阅读说明：本技术 一种电化学萃取钢筋混凝土中氯离子改进方法 (Chloride ion improved method in a kind of electrochemistry extraction armored concrete ) 是由 李悦 张国胜 王子赓 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：一种电化学萃取钢筋混凝土中氯离子改进方法,涉及钢筋混凝土电化学萃取的领域。其中1)在锈蚀的钢筋混凝土结构上按平行网格形状钻出孔洞。2)对钻孔后的钢筋混凝土结构进行饱水预湿处理使混凝土保护层润湿。3)将预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒插入预制孔洞中；4)将预制磷酸镁水泥砂浆棒作为电化学萃取的外部阳极,锈蚀钢筋混凝土结构中钢筋作为阴极,在通电条件下把混凝土结构中的氯离子萃取到预制砂浆棒的端部。5)氯离子萃取结束后将露出混凝土试件表面的预制磷酸镁水泥砂浆棒切除。本发明不用铺设钢丝网、钛网,节约成本；不用在构件上设置水槽浸泡电解液,工艺简单方便可行；氯离子的萃取效率更高,且萃取结束后构件强度不下降。(Chloride ion improved method in a kind of electrochemistry extraction armored concrete, is related to the field of armored concrete electrochemistry extraction.Wherein hole 1) is drilled out by parallel grid shape on the reinforced concrete structure of corrosion.2) carrying out full water pre-wetted treatment to the reinforced concrete structure after drilling soaks concrete cover.3) prefabricated high conductivity magnesium phosphate cement mortar bars are inserted into prefabricated hole；4) external anode for extracting prefabricated magnesium phosphate cement mortar bars as electrochemistry, reinforcing bar is extracted into the chloride ion in concrete structure under power on condition the end of prefabricated mortar bars as cathode in CORRODED REINFORCED CONCRETE STRUCTURE.5) the prefabricated magnesium phosphate cement mortar bars for exposing concrete sample surface are cut off after chloride ion extraction.The present invention does not have to be laid with steel wire, titanium net, save the cost；Electrolyte is impregnated without sink is arranged on component, simple process facilitates feasible；The extraction efficiency of chloride ion is higher, and component strength does not decline after extraction.)

一种电化学萃取钢筋混凝土中氯离子改进方法

技术领域

本发明属于钢筋混凝土电化学的技术领域，涉及一种钢筋混凝土电化学除氯的改进方法。

背景技术

钢筋混凝土是当今世界最广泛应用的建筑材料，但在钢筋混凝土结构服役过程中，由于氯盐的侵蚀引起的钢筋锈蚀是目前混凝土结构最常见的破坏形式。钢筋锈蚀引起混凝土结构的破坏使建筑物存在巨大的安全隐患，严重缩短了其服役寿命。近年来，开发的电化学除盐技术能有效去除混凝土中的氯离子，降低钢筋的锈蚀风险，解决传统维护方法引起混凝土结构服役寿命差的问题，提高混凝土结构的耐久性。

现有的电化学除氯技术工艺是，以混凝土中钢筋为阴极，外加外部阳极，在阴阳极之间施加电场，电场作用将带负电氯离子通过混凝土中的孔隙传输至混凝土外部的电解液中，从而降低混凝土中氯离子含量，抑制钢筋的锈蚀，常见的外部阳极材料有普通钢丝网、钛网、碳纤维；但上述除氯装置在除氯过程中存在一定的弊端：普通钢丝网容易锈蚀，除氯效果不佳；而钛网和碳纤维价格昂贵，铺设较困难，难以大面积应用于实际工程中。且以上装置都需要在构件上设置水槽，使构件浸在电解液中，从而把氯离子萃取到电解液中，但是在实际工程中，对柱、梁、板、剪力墙、顶棚等构件设置水槽，使构件浸在电解液中是极其困难的。

针对上述问题，提出了将预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒***锈蚀钢筋混凝土结构中作为阳极，把氯离子萃取到预制砂浆棒的端部，结束后将露出混凝土试件表面的预制磷酸镁水泥砂浆棒切除即可。本发明不用铺设钢丝网、钛网、碳纤维布，节约成本；更不用在构件上设置水槽浸泡电解液，工艺简单方便可行；氯离子的萃取效率更高，且萃取结束后构件强度，不影响结构的耐久性和安全性，具有广阔的应用前景。

发明内容

针对传统电化学除氯方法存在除氯效率低、造价昂贵、施工工艺复杂的问题，提出一种除氯效率更高、节约成本、工艺简单可行的萃取氯离子改进新方法。

一种电化学萃取钢筋混凝土中氯离子改进方法，萃取氯离子步骤如图1所示，其特征在于：1)在锈蚀的钢筋混凝土结构上按平行网格形状钻出孔洞，网格中心点横向和纵向间距分别为20-40cm，孔洞的直径为3-5cm，孔洞的深度达到混凝土保护层厚度，当抵达钢筋表面则停止。2)对钻孔后的钢筋混凝土结构进行饱水预湿处理使混凝土保护层润湿。3)预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒，然后在其表面涂抹一层1-2mm厚的磷酸镁水泥净浆，再将砂浆棒***预制孔洞中，砂浆棒长度为8-10cm，并保证能够在混凝土表面露出砂浆棒5-7cm；4)将预制磷酸镁水泥砂浆棒作为电化学萃取的外部阳极，锈蚀钢筋混凝土结构中钢筋作为阴极，在一定通电条件下把混凝土结构中的氯离子萃取到预制砂浆棒的端部。5)氯离子萃取结束后将露出混凝土试件表面的预制磷酸镁水泥砂浆棒切除。

所述的预湿处理是在混凝土表面喷水后再用饱含自来水的湿润海绵覆盖在混凝土结构表面，并保湿3天以上，使混凝土保护层润湿。

所述的磷酸镁水泥净浆的制备方法为：

(1)原料包括1600℃煅烧的MgO(简称M)与工业级磷酸二氢钾(简称P)，二者的摩尔比例M/P：4～5；

(2)原料包括缓凝剂硼砂，其掺量是MgO质量的5％～15％；

(3)原料包括长度1-2mm碳纤维或氧化石墨烯作为导电材料，其掺量是MgO质量的0.01％～0.05％；

(4)水与以上固体原材料的质量比：0.14～0.16；

(5)净浆的制备方法是：按比例称量各种组份，首先将固体材料搅拌均匀，然后加入水再搅拌2～3分钟即可，磷酸镁水泥应该在20分钟内使用完毕。

所述的预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒的制备方法为：

(1)采用组成与上述3中相同的磷酸镁水泥作为胶凝材料；

(2)采用细度模数2.7～3.3的沙子作为骨料，磷酸镁水泥与沙子的质量比为1:1.5～1:2；

(3)发泡剂采用工业级碳酸氢盐，其掺量为MgO质量的5-10％。

(4)按比例称量各种组份，首先将固体粉料搅拌均匀，然后加入固体粉料质量15％-20％的水，搅拌2～3分钟后得到磷酸镁水泥砂浆。将砂浆倒入长度8-10cm、直径与混凝土孔洞相同的圆柱形模具中养护7～10天，脱模后在室内环境下保存。

(5)使用磷酸镁水泥砂浆棒之前要在pH为10的Na₃BO₃溶液中浸泡24小时。

萃取氯离子的实施步骤特征在于：将预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒作为电化学萃取的外部阳极，孔洞中裸露出的锈蚀钢筋作为电化学萃取的阴极，分别用导线连接于外加直流电源，电流密度控制在2.5A/m²～3A/m²(相对于钢筋的比表面积)，通电时间30d～42d，对锈蚀混凝土试件进行除氯。萃取结束后把预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒高出混凝土表面的端头部分切除掉即可。

附图说明

图1是氯离子萃取步骤示意图

具体实施方式

为进一步体现本发明的效果，下面结合具体应用实例对本发明进行详细阐述。

实例1：

一种电化学萃取钢筋混凝土中氯离子改进方法，应用于尺寸为长300cm*宽300cm*高12cm的锈蚀钢筋混凝土板，所用的磷酸镁水泥净浆的制备方法为：

(1)原料包括1600℃煅烧的MgO(简称M)与工业级磷酸二氢钾(简称P)，二者的摩尔比例M/P：4；

(2)原料包括缓凝剂硼砂，其掺量是MgO质量的5％；

(3)原料氧化石墨烯作为导电材料，其掺量是MgO质量的0.01％；

(4)水与以上固体原材料的质量比：0.14；

(5)净浆的制备方法是：按比例称量各种组份，首先将固体材料搅拌均匀，然后加入水再搅拌2分钟即可，磷酸镁水泥应该在20分钟内使用完毕。

预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒的制备方法为：

(1)采用组成与上述相同的磷酸镁水泥净浆作为胶凝材料；

(2)采用细度模数2.7的沙子作为骨料，磷酸镁水泥与沙子的质量比为1:1.5；

(3)发泡剂采用工业级碳酸氢盐，具体是碳酸氢钠以下实施例相同但不局限于此，其掺量为MgO质量的5％。

(4)按比例称量各种组份，首先将固体粉料搅拌均匀，然后加入固体粉料质量15％的水，搅拌3分钟后得到磷酸镁水泥砂浆。将砂浆倒入长度8cm、直径与混凝土孔洞相同的圆柱形模具中养护7天，脱模后在室内环境下保存。

(5)使用磷酸镁水泥砂浆棒之前要在pH为10的Na₃BO₃溶液中浸泡24小时。

萃取氯离子的实施步骤：1)在锈蚀的钢筋混凝土板结构上按平行网格形状钻出孔洞，网格中心点横向间距40cm，纵向间距40cm，孔洞的直径为3cm，孔洞的深度达到混凝土保护层厚度，当抵达钢筋表面则停止。2)对钻孔后的钢筋混凝土板结构喷水，然后再用饱含自来水的湿润海绵覆盖在混凝土板结构表面，并保湿3天以上，使混凝土保护层润湿。3)在预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒表面涂抹一层1mm厚的磷酸镁水泥净浆，再将砂浆棒***预制孔洞中。4)将预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒作为电化学萃取的外部阳极，孔洞中裸露出的锈蚀钢筋作为电化学萃取的阴极，分别用导线连接于外加直流电源，电流密度控制在3A/m²(相对于钢筋的比表面积)，通电时间42d，对锈蚀混凝土板进行除氯。5)萃取结束后把预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒高出混凝土表面的端头部分切除掉即可。

实例2：

一种电化学萃取钢筋混凝土中氯离子改进方法，应用于尺寸为长400cm*宽35cm*高40cm的锈蚀钢筋混凝土梁，所用的磷酸镁水泥净浆的制备方法为：

(1)原料包括1600℃煅烧的MgO(简称M)与工业级磷酸二氢钾(简称P)，二者的摩尔比例M/P：4.5；

(2)原料包括缓凝剂硼砂，其掺量是MgO质量的10％；

(3)原料包括长度1-2mm碳纤维作为导电材料，其掺量是MgO质量的0.03％；

(4)水与以上固体原材料的质量比：0.15；

(5)净浆的制备方法是：按比例称量各种组份，首先将固体材料搅拌均匀，然后加入水再搅拌2.5分钟即可，磷酸镁水泥应该在20分钟内使用完毕。

预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒的制备方法为：

(1采用组成与上述相同的磷酸镁水泥净浆作为胶凝材料；

(2)采用细度模数3的沙子作为骨料，磷酸镁水泥与沙子的质量比为1:1.7；

(3发泡剂采用工业级碳酸氢盐，其掺量为MgO质量的8％。

(4)按比例称量各种组份，首先将固体粉料搅拌均匀，然后加入固体粉料质量17％的水，搅拌2.5分钟后得到磷酸镁水泥砂浆。将砂浆倒入长度9cm、直径与混凝土孔洞相同的圆柱形模具中养护8天，脱模后在室内环境下保存。

(5)使用磷酸镁水泥砂浆棒之前要在pH为10的Na₃BO₃溶液中浸泡24小时。

萃取氯离子的实施步骤：1)在锈蚀的钢筋混凝土梁结构上按平行网格形状钻出孔洞，网格中心点横向间距25cm，纵向间距30cm，孔洞的直径为4cm，孔洞的深度达到混凝土保护层厚度，当抵达钢筋表面则停止。2)对钻孔后的钢筋混凝土梁结构喷水，然后再用饱含自来水的湿润海绵覆盖在混凝土梁结构表面，并保湿3天以上，使混凝土保护层润湿。3)在预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒表面涂抹一层1.5mm厚的磷酸镁水泥净浆，再将砂浆棒***预制孔洞中。4)将预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒作为电化学萃取的外部阳极，孔洞中裸露出的锈蚀钢筋作为电化学萃取的阴极，分别用导线连接于外加直流电源，电流密度控制在2.7A/m²(相对于钢筋的比表面积)，通电时间36d，对锈蚀混凝土梁进行除氯。5)萃取结束后把预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒高出混凝土表面的端头部分切除掉即可。

实例3：

一种电化学萃取钢筋混凝土中氯离子改进方法，应用于尺寸为长40cm*宽40cm*高300cm的锈蚀钢筋混凝土柱，所用的磷酸镁水泥净浆的制备方法为：

(1)原料包括1600℃煅烧的MgO(简称M)与工业级磷酸二氢钾(简称P)，二者的摩尔比例M/P：5；

(2)原料包括缓凝剂硼砂，其掺量是MgO质量的15％；

(3)原料包括长度1-2mm碳纤维作为导电材料，其掺量是MgO质量的0.05％；

(4)水与以上固体原材料的质量比：0.16；

(5)净浆的制备方法是：按比例称量各种组份，首先将固体材料搅拌均匀，然后加入水再搅拌3分钟即可，磷酸镁水泥应该在20分钟内使用完毕。

预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒的制备方法为：

(1采用组成与上述相同的磷酸镁水泥净浆作为胶凝材料；

(2)采用细度模数3.3的沙子作为骨料，磷酸镁水泥与沙子的质量比为1:2；

(3发泡剂采用工业级碳酸氢盐，其掺量为MgO质量的10％。

(4)按比例称量各种组份，首先将固体粉料搅拌均匀，然后加入固体粉料质量20％的水，搅拌3分钟后得到磷酸镁水泥砂浆。将砂浆倒入长度10cm、直径与混凝土孔洞相同的圆柱形模具中养护10天，脱模后在室内环境下保存。

(5)使用磷酸镁水泥砂浆棒之前要在pH为10的Na₃BO₃溶液中浸泡24小时。

萃取氯离子的实施步骤：1)在锈蚀的钢筋混凝土柱结构上按平行网格形状钻出孔洞，网格中心点横向间距20cm，纵向间距20cm，孔洞的直径为5cm，孔洞的深度达到混凝土保护层厚度，当抵达钢筋表面则停止。2)对钻孔后的钢筋混凝土柱结构喷水，然后再用饱含自来水的湿润海绵覆盖在混凝土柱结构表面，并保湿3天以上，使混凝土保护层润湿。3)在预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒表面涂抹一层2mm厚的磷酸镁水泥净浆，再将砂浆棒***预制孔洞中。4)将预制的高导电性磷酸镁水泥砂浆棒作为电化学萃取的外部阳极，孔洞中裸露出的锈蚀钢筋作为电化学萃取的阴极，分别用导线连接于外加直流电源，电流密度控制在2.5A/m²(相对于钢筋的比表面积)，通电时间30d，对锈蚀混凝土柱进行除氯。5)萃取结束后把预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒高出混凝土表面的端头部分切除掉即可。

实验结果

除氯后，参照SL352—2006《水工混凝土试验规程》测定混凝土中的水溶性氯离子浓度，计算得到的除氯效率如表1所示；按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试除氯前后经过钻心取样得到的混凝土构件表面试块的抗压强度，应用本发明改进方法除氯后混凝土试块强度除以除氯前混凝土试块强度定义为“强度比”，结果如表2所示。

(1)锈蚀钢筋混凝土构件除氯效率

表1实例1-3中锈蚀构件的除氯效率(wt％)

组号	实例1	实例2	实例3
				除氯效率(％)	84.4	82.6	87.3

(2)锈蚀钢筋混凝土试件除氯前后强度比

表2实例1-3中锈蚀构件除氯前后强度比

组号	实例1	实例2	实例3
				强度比	1.01	1.02	0.99

(注：除氯前后强度比是指：应用本发明改进方法除氯后混凝土试块强度除以除氯前混凝土试块强度)

从表1和表2可以看出：把预制预制高导电性磷酸镁水泥砂浆棒置入锈蚀钢筋混凝土构件作为阳极，萃取氯离子的效率高，且萃取后锈蚀构件的混凝土材料强度与除氯前混凝土材料强度几乎相等，不影响结构的耐久性和安全性，具有广阔的应用前景。