李樹鵬，金祖權(quán)，熊傳勝

(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，青島 266033)

0 引 言

鋼筋混凝土是土木工程最常用的結(jié)構(gòu)材料，但在冬季除冰鹽、濱海鹽漬土、海洋環(huán)境下服役的交通、土建工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕問題嚴(yán)重，耐久性問題十分突出。鋼筋銹蝕是造成上述區(qū)域鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)劣化和耐久性降低的主要原因，而氯離子侵入混凝土是誘發(fā)鋼筋銹蝕破壞的主要原因[1-2]。

電化學(xué)除氯(ECE)是一種通過使用電化學(xué)裝置有效排除腐蝕鋼筋混凝土中氯離子的有效方法，該方法通過在外加陽極和鋼筋之間施加電壓來排除氯離子使鋼筋重新恢復(fù)鈍化[3-5]。相比傳統(tǒng)的鑿除腐蝕混凝土再加固、涂層防護(hù)等修復(fù)保護(hù)措施，電化學(xué)除氯作為一種無損的鋼筋混凝土修復(fù)手段，不僅能夠短期內(nèi)降低鋼筋混凝土中的氯離子含量，而且該方法操作簡便，成本低[6-8]。該技術(shù)最早在20世紀(jì)70年代由美國聯(lián)邦公路管理局提出[9-10]，并在國內(nèi)外工程修復(fù)中得到廣泛應(yīng)用[11]，積累了豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗；浙江大學(xué)牽頭編制的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性電化學(xué)技術(shù)規(guī)程》 (T/CECS 565—2018)也于2019年頒布。為了更加深入地了解和應(yīng)用電化學(xué)除氯技術(shù)，本文從電化學(xué)除氯的影響因素、電化學(xué)除氯對鋼筋混凝土粘結(jié)性能影響和電化學(xué)除氯對混凝土性能影響三方面進(jìn)行了綜述，并分析了目前存在的問題和未來的發(fā)展方向，以期電化學(xué)除氯技術(shù)在提高濱?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性方面發(fā)揮更好地作用。

1 電化學(xué)除氯原理

圖1 電化學(xué)除氯原理示意圖[14]Fig.1 Schematic diagram of electrochemical chlorine extration principle[14]

電化學(xué)除氯裝置包括電源、導(dǎo)線、電解液和外部陽極，鋼筋混凝土中的鋼筋作為陰極被保護(hù)，電源的正極與鋼筋陽極連接，負(fù)極與鋼筋陰極相連，電解液通常使用飽和Ca(OH)2、0.1 mol/L NaOH等堿性溶液，陽極一般為不銹鋼網(wǎng)或者鈦網(wǎng)[12-13]。其原理如圖1所示。

電化學(xué)除氯時，陰極附近的水會電解產(chǎn)生大量的OH-，使得鋼筋周圍的pH值升高、鋼筋重新鈍化；同時也會產(chǎn)生部分氫氣，易導(dǎo)致鋼筋氫脆，陰極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式如下：

2H2O+O2+4e-→4OH-

(1)

2H2O+2e-→2OH-+H2↑

(2)

隨著陽極反應(yīng)的不斷進(jìn)行，陰極處的氯離子含量迅速降低到臨界值以下，氯離子轉(zhuǎn)變?yōu)槁葰鈴匿摻罨炷林信懦觯枠O發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式如下：

4OH-→2H2O+O2↑+4e-

(3)

2Cl-→Cl2↑+2e-

(4)

2H2O→4H++O2+4e-

(5)

2 電化學(xué)除氯效率的影響因素

電化學(xué)除氯效率通常是指排出的氯離子含量占鋼筋混凝土中總氯離子含量的百分比，電化學(xué)除氯去除的主要是自由氯離子，電化學(xué)除氯效率計算公式如下[15]：

(6)

式中：E為除氯效率；C為鋼筋距混凝土表面的距離；f(x)為鋼筋混凝土保護(hù)層中氯離子的分布函數(shù)；w0為混凝土中相對于混凝土質(zhì)量的初始氯離子含量。從式(6)中可以看出影響電化學(xué)除氯的因素主要有兩方面：一方面為鋼筋在混凝土中的布置情況，鋼筋作為除氯系統(tǒng)的陰極，其到混凝土表層的距離會直接影響氯離子的排出效率，鋼筋距離混凝土表面越近，越有利于氯離子的遷移，除氯效率越高；另一方面為混凝土內(nèi)部初始的氯離子含量，混凝土內(nèi)部和外部的氯離子濃度差越大，氯離子排除效率越高。

因此，提高自由氯離子在電化學(xué)除氯時的排出效率至關(guān)重要。電化學(xué)除氯效率不僅受電化學(xué)參數(shù)等因素的影響，陽極材料、鋼筋混凝土的材料和結(jié)構(gòu)布置等都會對其產(chǎn)生影響。為了探究各種不同因素對電化學(xué)除氯的影響，國內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量研究。

2.1 電化學(xué)參數(shù)

電化學(xué)除氯的電化學(xué)參數(shù)主要是電流密度和除氯時間，電流密度越大，離子遷移越快，但過高的電流密度會對鋼筋混凝土造成損傷，除氯效率會隨除氯時間的延長而降低。因此，合理的電化學(xué)參數(shù)設(shè)置對電化學(xué)除氯有著不可忽視的影響[16-19]。Lin等[20]研究認(rèn)為電流密度是ECE處理過程中的主要影響因素，試驗結(jié)果表明2 A/m2是ECE的合適電流密度。Saraswathy等[21]以0.5 A/m2、1.0 A/m2和2.0 A/m2的電流密度進(jìn)行了電化學(xué)除氯研究，發(fā)現(xiàn)電流密度的增加提高了氯離子的去除率，但在使用導(dǎo)電水泥基陽極材料(CCPA)時，使用0.5 A/m2的低電流密度除氯效果最佳。較高的電流密度下，由于氫氣的析出，鋼筋的腐蝕速率也會有所增加。Castellote[22]和Liu[23]等通過建立電化學(xué)除氯的模型，揭示了氯離子的去除量隨外加電流密度和除氯時間的增加而增加，但隨著除氯時間的延長，氯離子去除率逐漸降低。Elsener等[24]也認(rèn)為長時間進(jìn)行通電并不會提高電化學(xué)除氯效率，因此提出了提供間歇式的供電方式來進(jìn)行ECE處理，這不僅降低了成本，而且提高了除氯效率。Toumi等[25]進(jìn)行了電化學(xué)除氯實驗與數(shù)字模型的驗證，證實較高的電流密度能夠提高ECE效率，但過高的電流密度會引起鋼筋陰極區(qū)Na+、K+的迅速增加，存在誘發(fā)堿骨料反應(yīng)的風(fēng)險。有關(guān)電化學(xué)參數(shù)對鋼筋混凝土電化學(xué)除氯效率影響研究結(jié)果如表1所示。

表1 國內(nèi)外關(guān)于電化學(xué)參數(shù)設(shè)置與除氯效率之間的關(guān)系匯總Table 1 Brief summary of relationships between electrochemical parameter setting and chlorine extraction efficiency

2.2 陽極材料

圖2 ECE試驗后被銹蝕產(chǎn)物污染的不銹鋼網(wǎng)[36]Fig.2 Stainless steel mesh contaminated with rust products after ECE test[36]

傳統(tǒng)的陽極材料多為不銹鋼網(wǎng)、鈦網(wǎng)等金屬網(wǎng)，但存在鋪設(shè)困難、銹蝕產(chǎn)物污染、成本高等問題[28-30]。因此，應(yīng)用導(dǎo)電水泥基作為陽極材料受到廣泛關(guān)注，通過在水泥等膠凝材料中添加石墨或碳纖維等導(dǎo)電材料，使水泥漿具備導(dǎo)電性[31-32]。導(dǎo)電水泥基陽極材料(CCPA)不僅可以噴射施工，適應(yīng)更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如一些較大的垂直面等，而且可以對受損混凝土進(jìn)行修補(bǔ)加固[33]。Pérez等[34]首先使用石墨和水泥制備的導(dǎo)電水泥漿(CCP)作為陽極進(jìn)行電化學(xué)除氯研究，證明了導(dǎo)電水泥基作為陽極進(jìn)行電化學(xué)除氯的可行性，且在除氯過程中陽極材料并未受到嚴(yán)重?fù)p傷。Saraswathy等[21]在使用導(dǎo)電水泥基陽極材料進(jìn)行電化學(xué)除氯時發(fā)現(xiàn)鋼筋附近有氫氣析出，這會對導(dǎo)電水泥基陽極材料造成一定的損傷。Zhu等[26]使用碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)作為陽極進(jìn)行了電化學(xué)除氯測試，并與傳統(tǒng)陽極進(jìn)行比較，微觀測試后發(fā)現(xiàn)ECE處理后碳纖維布沒有嚴(yán)重退化，證明了CFRP陽極用于ECE的可行性。Li等[35]使用磷酸鎂水泥和碳纖維增強(qiáng)塑料制備的復(fù)合陽極材料(MPC-CFRP)進(jìn)行電化學(xué)除氯試驗，該試驗既可以有效去除氯離子，同時提高了混凝土的承載力，實現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固和修補(bǔ)的雙重效果。金祖權(quán)等[15]通過在水泥砂漿中添加碳纖維制備出一種低收縮、高韌性的導(dǎo)電水泥基砂漿(CCM),并將其作為電化學(xué)除氯的新型陽極材料，研究發(fā)現(xiàn)碳纖維體積分?jǐn)?shù)為0.8%且厚度為10 mm CCM陽極的ECE效率與傳統(tǒng)不銹鋼網(wǎng)陽極相當(dāng)。

2.3 鋼筋布置方式的影響

鋼筋混凝土中的鋼筋布置方式復(fù)雜多樣，不同結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度也存在差異，而鋼筋作為電化學(xué)除氯系統(tǒng)中的陰極，其布置方式對最終的除氯效果也存在重要的影響[37-38]。Elsener等[24]認(rèn)為鋼筋的布置方式會影響除氯效率，在鋼筋和陽極之間，電流場的路線最短，氯離子遷移更快，除氯速度也最快。Fajardo等[39]指出不同的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有不同的除氯時間，當(dāng)超過了所需的除氯時間，除氯效率就會大幅下降，而所需的除氯時間很大程度上取決于鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度。Garcés等[40]研究了五種不同的鋼筋布置方式對電化學(xué)除氯的影響，發(fā)現(xiàn)無論哪種布置方式總氯離子含量均能降低50%左右，但單層布置的鋼筋除氯效率最高，鋼筋呈均勻?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)布置時會有利于氯離子的遷移。Chang 等[41]研究了鋼筋籠對電化學(xué)除氯效率的影響，結(jié)果表明：由于箍筋和縱筋相互連接，其電位相同，導(dǎo)致鋼筋籠內(nèi)的氯離子并不能被有效去除，但腐蝕速率有所減緩。而張軍等[42]用內(nèi)置鋼筋籠的鋼筋混凝土梁進(jìn)行了試驗探索，研究結(jié)果也證實了梁內(nèi)部不同區(qū)域的氯離子分布存在差異，鋼筋籠內(nèi)的氯離子遷出效率較低。Almeida等[36]研究發(fā)現(xiàn)，對于混凝土水灰比較低時，鋼筋混凝土保護(hù)層厚度對腐蝕電位影響較大，保護(hù)層厚度越小，負(fù)腐蝕電位越低。對于高水灰比的混凝土，混凝土保護(hù)層厚度對腐蝕電位的最終值沒有顯著影響。

2.4 混凝土配合比和礦物摻合料的影響

水灰比的高低直接關(guān)系到混凝土內(nèi)部的孔隙分布情況，會影響到離子的遷移速度。水灰比越大，混凝土的孔隙率越高，通過孔隙的氯離子越多，電化學(xué)除氯的效率越高[43]。Almeida等[36]研究了0.43和0.59兩種不同水灰比對電化學(xué)除氯的影響，發(fā)現(xiàn)高水灰比會提高電化學(xué)除氯的效率，同時測得在ECE后，混凝土孔隙率增加了30%以上、毛細(xì)吸水率顯著增加。

摻加礦物摻合料是當(dāng)前高性能混凝土普遍采取的措施，混凝土中加入礦粉、硅灰等礦物摻合料會提高其密實度，使得ECE處理后的殘余氯離子較多，因此需要提高電流密度或者延長除氯時間來保證除氯效率[44]。Elgebaley等[45]認(rèn)為ECE的處理效率受水泥種類的影響，研究結(jié)果表明，普通水泥混凝土的除氯效率較高(44%)，摻有礦渣的混凝土和摻有硅灰的混凝土的除氯效率分別為32%和28%。Yu等[46]用0%、10%、20%和30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))四種不同比例的礦粉代替水泥制備了四種水泥漿體混合物進(jìn)行電化學(xué)除氯研究，研究發(fā)現(xiàn)隨著礦粉含量的增加，鋼筋附近的結(jié)合氯離子含量先升高后降低。ECE處理后，水泥漿中結(jié)合氯離子的含量隨礦粉含量的增加而增加。摻加20%礦粉的混凝土在ECE處理前表現(xiàn)出最高的氯離子結(jié)合能力，在ECE處理后具有最高的氯離子去除率。Ismail等[47]使用摻有粉煤灰和礦渣的鋼筋混凝土進(jìn)行了電化學(xué)除氯研究，發(fā)現(xiàn)其除氯效率低于普通硅酸鹽水泥鋼筋混凝土。此外，還發(fā)現(xiàn)加入了粉煤灰和礦渣的混凝土孔隙減少了，正是由于孔隙率的降低，電化學(xué)除氯的效率也隨之有所下降。但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)粉煤灰的摻入會提高除氯效率，但隨著粉煤灰摻量的增加，除氯效率并無明顯改變[48]。Kim等[49]分析了不同混凝土在除氯后氯離子的分布情況，發(fā)現(xiàn)在含有礦粉和粉煤灰的混凝土中的鋼筋附近氯離子的去除效果更加顯著，這可能是吸附在水化產(chǎn)物表面的氯離子釋放為游離氯離子，在電荷作用下得到進(jìn)一步去除。

此外，電解液類型、溫度、外加劑、超聲處理等都會對電化學(xué)除氯效率產(chǎn)生一定的影響[50-52]。在對影響ECE效率分析時，Ueda[53]和Xia[54]等研究發(fā)現(xiàn)電解液溫度越高，氯離子的去除率和遷移數(shù)越高。特別是在40 ℃時，混凝土整體的氯離子去除率顯著提高。屈鋒等[16]在引氣混凝土的電化學(xué)除氯研究時發(fā)現(xiàn)，引氣劑引入的微細(xì)氣泡有助于氯離子的遷出，提高ECE的效率。高小建[27]和張琨[44]等研究不同電解質(zhì)溶液的影響，發(fā)現(xiàn)使用Na3BO3溶液為電解液的效果優(yōu)于使用飽和Ca(OH)2溶液，但對于除氯后的離子分布兩者并無差異。姚武等[55]研究了超聲電化學(xué)除氯的影響，結(jié)果表明超聲電化學(xué)除氯是一種有效的除氯機(jī)制，而且除氯前期進(jìn)行超聲輔助的效率更高。不同因素對電化學(xué)除氯效率的影響存在差異，很多情況下單因素的影響不足以決定最終的除氯效果，通過正交實驗可以更清晰地分清各因素的主次關(guān)系，從而實現(xiàn)除氯效率的最大化。

3 電化學(xué)除氯對鋼筋混凝土性能的影響

3.1 電化學(xué)除氯對混凝土宏觀性能的影響

當(dāng)設(shè)置合理的電化學(xué)參數(shù)時，ECE處理對混凝土的力學(xué)性能影響并不明顯，而當(dāng)電流密度過高時，可能會對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響[56]。郭育霞等[57]對電化學(xué)除氯后的鋼筋混凝土橋墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土橋墩的抗震性能退化程度與電流密度相關(guān)，橋墩可能由彎曲破壞轉(zhuǎn)化為彎曲-粘結(jié)破壞。Zhang等[58]通過增大電流密度和通電時間，發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土梁的承載力明顯降低，同時提出了一種修正后的鋼筋混凝土梁抗彎剛度模型，定量地表達(dá)了電化學(xué)參數(shù)對鋼筋混凝土梁剛度退化的影響。Swamy等[59]對ECE處理后的鋼筋混凝土梁進(jìn)行了力學(xué)性能測試，測試發(fā)現(xiàn)，ECE處理并未對梁的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何不利影響。而Yeih等[37]通過在ECE處理后對混凝土進(jìn)行回彈強(qiáng)度試驗，結(jié)果表明ECE處理提高了混凝土的強(qiáng)度。哈爾濱工業(yè)大學(xué)Dai等[60]認(rèn)為ECE處理后的鋼筋混凝土柱容易從彎曲破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢羟衅茐?，這是由于ECE處理更容易引起箍筋的點蝕型腐蝕，導(dǎo)致箍筋受到破壞。Zhang等[61]采用擬靜力循環(huán)試驗研究了ECE處理后鋼筋混凝土柱的抗震性能，認(rèn)為經(jīng)過ECE處理后，由于鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度降低，其抗震性能隨之降低，循環(huán)荷載作用后柱的剛度和延性降低。另一方面，Siegwart[62]和Mao[63]等學(xué)者使用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土進(jìn)行了電化學(xué)除氯實驗，認(rèn)為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件更容易發(fā)生鋼筋氫脆，因此，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不適合使用ECE技術(shù)進(jìn)行電化學(xué)修復(fù)。

3.2 電化學(xué)除氯對鋼筋-混凝土粘結(jié)力的影響

電化學(xué)除氯在有效去除鋼筋附近氯離子的同時也會對鋼筋-混凝土界面的粘結(jié)力產(chǎn)生不利影響[64-66]。在進(jìn)行電化學(xué)除氯時，一方面，OH-和Cl-等陰離子從陰極移動到陽極；Na+和K+等陽離子向陰極移動并在鋼筋附近聚集，其中一部分會和OH-結(jié)合生成堿性氫氧化物，并與硅酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鋼筋-混凝土界面變得松軟，同時C-S-H凝膠的分解也造成了鋼筋混凝土界面區(qū)孔隙增加、粘結(jié)力下降。另一方面ECE使用較高的電流密度會在鋼筋附近產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)致界面膨脹應(yīng)力增加，鋼筋混凝土界面區(qū)形成微細(xì)裂縫，同時提高了鋼筋氫脆的風(fēng)險。這兩方面是導(dǎo)致鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力降低的主要原因。

Chang等[50]研究發(fā)現(xiàn)ECE處理成功地去除了鋼筋附近的氯離子，提高了鋼筋附近的pH值，但其粘結(jié)力損失約為40%～60%。Zhang等[58]使用3 A/m2的電流密度進(jìn)行除氯28 d，5 A/m2的電流密度進(jìn)行除氯14 d，結(jié)果表明鋼筋-混凝土粘結(jié)強(qiáng)度損失約為50%，承載力下降約20%，并結(jié)合有限元的計算結(jié)果證明了電流的變化是造成粘結(jié)強(qiáng)度降低的主要原因。Miranda等[64]研究發(fā)現(xiàn)ECE在實際應(yīng)用中所使用的高電流密度會導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物中的部分鐵化合物還原為磁鐵礦，增大了砂漿的孔隙率，削弱鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力。Lin等[20]對ECE處理后的鋼筋混凝土進(jìn)行了鋼筋拉拔試驗，研究結(jié)果顯示，電流密度的增加是導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度降低的主要原因，同時還發(fā)現(xiàn)溫度的升高也會對鋼筋-混凝土界面粘結(jié)力產(chǎn)生不利影響。韋江雄等[67]認(rèn)為ECE造成鋼筋-混凝土間粘結(jié)力下降是多因素綜合的結(jié)果, 其中鋼筋表面電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣形成膨脹壓應(yīng)力是造成鋼筋-混凝土間粘結(jié)力下降的重要原因之一，同時提出在混凝土中開適量小孔至鋼筋表面引導(dǎo)氫氣的排出可以降低粘結(jié)力的損失。Buenfeld等[68]發(fā)現(xiàn)帶肋鋼筋相比普通光圓鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度損失更低，粘結(jié)強(qiáng)度在ECE處理停止28 d后會有所恢復(fù)，其認(rèn)為水泥漿的可逆軟化、混凝土含水量的變化和鋼筋處鐵的溶解可能是造成粘結(jié)強(qiáng)度可恢復(fù)性降低的原因。鄭秀梅等[69]研究發(fā)現(xiàn)電化學(xué)除氯可使鋼筋-混凝土界面的粘結(jié)力降低30%，但停止除氯后，粘結(jié)力會恢復(fù)到原來的93%，除氯停止后一定時間可很大程度上消除電化學(xué)除氯對粘結(jié)力的不利影響。

3.3 電化學(xué)除氯對混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響

3.3.1 電化學(xué)除氯對混凝土內(nèi)離子分布的影響

3.3.2 電化學(xué)除氯對混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的影響

隨著大量的離子遷移，水化反應(yīng)的進(jìn)行，混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變。鋼筋-混凝土界面處Ca(OH)2含量增加，C-S-H凝膠分解，有新的富含Al3+、Na+、Ca2+和Fe2+等離子的水化產(chǎn)物生成，并有高Ca/Si比的水化產(chǎn)物定向排列[73]。Siegwart等[74]對ECE處理后的混凝土孔隙變化使用巖相學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)除氯后的混凝土具有更多且孔徑更小的孔隙，靠近陽極的混凝土表面孔隙相對較少，而且孔徑的變化會影響不同離子的遷移特性，從而影響系統(tǒng)的電阻。Marcotte等[14]通過對除氯后的鋼筋砂漿界面進(jìn)行分析，結(jié)果表明，砂漿內(nèi)部的孔隙率增加了一到兩個數(shù)量級。ECE處理會完全改變鋼筋附近水泥漿的化學(xué)形態(tài)，C-S-H凝膠的分解會導(dǎo)致孔隙的重組和粗化，其分解產(chǎn)生的物質(zhì)可能會阻塞其他更大的孔隙。Almeida等[36]通過壓汞分析，發(fā)現(xiàn)ECE處理增加了混凝土的平均孔徑，相比未進(jìn)行除氯的混凝土表面孔隙率(平均9.8%)，進(jìn)行除氯處理混凝土具有更高的孔隙率(13.0%)。ECE處理提高了混凝土的開孔率和閉孔率，同時增加了大孔(孔徑大于50 nm)和中孔(孔徑介于10 nm和50 nm之間)所占的百分比。由于電化學(xué)除氯結(jié)束后混凝土的孔隙會增大，因此需要對混凝土進(jìn)行陰極保護(hù)防止其被再次污染。單鴻猷等[75]在電化學(xué)除氯的同時電遷移硅酸根離子進(jìn)入混凝土的孔隙中，使之與孔隙中存在的Ca(OH)2生成C-S-H凝膠，使混凝土更加密實，氯離子得到遷出的同時混凝土中的總孔隙率和有害孔的數(shù)量得到降低。

4 結(jié) 論

電化學(xué)除氯技術(shù)作為一種新型的電化學(xué)修復(fù)技術(shù)，相比傳統(tǒng)的混凝土修補(bǔ)防護(hù)技術(shù)，可以做到低成本、無損、高效地去除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的有害氯離子。本文綜述了近年來電化學(xué)除氯技術(shù)的研究進(jìn)展，主要結(jié)論如下：

(1)電化學(xué)參數(shù)設(shè)置、鋼筋布置方式等對ECE的影響較大，而溫度、電解質(zhì)溶液類型等因素影響則較小，根據(jù)工程特點、混凝土類型等優(yōu)選合理的電化學(xué)除鹽參數(shù)既有助于高效除氯、又有助于保護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全。

(2)電化學(xué)除氯多采用傳統(tǒng)不銹鋼網(wǎng)、鈦網(wǎng)等陽極材料，容易造成污染且不易鋪設(shè)，而導(dǎo)電水泥基類的陽極材料更加環(huán)保、低成本、多功能。碳纖維等導(dǎo)電材料和水泥或聚合物復(fù)合成的陽極材料在適應(yīng)更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)的同時又能給予混凝土后期防護(hù)作用，并能重復(fù)利用作為后續(xù)陰極保護(hù)的陽極材料。

(3)鋼筋混凝土的界面粘結(jié)力會隨電化學(xué)除氯進(jìn)行而下降，除氯結(jié)束后界面粘結(jié)力會有一定程度的恢復(fù)。電化學(xué)除氯設(shè)置的電化學(xué)參數(shù)不合理以及鋼筋附近發(fā)生的水化產(chǎn)物劣化、氫氣產(chǎn)生均是導(dǎo)致界面粘結(jié)力降低的主要因素。采用合理的電化學(xué)參數(shù)除氯不會對混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，但可能導(dǎo)致鋼筋陰極處的混凝土劣化。

5 展 望

(1)電化學(xué)除氯使得Na+、K+等離子在鋼筋陰極處積累，這增加了在含有潛在活性骨料的混凝土中發(fā)生堿骨料反應(yīng)(ASR)的風(fēng)險。Li+比Na+和K+具有更小的離子半徑和更高的電荷密度，Li+介入堿骨料反應(yīng)時會在混凝土中形成無膨脹的凝膠，從而有效抑制堿骨料反應(yīng)帶來的混凝土膨脹。因此，為防止ECE引起的堿骨料破壞，可以在電解液中添加鋰鹽來抑制ASR。此外，對于摻加大摻量礦粉、粉煤灰的混凝土而言，由于混凝土自身堿度很低，電化學(xué)除鹽所產(chǎn)生的堿骨料反應(yīng)風(fēng)險隨之降低。

(2)電化學(xué)除氯會在陰極附近發(fā)生極化反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣在鋼筋附近積累，導(dǎo)致氫脆現(xiàn)象，鋼筋塑性降低，鋼筋混凝土由此增加了膨脹開裂的風(fēng)險。析氫反應(yīng)的發(fā)生依賴于電流密度的大小，為了有效規(guī)避氫脆的發(fā)生，在電化學(xué)除氯時需要設(shè)置合理的電流密度。發(fā)展雙向遷移技術(shù)，通過在電化學(xué)除氯的同時遷移阻銹劑可降低鋼筋發(fā)生氫脆的風(fēng)險、并實現(xiàn)了鋼筋保護(hù)。

(3)ECE難以完全去除混凝土中的氯離子并導(dǎo)致結(jié)合氯離子分解。電化學(xué)除氯結(jié)束后會導(dǎo)致混凝土表層氯離子濃度高、內(nèi)部濃度低，氯離子會再次向內(nèi)部遷移并引起鋼筋二次銹蝕。因此，需要對除氯后混凝土內(nèi)氯離子的濃度分布進(jìn)行檢測，通過涂層封閉或電化學(xué)陰極保護(hù)來提高鋼筋混凝土耐久性。

(4)利用傳感器等技術(shù)對混凝土中氯離子濃度實時監(jiān)測，通過對電化學(xué)除鹽進(jìn)行數(shù)值模擬以及對混凝土進(jìn)行耐久性評估后，使用外部控制平臺對電化學(xué)除氯裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，從而實現(xiàn)離岸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電化學(xué)除氯的可視化和智能化發(fā)展。