水工钢筋混凝土裂缝修复的试验研究

水工钢筋混凝土裂缝修复的试验研究

李立志余健陈峰

中建二局第三建筑工程有限公司天津分公司天津300300

摘要：本研究拟采用理论分析、试验分析、数据处理等多种手段对水工钢筋混凝土裂缝修复技术进行研究，重点研究化学反应对混凝土试件表面微裂缝（0.1—0.6mm）的修复，探索不同浓度电解质溶液对修复效果的影响，以及裂缝所在表面渗透性的变化。本次试验重点侧重于在镁离子的电解质溶液中探索最适合电化学沉积法的浓度值。通过研究电化学沉积法对水工钢筋混凝土裂缝的修复，来提高水工混凝土的耐久性，

关键词：水工钢筋混凝土；电化学沉积法；裂缝修复

引言

混凝土作为一种重要的建筑材料，它不仅具有抗压强度高，可塑性强的特点，而且在价格上经济实惠，因此在建筑业得到了广泛的应用。但其自身也存在必不可免的缺点：抗拉强度弱，非均质脆性使其易产生裂缝。混凝土裂缝对其自身结构的实用性和美观性有着重大影响，不仅会降低混凝土结构的承载能力，而且还严重影响其耐久性，降低混凝土结构使用年限。因此，如何能够预防和治理修复混凝土裂缝显得尤为重要。

像混凝土填充法、表面修补法、结构加固法等传统的混凝土裂缝修复技术也可以对混凝土裂缝进行有效的修复，但传统的修复技术局限性太大，对于在水环境中工作的钢筋混凝土来说，此类方法存在很大的局限性[1]。因此，研究出一种新型、实用的水工混凝土[2]裂缝修复技术具有非常重要的现实意义，而电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝技术的出现正好解决了这一问题。

电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝技术，充分利用钢筋混凝土自身特性以及水环境条件，使其在电解质溶液中完成对混凝土裂缝的修复，通过在电解质溶液中施加一定的弱电流，从而产生电化学沉积作用，在混凝土结构裂缝中借电化学反应来在其表面上沉淀出一层无机盐沉淀物（如CaCO3和Mg（OH）2等），通过这种沉淀物将混凝土裂缝修复起来，使混凝土裂缝的表面封闭，从而达成修复混凝土裂缝的效果。这些无机盐沉淀物膜层不仅为混凝土提供了保护层，而且阻止了气液介质在混凝土内部的迁移、传输，避免了二次裂缝的生成率，提高了混凝土的耐久性和使用性。

本文针对于不同浓度电解质溶液对水工钢筋混凝土的修复效果进行了研究，探索出修复效果最佳的电解质溶液浓度值，为水工钢筋混凝土的耐久性设计提供参考。

1试验原材料及混凝土配合比设计

本试验拟对C40水工钢筋混凝土在电解质溶液（含有镁离子）中的修复效果进行一系列研究，用大量的理论知识和试验数据说明利用电化学沉积法修复水工钢筋混凝土裂缝的可靠性。

1.1试验原材料

水泥：采用山水集团生产的普通硅酸盐P?O42.5水泥，水泥的主要技术指标如表1。

2试验方案

2.1试验原理

电沉积法修复水工钢筋混凝土裂缝的基本原理是充分利用钢筋混凝土的特性与水环境条件，以溶解在水中的各类矿物化合物作为电解质，将带有裂缝的钢筋混凝土置于电解质溶液中，同时通以一定的微弱电流以其内部钢筋作为阴极，外部再附加上电极材料作为阳极[3]（该试验采用Cu为阳极材料），这样就形成了闭合回路，保证了电流的稳定畅通，而混凝土则作为一种离子导体，在电流的作用下与电解质溶液中的各种化学物质发生一系列的化学反应，进而形成沉淀物，沉淀物用来附着在裂缝表面，使裂缝得以愈合、填塞，以此来达成修复钢筋混凝土裂缝的目的。

2.2研究内容

本试验利用电化学沉积法对水工钢筋混凝土的裂缝修复做了以下研究：

（1）研究不同浓度的电解质溶液，对水工钢筋混凝土裂缝的修复效果，通过其变化规律，研究不同浓度的电解质溶液对水工钢筋混凝土裂缝修复效果的影响；

（2）研究裂缝所在表面渗透性的变化。研究不同浓度电解液、不同修复时长的水工钢筋混凝土裂缝所在表面渗透性的变化，探究其修复效果的变化规律。

2.3试验流程

试件制作：本次试验研究所需要的混凝土试件的尺寸为100mm×100mm×400mm，需要制备试件15组，每组3个试件，共计45个试件，混凝土试件需要采用4根360mm长HRB4006的钢筋作为钢筋骨架，选用4根直径为4.5mm的铁丝作为箍筋，在钢筋骨架上焊接导线，并在焊接处采用密封胶密封[4]。现将钢筋骨架放置于模具中，然后再向模具中浇筑C40混凝土，并于48小时之后开始脱模，之后将成型拆模的试块置于恒温（20±3℃）、相对湿度大于90%的潮湿条件中，并且每天不间断的养护试件28天。待混凝土试块养护期满厚，采用液压机对混凝土试块进行诱导加载[5]，使其产生试验所需的微裂缝（0.1—0.6mm）。

（2）试验装置设计：修复实验装置如图1所示，本次研究中所用的电解质溶液是MgCl2电解质溶液，需要配制三种浓度的电解质溶液0.05mol/l、0.1mol/l、0.15mol/l的三种盐溶液，试件需要和反应槽底部留有一段距离，一般可用木块来垫起，防止试件与槽底发生反应，导致试验结果不准确，阳极放在试件与反应槽底部之间，阴极与导线相连，通以500mA的稳定电流，可以通过调节电源开关大小来调节电流的大小，直至达到理想的电流强度[6]。电流密度是根据钢筋混凝土中的钢筋总表面积来确定的，之后对试件裂缝所修复的长度进行测量并与总长度进行比值，即修复程度用百分比来表示，化学反应槽的尺寸为150mm×150mm×500mm。将导线焊接、试件浇模及试件固定、试件养护之后，需对导线的导电性用万能表进行检测，以防止在修复试验的过程中出现偏差。

（3）分组试验：

取三组试件为样本A，将3组试件分别放入浓度为0.05mol/L、0.1mol/L、0.15mol/L的三种盐溶液中进行修复试验，每五天记录一次修复进度，记录完毕后将试件放回实验装置，继续进行修复试验，平均修复程度达到90%以上则停止试验；

取三组试件为样本B，将3组试件放入浓度为0.1mol/L的盐溶液里进行修复试验，每五天取出一组记录修复程度，并在烘干24h后测定其渗透性，并记录修复速率，当试件全部进行过渗透试验后，便停止试验。

3试验结果与分析

本试验针对不同试验组的试验数据作了数据采集，并将数据整理归纳，如图2～图3所示。

3.1电化学沉积法修复试验

电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝试验以混凝土试件中的裂缝宽度变化为修复指标，经过修复试验，得出修复的裂缝宽度变化如图2所示。

图3浓度为0.1mol/L电解液下混凝土裂缝修复速率随时间的变化关系图

由图3可以看出，在电化学沉积法修复水工钢筋混凝土裂缝试验研究中，混凝土裂缝表面的渗透性随着修复试验的进行，其渗透速率逐渐降低，并且逐渐趋于稳定。除了烘干混凝土表面吸收的水分之外，混凝土裂缝表面沉积物几乎为不透水状态。

4结论

由上述试验研究，电化学沉积法可对水工钢筋混凝土裂缝进行有效修复，裂缝修复效果随着电解液浓度的变化略有不同，随着裂缝修复时间的增加，修复速率逐渐降低，混凝土裂缝表面渗透性逐渐减小。

试验结果表明：电化学沉积法所产生的沉淀物能有效填塞混凝土裂缝，使混凝土裂缝的表面封闭，从而达成修复混凝土裂缝的效果。这些无机盐沉淀物膜层不仅为混凝土提供了保护层，而且阻止了气液介质在混凝土内部的迁移、传输，避免了二次裂缝的生成率，有效提高了水工钢筋混凝土的耐久性和使用性。

参考文献

[1]张英杰.混凝土裂缝自修复技术试验研究[J].低温建筑技术期刊，2009，（10）：122～123.

[2]李艳丽.水利施工中产生混凝土裂缝的原因和防治对策解析[J].黑龙江科技，2014，（3）：184.

[3]蒋正武.电沉积法修复钢筋混凝土裂缝的基础研究[J].东南大学学报，2006，11（36）：129～134.

[4]赵选民，沈丽霞.水利施工中的混凝土裂缝的原因分析及防治措施[J].水利建设，2013，（8）：348～349.

[5]JavierEchegaray‐Oviedo，JuanNavarro‐Gregori.Modifiedpush‐offtestforanalysingtheshearbehaviourofconcretecracks[J].Strain，2017，（12）：26～30.

[6]张乐凡.浅议水工建筑物混凝土裂缝成因与预防处理措施[J].江西建材，2016，（4）：137.

作者简介：

[第一作者]李立志，男，1993年11月出生，山东理工大学、本科，中建二局三公司天津分公司徐州煤机厂项目，技术员。

[第二作者]余健，男，1990年3月出生，南京理工大学、硕士研究生，中建二局三公司天津分公司徐州煤机厂项目，总工。

[第三作者]陈峰，男，汉族，1990年4月出生，天津大学工程管理专业，现任中建二局有限公司第三建筑工程有限公司天津分公司南京经理部安全总监职务。