阅读说明：本技术 一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置及方法 (Underground structure leakage crack field repairing device and method based on electrodeposition ) 是由 陈庆 朱合华 朱志远 于 2019-08-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置及方法,用以修复不超过2mm的结构裂缝,该装置包括：可调节直流电源：用以产生可调节的弱电流；电解液承载器：外挂在带裂缝的损伤地下结构的裂缝处,用以承载电解时所需电解液,并且电解液内设置电沉积修复阳极,其通过导线与可调节直流电源正极连接；钢筋：设置在带裂缝的损伤地下结构中作为电沉积修复阴极,通过导线与可调节直流电源负极连接。与现有技术相比,本发明具有无损修复、减少侵蚀、修复可调、实时监测等优点。(The invention relates to an underground structure leakage crack on-site repairing device and method based on electrodeposition, which are used for repairing a structural crack not exceeding 2mm, and the device comprises: adjustable DC power supply: to generate an adjustable weak current; electrolyte carrier: the electrolytic solution is externally hung at the crack of the damaged underground structure with the crack and is used for bearing the electrolyte required during electrolysis, and an electrodeposition repair anode is arranged in the electrolyte and is connected with the anode of the adjustable direct-current power supply through a lead; reinforcing steel bars: the cathode is arranged in a damaged underground structure with cracks and used as an electrodeposition repair cathode, and is connected with the cathode of an adjustable direct current power supply through a lead. Compared with the prior art, the method has the advantages of nondestructive repair, erosion reduction, repair adjustability, real-time monitoring and the like.)

一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置及方法

技术领域

本发明涉及渗漏裂缝修复领域，尤其是涉及一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置及方法。

背景技术

地下结构在地下水、土压力、列车反复振动荷载(如地铁衬砌结构)、温度应力等内外环境作用下，将不可避免的产生裂缝，严重影响其健康服役性能。开展地下结构混凝土裂缝修复已是当前研究的热点。

针对不同混凝土裂缝有不同修复方法，如便于表层的微细裂缝可用表面处理法进行修复，对于较大的表层裂缝可用填充法进行，但这些方法无法对内部裂缝进行修复。对于渗透的地下结构裂缝，目前常采用灌浆法进行修复。然而，灌浆法常需要开孔，压浆等工艺，对结构本体损伤大，同时，修复后结构表面有色差等表观质量问题。而且，压浆过程容易造成溅浆至施工人员受伤，给施工安全带来隐患。

电化学沉积方法是一种新兴的适用于水环境下混凝土裂缝修复手段，其裂缝修复过程无需开孔，对结构损伤小，同时，修复过程主要通过微弱电场诱导进行，对施工人员的安全性几乎不影响。

国际上，日本自20世纪80年代后期就开始进行利用电化学沉积方法修复海工混凝土结构的研究，以带裂缝的海工混凝土结构中的钢筋为阴极，同时在海水中放置难溶性阳极，两者之间施加弱电流，在电位差的作用下正负离子分别向两极移动，并发生一系列的反应，最后在海工混凝土结构的表面和裂缝里生成沉积物，覆盖混凝土表面，愈合混凝土裂缝。这些沉积物不仅为混凝土提供了物理保护层，而且也在一定程度上阻止有害物质侵蚀混凝土，具体如图1所示。

当前，关于电沉积法用于修复地下结构混凝土裂缝的研究还很少，对于电沉积法现场修复地下结构裂缝的研究几乎空白。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置，用以修复不超过2mm的结构裂缝，该装置包括：

可调节直流电源：用以产生可调节的弱电流；

电解液承载器：外挂在带裂缝的损伤地下结构的裂缝处，用以承载电解时所需电解液，并且电解液内设置电沉积修复阳极，其通过导线与可调节直流电源正极连接；

钢筋：设置在带裂缝的损伤地下结构中作为电沉积修复阴极，通过导线与可调节直流电源负极连接。

进一步地，所述的电解液为复盐电解质溶液。

进一步地，所述的电沉积修复阳极可为钌铱钛板或石墨等可导电材料。

进一步地，所述的电解液承载器为亚克力盆或凝胶体等承载电解质的容器。

进一步地，在带裂缝的损伤地下结构中还开设多个用以设置参比电极的参比电极埋置孔。

一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复方法，包括以下步骤：

1)现场修复前处理，具体包括以下步骤：

11)混凝土表面预处理：

根据裂缝位置使用砂纸打磨待修复混凝土表面，并用高压水枪清洗裂缝。并采用读数显微镜和刻度尺记录渗透裂缝长度和宽度；

12)待修复裂缝混凝土区域的确定：

以覆盖裂缝为基本要求，并根据现场需要适当放大修复区域，以便安装修复装置；

13)电沉修复积阴极的连接：

当裂缝周边有外露钢筋时，经电联通测试后，则直接作为阴极，当裂缝周边无外露钢筋时，则在待修复裂缝混凝土区域，使用钢筋探测仪探测最近一根横向主钢筋位置，钻孔后将电缆一端伸入钢筋并绑扎固定，操作完成后，使用砂浆密封凿毛孔；

14)参比电极的安装：

当现场设有预埋参比电极时，经检验没有损坏则直接使用，当没有预埋参比电极时，则经过校验后安装新的参比电极，安装位置选在极化电位较高处；

15)电解液承载器与外置电沉修复积阳极的安装：

电解液承载器采用外挂式容器，容器内先放置放钌铱钛板作为外置电沉修复积阳极，采用玻璃胶预固定在电解液承载器中并进行环氧密封处理；

16)电解质溶液配置；

17)电源的连接：

使用标准电缆连接电源、钢筋和阳极，并对接头进行绝缘密封处理，电压强度控制在36伏以下；

2)现场修复及监控，具体包括以下步骤：

21)在电化学沉积修复前，先使用电压设计值20％进行通电处理，确定各部分组件正常运行，同时通过参比电极记录对应极化电位；

22)正常通电工作下，记录参比电极电位并存储；

23)设置通电时间，以裂缝被沉积物覆盖为准。

进一步地，所述的步骤16)中，电解质溶液为复盐电解质溶液，具体为产生沉淀的钙盐和镁盐为主的电解质溶液。

进一步地，所述的复盐电解质溶液为镁盐溶液、钙盐溶液和碳酸氢钠的混合溶液，其中，镁盐溶液、钙盐溶液的浓度比范围为1至10，碳酸氢钠溶液的摩尔浓度为钙盐浓度的10％-50％，钙盐溶液浓度为0.01-0.1mol/L。

优选地，镁盐溶液可选择氯化镁或硝酸镁溶液，钙盐溶液可选择氯化钙或硝酸钙溶液。

进一步地，所述的步骤22)中，对于硫酸铜电极，当电位低于-1100mV时，则及时断电，以防止产生氢脆效应，之后下调电压，继续沉积。

进一步地，所述的步骤23)中，通电时间设置为7-14天。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、将电化学沉积方法用于地下结构混凝土裂缝修复，相较于传统修复方法，该方法可实现渗漏裂缝内部的无损修复。

二、地下水裂缝通道成为电沉积反应的主要场所，变不利为有利，解决传统修复方法在水环境下修复的局限性。

三、电流使混凝土内部有害离子迁移与电解质重离子反应沉淀，减少有害离子对钢筋的侵蚀，保证钢筋的耐久性。

四、根据修复环境的不同，可以调整电化学沉积修复溶液的类型和电流密度等，对电沉积修复效果进行调控，以达到理想的修复结果。

五、电沉积修复全程使用参比电极对钢筋电位进行实时监测，对钢筋腐蚀与氢脆效应起到监控预警作用。

附图说明

图1为现有电化学沉积法修复水工结构示意图。

图2为实施例中基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明针对当前地下结构渗透裂缝修复方法存在的不足，结合海洋环境下混凝土裂缝电沉积修复原理，提出了“基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置与修复方法”。对比灌浆修复，该方法无需对地下结构进行开孔或者开槽处理，减少了当前地下结构裂缝修复对结构的损伤，对比表面处理技术，该方法是利用离子迁移和沉积反应实现裂缝修复，可以有效实现微细裂缝的内部修复。

如图1所示，本发明提供一种基于电沉积的地下结构渗漏裂缝现场修复装置，该装置由可调节直流电源1、电解液承载器2、导线3、参比电极埋置孔5，复盐电解质溶液6、钌铱钛板7和钢筋8。各组成部分的功能和相互连接关系如表1所示。

表1现场装置各组成部分的功能说明

现场修复的具体流程如下：

1、现场修复前处理

步骤一：混凝土表面预处理

现场考察裂缝位置，使用砂纸打磨待修复混凝土表面，并用高压水枪清洗裂缝。根据工程需要，可使用读数显微镜、刻度尺记录渗透裂缝长度，宽度；

步骤二：修复区域的确定

以覆盖可加裂缝为基本要求，可以根据现场需要适当放大区域，以便修复装置安装；

步骤三：电沉积阴极的连接

如裂缝周边有外露钢筋，经电联通测试后，可以直接为阴极，如无外露钢筋，可在待修复裂缝混凝土区域，使用钢筋探测仪探测最近一根横向主钢筋位置，钻孔后将电缆一端伸入钢筋，绑扎固定。操作完成后，及时将凿毛孔使用砂浆密封；

步骤四：参比电极的安装

如果现场有预埋参比电极，经检验没有损坏可以直接使用。如果没有，那么新的参比电极要经过校验后才可以进行安装，安装位置可以选极化电位较高处；

步骤五：电解液承载器与外置阳极安装

电解液承载器可采用外挂式容器，容器内先置放钌铱钛板阳极。使用玻璃胶预固定电解液承载器，使用环氧密封处理；

步骤六：电解质溶液配置

借鉴海水中离子分布，通过复盐电解质溶液进行修复。主要是可以产生沉淀的钙盐和镁盐等为主的电解质溶液。例如可以是包括氯化镁、氯化钙、碳酸氢钠等溶液，其中，氯化镁和氯化钙比例根据现场情况可以从1至10之间波动，碳酸氢钠溶液可为钙盐的10％-50％，其中氯化钙溶液浓度为(0.01-0.1)mol/L；

步骤七：电源的连接

使用标准电缆连接电源、钢筋、阳极板，并对接头进行绝缘密封处理，电压强度控制在36伏以下；

2、现场修复过程监控和效果评价

第一、在电化学沉积修复前，先使用电压设计值20％进行通电处理，确定各部分组件正常运行，同时通过参比电极记录对应极化电位。

第二、正常通电工作下，参比电极电位由机器记录。每三天需储存一次数据，重新记录。对于硫酸铜电极，电位若低于-1100mV，应及时断电，以防止产生氢脆效应。之后下调电压，继续沉积。

第三、通电时间为7-14天，以裂缝被沉积物覆盖为准。