浅议电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的应用

柴焕芳

（山东理工大学，淄博,255049）

浅议电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的应用

柴焕芳

（山东理工大学，淄博,255049）

本文主要阐述了混凝土产生裂缝原因，提出了电化学沉积法在水下钢筋混凝土裂缝的修复中的应用。

钢筋混凝土；裂缝；电化学沉积；应用

1 钢筋混凝土产生裂缝的原因

混凝土结构裂缝产生的原因很多，有变形引起的、有荷载作用引起的、有养护不当和化学作用引起的等各种情况，但大致可将原因归纳为内因和外因两大类。

1.1 内因：混凝土原材料不合格、配合比及均匀性欠佳。混凝土原材料中含碱性离子比重大，碱性离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水分而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。

混凝土具有湿胀干缩的性质，在外界环境的湿度变化剧烈的情况下，导致体积的膨胀与收缩不协调，出现裂缝。

水工混凝土浇筑后的硬化初期，水泥水化热使其内部与外部温差较大，内部高温使混凝土膨胀，从而造成混凝土内部受压外部受拉，形成裂缝。自生变形产生的内应力，诱导混凝土产生裂缝。

1.2 外因：水工混凝土浇筑后，未能及时压实抹光、洒水养护，暴露的混凝土表面因风吹日晒水分迅速蒸发变干，体积收缩，而内部仍旧是塑性体，导致表面裂缝的产生。

混凝土脱模时间控制不当，在混凝土力学性能尚达不到抗裂能力的要求时，提前拆模，导致混凝土产生裂缝。

建筑物地基的不均匀沉降，使结构受迫变形导致混凝土产生裂缝。

水工混凝土碳化或酸性介质的侵入引起内部钢筋的锈蚀，导致混凝土体积膨胀，引起混凝土中产生膨胀应力，形成沿钢筋的顺筋裂缝。

混凝土结构在工作环境中受到动静荷载作用，产生的弯矩、剪力、扭矩和轴向拉力都可能引起钢筋混凝土构件的开裂。

2 钢筋混凝土裂缝常用的修复方法

2.1 结构加固法

结构加固法是在混凝土结构的裂缝周围或外部采用一些措施改变原结构受力体系，如采用浇筑钢筋混凝土围套或包钢筋等方法将混凝土结构构件箍紧,使混凝土结构构件的受力面积增大,进而提高结构的承载力和刚度。这种方法适用于有深进及贯穿性裂缝的混凝土结构，这样的裂缝对混凝土结构的完整性及承载力有较大的影响。结构加固法适用范围广,操作工艺简单,但现场湿作业的工程量较大，养护周期较长，且加固后建筑物的使用空间会有减小，对建筑物的使用有一定影响。

2.2 表面处理法

表面处理法的修补混凝土裂缝的机理是在裂缝周围涂覆粘合性材料，并根据裂缝的大小、稳定程度和疏密程度，选择全部或部分涂覆修补，以达到恢复其耐久性、防水性和承载力的目的。由于涂层比较薄，选取的涂覆材料应是倾向粘合力强且不宜老化的材料，而对于活动性裂缝，由于其稳定性较差，所以应选择延伸率较大的弹性材料，用以缓冲活动所产生的应力。

目前，表面处理法的应用还存在很多的局限，对于稳定性较差，深度较大的裂缝，修复效果不是很理想。

2.3 灌浆法

将水泥等浆液注入钢筋混凝土结构的裂缝内，依靠流动性扩散到裂缝的深层间隙并固化，固化后的浆液有很高的粘合强度，可最大程度的把裂缝粘结，修复的同时还增强了混凝土构件的整体性能，使其恢复原来的预期功能，阻止了混凝土结构进一步受到外界有害物质的侵蚀。在实际工程中根据裂缝的宽度和活动性的差异，对浆液的选择有所不同。

当前国内并没有定型的灌浆设备，这在很大程度上限制了灌浆法修复混凝土裂缝的普及和推广。

2.4 填充法

沿构件裂缝将混凝土开凿成V型槽,填入修补材料,使之达到预期的防水性、耐久性及承载力的目的。适用于修补裂缝数量少但宽度大的裂缝(宽度一般大于0.5 mm)和因钢筋腐蚀产生的裂缝。使用的嵌填材料有环氧树脂、环氧砂浆、聚合物水泥砂浆等。对于活动性裂缝,应采用有较大弹性的延伸性材料;对于腐蚀产生的裂缝,应先开凿至露出钢筋生锈的部位,彻底除锈,再涂抹防锈涂料,之后填充修补材料。

填充法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好，但对结构有损伤,像混凝土梁、轨枕这等些构件不能采用这种方法。

3 电化学沉积法在钢筋混凝土裂缝修复中的应用

电化学沉积法通过大胆的引用电化学机理，巧妙的运用学科交叉把不利因素转化成可应用的条件，为问题的解决开辟了一条崭新的途径。电化学沉积法的推广应用可大大减少水利水电工程、海洋工程等结构裂缝的修复成本，从根本上解决水环境中混凝土裂缝修复修复的技术难题，甚至可以将此应用推广到陆基混凝土裂缝的修复上。

3.1 电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的原理

电化学方法的实施，要求被修复的混凝土裂缝浸在电解液中，并在电解液中放有惰性电极，由外加电源负极接混凝土内的钢筋，正极连外加的惰性电极，形成回路，并通入电流。

在外加电源的作用下，浸泡在溶液内的惰性电极与钢筋混凝土之间会产生电位差，使带电离子分别向两极迁移。混凝土内部的钢筋作为阴极，通电后电解水产生OH-离子，会在电位差的作用下，从回路的阴极（钢筋）穿过混凝土的保护层向阳极（外加惰性电极）运动。离子在混凝土的表面及裂缝中发生反应，生成沉淀，覆盖混凝土的裂缝并填充混凝土裂缝。

钢筋混凝土裂缝的修复过程，不仅可以提高混凝土的碱性，还可以减少混凝土中氯离子等有害负离子的浓度，制止混凝土中钢筋的腐蚀。因此，该方法不仅能愈合钢筋混凝土的裂缝，还能有效的制止氯离子侵蚀钢筋和混凝土碳化引起的混凝土侵蚀破坏，对已经腐蚀的钢筋可以产生良好的钝化效果。

3.2 电化学修复方法与常用方法的比较

常用的各种混凝土裂缝修复方式多为物理修复，即通过加固构件或填充物质的方法来填充裂缝或者制止裂缝的继续发展，这些方法是保护混凝土中钢筋的补充措施，但都有一定的局限性。这些常规修补方法由于不能有效清除氯离子，只治标，不治本；而电化学方法修复的方式是利用化学方法生成的新物质填充裂缝并在表面生成混合物覆盖层，可从根本上制止氯化物污染引起混凝土中钢筋的腐蚀，而无需凿除大量被污染混凝土的保护层。

4 结语

电化学沉积法是一种新兴、高效的钢筋混凝土裂缝修复方法，尤其是对传统修补方法有局限性的水下混凝土结构裂缝的修复，它不仅能愈合混凝土的裂缝，还能提高混凝土中钢筋附近的碱性环境，保护混凝土中的钢筋不被腐蚀。但是电化学修复钢筋混凝土裂缝是一个受多因素影响的复杂问题，基于电化学方式修复构件方法的特殊性，其在钢筋混凝土建筑结构中的应用受到工作环境的限制。目前电化学修复法主要应用于化工、微电子、陶瓷、新材料等产业中。工程中，电化学沉积法主要应用于水工、海工等钢筋混凝土裂缝的修复，充分利用其有水工作环境的特点。对于陆基工程的修复，需为其构建适当的液体环境，该条件限制了电化学方式在陆基工程上的应用。

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The Applications of Electrochemical deposition to repair cracks in concrete

Chai Huanfang
(Shandong University of Technology,China,255049)

This paper describes the concrete cracks reasons put forward in the electrochemical deposition of underwater repair concrete cracks Application.

reinforced concrete;crack;electrochemical deposition;Applications

柴焕芳（1965-），男，山东淄博人，山东理工大学饮食服务中心高级工程师，研究方向为建筑工程技术及管理。