俞洪銮 孙平平 孙江山
浙江水利水电学院 浙江省杭州市310018
摘要：本文对高温后钢筋混凝土修复的可行性进行了分析探究。钢筋混凝土遇到高温后其微观结构发生改变、力学性能降低。已有研究表明，电化学再碱化处理是锈蚀混凝土修复 的一条有效途径。本文从高温后钢筋混凝土修复的可行性入手，结合再碱化相关技术，对修复的可行性性进行了初步探讨。
关键词：再碱化 高温 混凝土 修复
前言
火灾发生的频率位居各种灾害的首位，且火灾多发于人造构筑物或建筑物内，火灾一旦发生对于人类的生命财产、经济财产都会造成严重损害。火灾发生之后，钢筋混凝土结构发生破坏，此时往往会选用拆除的方法，这样大大降低了资源的利用率。在科学的诊断之后，利用再碱化技术将可用的钢筋混凝土结构修复使之继续投入使用，以达到资源利用率最大化和财产损失最小化的效果。
1、项目背景
由欧美兴起的电化学再碱化修复技术的有效性虽得到国内外广大研究人员的认可，但作为一项比较新的技术，还存在许多的疑问，如该技术的耐久性广受圈内人士的热议。但如果能揭示再碱化处理过程中和处理后混凝土内钢筋表面腐蚀产物成分的变化，应该能够从根本上解释该技术是否能再钝化腐蚀的钢筋。而另一难题则是如何检测包裹在混凝土中钢筋表面腐蚀产物的成分仍有较大难度。为此，研究再碱化技术的再钝化现象，进而研究分析该修复技术的耐久性，为该技术在历史建筑修复领域的推广与应用提供理论依据，并成为实际工程中推广应用的示范，有着非常重要的意义。
2、高温后混凝土的力学性能
通过对钢筋混凝土在受高温时的应力应变曲线的分析，得出高温下和高温后钢筋混凝土的相对高温强度的总体变化趋势，结果显示高温冷却后钢筋混凝土的抗压强度远低于正常温度状态下的钢筋混凝土抗压强度。
高温后钢筋混凝土抗压强度变低，结构产生裂缝，将给钢筋混凝土的整体工作性能带来不利影响。钢筋混凝土丧失阻止腐蚀物质侵入的能力，具有高抗渗透性、高碱性的液体侵入，钢筋的服役寿命将大大缩短。引起混凝土结构中钢筋锈蚀的主要有以下两原因：一是水泥浆本体与空气中的二氧化碳反应生成的孔隙溶液中的酸化导致的钢筋整体性去钝化；二是由于氯离子的侵蚀引发的钢筋局部去钝化反应。
3、电化学再碱化技术的原理
混凝土再碱化是通过电化学方法使已经碳化的混凝土的pH值恢复至12.5 左右，从而使钢筋表面的活性降低，乃至重新钝化，以减缓或阻止锈蚀钢筋继续腐蚀。钢筋周围混凝土的再碱化，为钢筋提供一层保护膜，避免腐蚀性液体继续对钢筋产生腐蚀作用。
根据电化学再碱化处理技术要求，选择线路连接方式、电解质液成分与配比、电流密度和总电量，再碱化处理碳化钢筋混凝土试件。利用拉曼光谱技术实时跟踪混凝土中钢筋表面腐蚀产物的成分，研究再碱化技术的再钝化现象。利用拉曼光谱技术实时检测高碱性（酸碱度大约为12.5）混凝土中钢筋表面腐蚀产物的成分，分析钢筋的钝化现象，低碱性（酸碱度大约为9）碳化混凝土中钢筋表面腐蚀产物的成分，分析钢筋的脱钝现象以及再碱化处理过程中和处理后混凝土中钢筋表面腐蚀产物的成分的变化。实验结果表明非碳化混凝土的pH值在12.5左右，在高碱性环境里，钢筋表面会形成一层致密的钝化膜。钝化膜的组成成分比较复杂，通常认为，钢筋钝化膜是一层密实的由组成的膜，腐蚀速率小于0.1μm/year，强加阳极电流（电流密度大小为16μA/）不能破坏这层钝化膜。混凝土碳化后，施加阳极电流，混凝土中的钢筋表面会生成绿锈，腐蚀活性明显增加。再碱化处理过程中的腐蚀产物主要成分为和，由此可见，电化学再碱化处理能够有效的提高碳化混凝土的碱性，同时将铁离子还原为亚铁离子。这也是本研究的重要创新成果之一，第一次在实验过程中证明了再碱化处理将铁离子还原成了亚铁离子。
换言之，混凝土再碱化过程会发生复杂化学反应并导致混凝土的性能变化。在吸附、电渗、扩散等作用下，阴极电极反应产物OH-由钢筋表面向混凝土表面及内部迁移、扩散，阳离子（）由阳极向阴极迁移。由于的持续产生和扩散，使得钢筋周围已碳化混凝土的pH值逐渐升高，为钢筋提供碱性环境，阻止钢筋进一步腐蚀。修复原理见图1
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图 1 电化学修复原理
4、前景展望
对电化学再碱化技术的实验室应用进一步深入开展，并结合工程实际应用的进一步推广，将具有良好的前景。
（1）该技术修复成本低，施工简单，对原结构无损伤，耐久性好，环境友好。但其耐久性还有待商榷，可深入研究实际工程实验的修复效果及耐久性。
（2）采用这种再碱化技术对碳化钢筋混凝土构建或建筑物进行修复，必须要隔一段时间重复进行处理修复，可对再碱化技术保持有效性的修复周期进行进一步的量化。
（3）研究提高再碱化技术耐久性的方法，比如优化电解质液、通电电流密度大小和总电量等技术参数。
（4）较传统的材料填充技术，有明显的经济效益和社会效益，特别适用于需要保护的历史文物建筑，所以可寻求其他可以弥补再碱化技术缺陷的补充技术，比如在混凝土表面施加有效的防水剂等，为社会、经济和环境的可持续发展做出贡献。
5、总结
再碱化修复技术，作为一项新型的施工技术，具有成本低，无损伤，耐久性强，环境友好等特点，较传统的材料填充技术，有明显的经济效益，社会效益和环境效益。该技术是常温下修复混凝土的一种手段，再碱化修复后不仅可以有效恢复碳化混凝土的高碱性，同时还能降低钢筋表面活性以促使钢筋再钝化。对受到高温破坏后的混凝土结构，能在不改变、破坏其原本结构的基础上，尽可能的延长了钢筋混凝土结构的使用寿命，达到了其最高的利用效率，是一种极为有效的方法。
参考文献
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