电沉积溶液浓度及温度对修复混凝土裂缝的影响.pdf
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1、 6 6 材料导报 : 研究篇 2 0 1 0年 6月( 下) 第 2 4卷第 6期 电沉积溶液浓度及温度对修复混凝土裂缝的影响 储 洪强 , 孙达 , 蒋林华 ( 河海大学力 学与材料学院 , 南京 2 1 0 0 9 8 ) 摘要 研究了电沉积法修复混凝土裂缝中溶液浓度及温度的影响, 测定了电沉积过程中的试件质量增加率、 表面覆盖率、 裂缝愈合率及裂缝填充深度。结果表明, 表面覆盖率、 裂缝愈合率随电沉积溶液浓度的增加而降低, 而 裂缝填充深度随浓度的增加而增大, 质量增加率随浓度的变化无明显规律; 表面覆盖率随电沉积溶液温度的升高而 减小 , 裂缝愈合率随温度的升高而增 大, 质量增加
2、率随温度 变化 的规律不明显 , 温度对裂缝填充深度的影响较小。 关键 词 电沉积法裂缝修复溶液浓度溶液温度 I nf l u e n c e o f Co nc e nt r a t i o n a n d Te mpe r a t u r e o f El e c t r o l y t e S o l u t i o n o n Re pa i r o f Co nc r e t e Cr a c ks b y El e c t r o de po s i t i o n M e t ho d CHU Ho n g q i a n g,S UN Da ,J I ANG Li n h u
3、a ( C o l l e g e o f Me c h a n i c s a n d Ma t e r i a l s ,Ho h a i Un i v e r s i t y ,Na n j i n g 2 1 0 0 9 8 ) Ab s t r a c t Th e i n f l u e n c e o f c o n c e n t r a t i o n a n d t e mp e r a t u r e o f e l e c t r o l y t e s o l u t i o n i s i n v e s t i g a t e d,f o u r p a r a
4、me t e r s s u c h a s r a t e o f we i g h t g a i n ,s u r f a c e c o a t i n g ,c r a c k c l o s u r e a n d f i l l i n g d e p t h o f c r a c k a r e me a s u r e d Re s u l t s s h o w t h a t r a t e o f s u r f a c e c o a t i n g a n d r a t e o f c r a c k c l o s u r e d e c r e a s e
5、,wh i l e f i l l i n g d e p t h o f c r a c k i n c r e a s e s a s c o n c e n t r a t i o n o f e l e c t r o l y t e s o l u t io n i n c r e a s e s ,a n d t h e r e g u l a r i t y o f we i g h t g a i n v e r s u s c o n c e n t r a t i o n o f e l e c t r o l y t e s o l u t i o n i s n o t
6、 e v i d e n t Ra t e o f s u r f a c e c o a t i n g d e c r e a s e s ,wh i l e r a t e o f c r a c k c l o s u r e i n c r e a s e s a s t e mp e r a t u r e o f e l e c t r o l y t e s o l u t i o n i n c r e a s e s ,r a t e o f we i g h t g a i n d o e s n t v a r y wi t h c r a c k wi d t h r
7、 e g u l a r l y ,i n f l u e n c e o f t e mp e r a t u r e o f e l e c t r o l y t e s o l u t i o n o n e l e c t r 0 d e p o s i t i o n i s v e r y s ma l 1 Ke y wo r d s e l e c t r o d e p o s i t i o n me t h o d ,c r a c k r e p a i r ,e l e c t r o l y t e s o l u t i o n c o n c e n t r a
8、 t i o n,s o l u t i o n t e mp e r a t u r e 0 引言 电化学方法是新近出现的防护和修复混凝土裂缝的有 效方法之一 , 常用 的阴极保护法和电化学脱盐法在国内外已 得到广泛的研究与应用 1 。电化学沉积法也是一种电化学 方法 , 是国际上近些年出现的修复混凝土结构病害的一项新 技术 , 特别适用于传统修复技术难以奏效或价格太高的混凝 土结构 。 日本、 美国对 电沉积方法修复混凝土裂缝进行了探索性 试验研究 7 - 1 0 , 以带裂缝的混凝土结构 中的钢筋 为阴极, 同 时在电沉积溶液中放置难溶性 阳极, 两者之间施加弱 电流, 最后在混凝土结构
9、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 了有 害物质侵蚀混凝 土 。 国内对该项技术的研究才 刚刚起步, 研究表明D I , l a , 在 电沉积方法修复混凝土裂缝 中, 辅助电极、 电极距离、 混凝土 参数等因素对电沉积效果均有影响, 而电沉积溶液浓度及温 度的影响尚不清楚 。本试验就 电沉积方法修复混凝土裂缝 中溶液浓度与温度对电沉积效果的影响进行 了研究 , 从而为 采用电沉积法修复混凝土裂缝 时选取合适的溶液浓度和温 度提供了依据。 1 实验 1 1 实验方案 选用 Z n S O4 、
10、 Mg S O 4电沉积溶液 , 电流密度为 1 A m , 每组 3个 , 共有 3 6个试件; 每 5天更换 1次溶液 , 以保持溶液 浓度基本恒定 , 实验持续 2 O天。实验方案详见表 1 。 1 2 试件制作 实验 用 水 泥 砂 浆 试 件 的 尺 寸 为 4 0 ram X 4 0 mm X 1 6 0 mm, 水泥采用 3 2 5级普通硅酸盐水泥, 水灰 比为 0 6 0 , 胶砂 比为 1: 2 5 , 钢筋 p 6 m m, 预先埋置于砂浆试件 中, 保护 层厚度( 钢筋外边缘与裂缝所在面之间的距离) 为 1 5 ra m。试 件在标准条件下养护 2 8天后在 NYL -
11、6 0 0型压力试验机下 施加横向劈裂荷载 , 则在其 纵向中部位置附近产 生贯穿裂 缝 , 缝宽( O 3 - t - 0 0 5 ) ram。为保证沉积物只在裂缝所在面生 *海岸灾害及防护教育部重点实验室开放研究基金资助项 目; 河海大学 自然科学基金( 2 0 0 8 4 2 7 8 1 1 ) ; 教育部博士学科点专项科 研基金( 2 O 0 2 O 2 9 4 O 1 2 ) 储洪强: 男, 1 9 7 8年生, 博士研究生, 讲师, 主要从事新材料及结构耐久性研究 E - ma i l : c h q 7 8 2 0 0 9 1 2 6 c o rn 电沉积溶液浓度及温度对修复混凝
12、土裂缝的影响 储洪强等 6 7 成, 在其它面均涂上硅橡胶。试件表面及裂缝的情况见图 。 2 结果与讨论 表 1 实验方案 Ta bl e l Ex p e r i me n t a l p l a n 一 图 1 试件表面及裂缝情况 Fi g 1 De t a i l s o f mo r t a r s u r f a c e a n d c r a c ke d p a r t 1 3实验装置 将带有裂缝的水泥砂浆试件放入电解槽 中, 试件 中预先 埋人钢筋并引出导线, 该导线与 电源的负极相连作为阴极 , 同时将片状钛 网板放人电解槽底部 , 并与 电源的正极相连作 为阳极 , 然后注
13、入 电沉积溶液, 构成 回路, 装置如图 2所示 。 向回路 中施加微弱的低压直流电, 水泥砂浆试件内部及溶液 中的正负离子分别向两极移动, 同时在电极上发生一系列反 应 , 在水泥砂浆试件的裂缝 中出现沉积物 , 最终达到修复裂 缝 的 目的 。 图 2 实验装置示意图 Fi g 2 S p e c i me n o r i e n t a t i o n an d c u r r e n t a p p l i c a t i o n 接通电路后 , 在砂浆试件与辅助电极的表 面立即产生气 泡, 5天后在 0 5 mo l I Z n S O 溶液中 3个试件的裂缝处均出 现灰色沉积物,
14、表面为 白色物质 ( 见图 3 ) , 1 0天后表面同时 出现灰色物质( 见图 4 ) , 2 O 天后将试件沿着裂缝横向切开可 以发现 , 这 3 个试件 的裂缝内部均为 白色沉积物 , 而其余试 件的表面、 裂缝处及裂缝内部在整个过程中均出现白色沉积 物。由于电沉积速度可通过质量的增加情况来反映, 而试件 表面沉积物覆盖及裂缝被沉积物填充的情况均与电沉积处 理后带裂缝混凝土抗侵蚀能力的提高效果有关l l , 所以采 用质量增加率 、 表 面覆盖率、 裂缝愈合率及裂缝填充深度来 评价电沉积效果。 图 3 5天后试件表面及裂缝的沉积情况 F i g 3 Ap p e a r a nc e o
15、 f e l e c t r o d e p o s i t s o n t h e mo r t a r s u r f a c e an d c r a c k e d p a r t a f t e r c h a r g i n g 5 d a y s 圈 4 1 0天后试件表面及裂缝的沉积情况 Fig 4 Ap pe a r a n c e o f e l e c t r o d e p o s i t s o n t h e mo r t a r s u r f a c e an d c r a c k e d pa r t a f t e r c h a r g i n g 1
16、0 d a y s 2 1 质量 增加 率 每隔 5 天取 出试 件并放入 温度 ( 2 0 -4 -_2 ) 、 相对 湿度 6 O 5 的恒温室内, 待 2 4 h后称其质量, 质量增加率按式 ( 1 ) 计算, 其随时间变化的曲线见图 5 。 i f R 一 1而 1 1 i l o o o ff。 ( 1 ) 电沉积溶液浓度及温度对修复混凝土裂缝的影响 储 洪强等 6 9 化 , 使砂浆试件更密实 , 从而增大了 OH一 从试件 内部析出的 阻力, 减缓了沉积物的生成速度。由于试件 的表面积相对较 大, 后一种作用在沉积过程 中占主导地位 , 而裂缝 内部横断 面积相对较小 , 导致前
17、一种作用在沉积过程 中效果更明显 , 所以表面覆盖率随温度的升高而减小, 裂缝愈合率随温度 的 升高而增大。质量增加率随温度 的变化无 明显规律 , 温度对 裂缝填充深度的影响也不大。 图 8 裂缝填充深度随电沉积溶液浓度 ( a ) 及温度( b ) 变化的情况 F i g 8 F i l l i n g d e p t h o f c r a c k v e r S u S c o n c e n t r a t i o n ( a )a n d t e mp e r a t u r e ( b )o f e l e c t r o l y t e s o l u t i o n 6 0
18、0 0 5 0 0 0 40 0 0 3 0 0 0 占2 0 0 0 l 0 0 0 O O l O 2 0 3 O 40 5 0 6 0 2 0 ( 。 ) 图 9 试件裂缝处灰色沉积物的 X R D图 F i g 9 Pa t t e r n s o f X - r a y d i f f r a c t i o n o f e l e c t r o d e p o s i t s o n t h e m o r t a r c r a c k e d p a r t 图 1 O 灰色沉积物的 S E M 照片 F i g 1 0 S c a n n i n g e l e c t r
19、 o n mi c r o g r a p h o f g r e y e l e c t r o d e p o s i t s 图 l l 白色沉积物的 S E M 照片 F i g 1 1 S c a n ni n g e l ec t ro n mi e r o g r a p h o f wh i t e e l ec t r o d e p o s i t s 3结论 ( 1 ) 表面覆盖率、 裂缝愈合率随电沉积溶液浓度 的增加 而减小 , 裂缝填充深度随浓度的增加而增大; ( 2 ) 表面覆盖率随电沉积溶液温度的升高而减小, 裂缝 愈合率随温度的升高而增大, 温度对裂缝填充深度的
20、影响不 大 ; ( 3 ) 质量增加率随电沉积溶液浓 度、 温度的变化无 明显 规律 。 参考文献 1 Gl a s s G K,Ha s s a n e i n A M ,Bu e n f e l d N RCa t h o d i c p r o t e c t i o n a f f o r d e d b y a n i n t e r mi t t e n t c u r r e n t a p p l i e d t o r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C o r r o s S c i , 2 0 0 1 , 4 3 : 1 1 1 1
21、 2 Ha s s a n e i n A M ,Gl a s s G K,Bu e n f e l d N RP r o t e c t i o n c u r r e n t d i s t r i b u t i o n i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e c a t h o d i c p r o t e c t i o n s y s t e ms J C e me n t C o n c r C o mp o s , 2 0 0 2 , 2 4 : 1 5 9 3 D u R o n g g u i ( 杜荣 归) , Hu a n g
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