間無需維護和管理等優(yōu)點，但更換較為復雜。
[0008] 中國專利CN103205759A提供了一種無需控制的鋼筋混凝土結構陰極保護方法。 該申請專利以GFRP為輔助陽極，采用強制電流方式，不適合于預應力鋼筋混凝土構件。
[0009] 中國專利CN101244926A提供了一種大氣環(huán)境鋼筋混凝土犧牲陽極陰極保護裝置 及方法。該申請專利的技術方案是將鋅網(wǎng)格狀陽極埋設在導電砂漿中對混凝土內的鋼筋進 行陰極技術，系統(tǒng)安裝較為復雜，不可更換。


【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明提供一種便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置，該裝 置能定向吸收混凝土內部的氯離子，從而起到清除混凝土內氯離子，修復保護鋼筋混凝土 的目的。
[0011] 本發(fā)明的裝置與方法能有效地將預應力鋼筋混凝土內的氯離子定向吸收到裝置 中，延長預應力鋼筋混凝土結構的使用壽命15年以上。不需要鑿除大量被氯鹽污染的混凝 土，以節(jié)省人力和物力；所用的設備低廉；氯離子定向吸收裝置開路電位穩(wěn)定，安裝與更換 簡單方便。
[0012] 本發(fā)明的技術方案如下： 一種便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置，該裝置電極電位與混 凝土內鋼筋的電極電位之間存在電位差，該裝置與混凝土內的鋼筋電連接，形成原電池的 負極與正極，其特征在于： 所述氯離子定向吸收裝置由鎂合金、保持鎂合金電化學活性的填充材料以及盛放鎂合 金及填充材料的模具(該模具可以采用PVC槽)組成，該模具安裝固定于混凝土表面，所述鎂 合金埋設在模具內的填充材料中間，所述填充材料與混凝土直接緊密接觸。
[0013] 在優(yōu)化方案中，所述鎂合金為帶狀。
[0014] 所述保持鎂合金電化學活性的填充材料，由石膏粉、膨潤土、硫酸鈉、活性鹽和水 等組成，其中，石膏粉：膨潤土：硫酸鈉：活性鹽：水的重量比范圍為45~80 :15飛5 :1~10 : 0?20:0?30;本發(fā)明推薦采用的重量比為55?75:20?30 :4?5:5?6:15?25。
[0015] 所述活性鹽為溴化鋰或碘化鋰，或它們的混合物。
[0016] 所述裝置電極電位是指：本裝置中埋設在填充材料中的鎂合金，相對于飽和甘汞 參比電極的電位。
[0017] 所述混凝土內鋼筋的電極電位是指：混凝土內鋼筋相對于飽和甘汞參比電極的電 位。
[0018] 本發(fā)明裝置的開路電位穩(wěn)定，且負于-1. 50V (相對于飽和甘汞參比電極)。
[0019] 所述電連接，其結構是所述鋼筋上焊接有陰極電纜，所述裝置內的鎂合金上焊接 有陽極電纜，陽極電纜與陰極電纜連接在一起。
[0020] 該陽極電纜和陰極電纜的連接可通過接線盒連接。
[0021] 該陽極電纜與陰極電纜的焊接處均需作防水密封保護。
[0022] 完成本申請第二個發(fā)明任務的技術方案是，一種利用上述裝置對混凝土內的氯離 子進行定向吸收方法，其特征在于，步驟如下： (1).在預應力鋼筋混凝土構件上鑿除一小塊混凝土，露出一小段鋼筋； ⑵.將陰極電纜焊接在鋼筋上； ⑶.采用水泥砂漿將鑿除部位修復； ⑷.將模具（PVC槽）安裝固定混凝土表面； (5).將填充材料與鎂合金裝入PVC槽中：先于PVC槽中裝入的一半左右的填充材料，壓 實，再將已焊接陽極電纜的鎂合金放置在已壓實的填充材料表面，且距PVC槽四周等間距； 最后將另一半填充材料裝入PVC槽中壓實； (6).將模具（PVC槽）頂固密封，并進行防水密封處理； ⑴.將陰極電纜與陽極電纜連接在一起。
[0023] 上述方案的優(yōu)化方案有： 1、步驟⑶采用水泥砂漿將鑿除部位修復的同時，進行清除混凝土表面涂層及小的金屬 件的操作。
[0024] 2、最后，步驟(7)"將陰極電纜與陽極電纜連接在一起"是通過接線盒將陰極電纜與 陽極電纜連接在一起。
[0025] 其工作原理如下： 以混凝土中鋼筋為陰極，安裝在混凝土表面的氯離子定向吸收裝置（以下簡稱裝置）為 陽極，陰極與陽極組成原電池的正極與負極。通過電纜將原電池的正極與負極連接，由于裝 置的電極電位較負，在外部電纜中，電流由鋼筋流向裝置，在混凝土內部電流由裝置流向鋼 筋；而電子的流向與電流的流向相反，在混凝土內部，帶電子的氯離子由混凝土內部的鋼筋 流向外部的裝置，從而達到定向吸收氯離子到裝置的目的。
[0026] 本發(fā)明對處于氯鹽污染大氣環(huán)境中的預應力鋼筋混凝土內的氯離子進行定向吸 收處理，其特點是： 1、 安裝簡單、方便且可更換； 2、 運行期間不需要維護管理； 3、 可持續(xù)定向吸收混凝土內的氯離子。
[0027] 與局部鑿除加修補的常規(guī)做法相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下： 1、 不需要鑿除大量被氯鹽污染的混凝土，節(jié)省人力和物力，社會效益和經(jīng)濟效益顯 著； 2、 能有效將混凝土內的氯離子脫除，延壽結構的使用壽命15年以上。
[0028] 3、裝置的開路電位穩(wěn)定，且可更換簡單方便。
[0029] 與強制電流方式的電化學脫鹽相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下： 1、 不需要直流電源，不需要專人維護管理； 2、 對鋼筋混凝土不會產(chǎn)生任何負面作用； 3、 適用范圍廣，可用于預應力鋼筋混凝土。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0031] 實施例1，便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置，參照圖1 : 本發(fā)明的主體包括填充材料1、鎂合金2、PVC槽3、陽極電纜4、鋼筋混凝土 5、預應力鋼筋6、 陰極電纜7和接線盒8。
[0032] ⑴.在預應力鋼筋混凝土構件上鑿除一小塊混凝土，露出一小段鋼筋； ⑵.將陰極電纜焊接在鋼筋上； (3).采用水泥砂漿將鑿除部位修復；同時，進行清除混凝土表面涂層及小的金屬件的 操作。
[0033] (4).將模具（PVC槽）3安裝固定混凝土表面。
[0034] (5).將填充材料1與鎂合金2裝入PVC槽3中：先于PVC槽3中裝入的一半左右 的填充材料1，壓實，再將已焊接陽極電纜4的鎂合金2放置在已壓實的填充材料1表面，且 距PVC槽3四周等間距；最后將另一半填充材料1裝入PVC槽3中壓實。
[0035] (6).將模具（PVC槽）3頂固密封，并進行防水密封處理。
[0036] (7).通過接線盒，將陰極電纜與陽極電纜連接在一起。
【權利要求】
1. 一種便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置，該裝置電極電位 與混凝土內鋼筋的電極電位之間存在電位差，該裝置與混凝土內的鋼筋電連接，形成原電 池的負極與正極，其特征在于：所述氯離子定向吸收裝置由鎂合金、保持鎂合金電化學活性 的填充材料以及盛放鎂合金及填充材料的模具組成，該模具安裝固定于混凝土表面，所述 鎂合金埋設在模具內的填充材料中間，所述填充材料與混凝土直接緊密接觸。
2. 根據(jù)權利要求1所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置， 其特征在于：所述鎂合金為帶狀。
3. 根據(jù)權利要求1所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置， 其特征在于：所述保持鎂合金電化學活性的填充材料，由石膏粉、膨潤土、硫酸鈉、活性鹽 和水組成，其中，石膏粉：膨潤土：硫酸鈉：活性鹽：水的重量比范圍為45~80 :15飛5 :1~10 : 0?20:0?30。
4. 根據(jù)權利要求3所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置， 其特征在于：所述石膏粉：膨潤土 ：硫酸鈉：活性鹽：水的重量比范圍55?75 :2(Γ30 :4飛： 5?6:15?25。
5. 根據(jù)權利要求1所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置， 其特征在于：所述活性鹽為溴化鋰或碘化鋰，或它們的混合物。
6. 根據(jù)權利要求1-5之一所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸 收裝置，其特征在于：所述電連接，其結構是所述鋼筋上焊接有陰極電纜，所述裝置內的鎂 合金上焊接有陽極電纜，陽極電纜與陰極電纜連接在一起。
7. 根據(jù)權利要求6所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置， 其特征在于：所述陽極電纜和陰極電纜的連接是通過接線盒連接。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收 裝置，其特征在于：陽極電纜與陰極電纜的焊接處均需作防水密封保護；所述模具采用PVC 槽。
9. 利用權利要求1所述的便于安裝和更換的預應力鋼筋混凝土氯離子定向吸收裝置 對混凝土內的氯離子進行定向吸收方法，其特征在于，步驟如下： ⑴.在預應力鋼筋混凝土構件上鑿除一小塊混凝土，露出一小段鋼筋； ⑵.將陰極電纜焊接在鋼筋上； ⑶.采用水泥砂漿將鑿除部位修復； ⑷.將模具安裝固定混凝土表面； (5) .將填充材料與鎂合金裝入PVC槽中：先于PVC槽中裝入的一半左右的填充材料，壓 實，再將已焊接陽極電纜的鎂合金放置在已壓實的填充材料表面，且距PVC槽四周等間距； 最后將另一半填充材料裝入PVC槽中壓實； (6) .將模具頂固密封，并進行防水密封處理； ⑴.將陰極電纜與陽極電纜連接在一起。
10. 根據(jù)權利要求9所述的對混凝土內的氯離子進行定向吸收方法，其特征在于，步驟 ⑶采用水泥砂漿將鑿除部位修復的同時，進行清除混凝土表面涂層及小的金屬件的操作； 步驟(7)"將陰極電纜與陽極電纜連接在一起"是通過接線盒將陰極電纜與陽極電纜連接在 一起。
【文檔編號】C23F13/08GK104046998SQ201410280899
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】李森林, 朱雅仙, 楊吳禮, 奚圣海, 王世堅, 徐雪峰, 蔡偉成 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院, 寧波市交通工程質量安全監(jiān)督站, 寧波港海港工程有限公司