介绍

混凝土修补需求在过去的20多年里不断扩大。许多结构由于暴露在除冰化学物质或者海水氯化物中，导致严重的腐蚀，其破坏性远超过人们的预期。混凝土内部钢筋锈蚀的严重性是现在业主和工程师面临的一个公认问题。

修补恶化混凝土最常用的方法是凿除破坏的材料，用新的混凝土或者砂浆替代。虽然这种方法能使结构很快恢复使用，但是却达不到长期耐久性的要求。形成腐蚀的原因很多，比如PH值差异、孔隙以及氯离子含量等。因此，在氯离子污染的结构中片状或者块状的修补可能提早失效。

腐蚀引起的恶化混凝土结构修补是一个独一无二的挑战。特别是阳极环效应，也称作“光圈效应”（见图1），这种现场经常被忽视，但却是引起块状修补过早失效及增加维修量的一个常见原因。光圈效应的常见解释是描述修补区域周围增加的腐蚀活动，这是由于修补区域内钢筋和周围混凝土内钢筋之间的电化学不兼容引起的。

电化学技术----电化学腐蚀保护方法已经应用在混凝土修补中，从根本预防腐蚀，而非简单的修补破坏结构。这种方法原理是阳极发生锈蚀，在内部对钢筋产生电量较小的保护性电流，从而达到保护钢筋的目的，效果显著。

内置牺牲阳极---内置牺牲阳极埋入混凝土内。Type 1 内置牺牲阳极可用于标准混凝土修补（见图2）或者新旧混凝土接缝处修补。Type 2 内置牺牲阳极则安装在性能良好的混凝土中（见图2）。Type 1 阳极通常安装在修补区域周围紧邻问题区域，在阳极周围用合适的砂浆或者混凝土进行填充后，阳极开始牺牲性的保护周围钢筋。

       图1：阳极环锈蚀

        图2：氯离子加速的锈蚀

    图3：氯离子加速的锈蚀

修补的目的是什么？

内置牺牲阳极能降低其安装周围区域钢筋的锈蚀活动。阳极安装在腐蚀发生或者复发性高的混凝土区域。Type 1 阳极对修补区域氯离子污染或者碳化的钢筋提供保护，而Type 2 阳极应用范围是混凝土受到氯离子污染或者碳化，但是性能尚未遭到破坏，使用此阳极可预防混凝土的剥落或者脱层。

何时应用这些方法？

    内置牺牲阳极绑在修补洞内部的钢筋上，对修补洞周围混凝土内部的钢筋提供保护。无论是氯离子污染还是碳化混凝土，都可使用内置牺牲阳极来最小化修补区域周围的钢筋锈蚀进行修补。也可将内置牺牲阳极安装在新混凝土与老的氯离子污染混凝土交界处的钢筋上，比如桥面板加宽、面板接缝前缘以及混凝土柱子外夹克层结构的应用。

在检查混凝土情况时，经常发现在看似性能良好的混凝土内部发现潜在的严重腐蚀区域，此时可在这些区域安装牺牲阳极来延缓腐蚀对混凝土的破坏。对于已经存在或者可能存在污染的混凝土，可以以格网状大面积安装阳极保护钢筋。

如何处理表层？

按照修补混凝土或者砂浆的应用要求进行彻底的表层处理。限制粘合剂使用在低电阻率混凝土中，比如含有硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥沙混合物的泥浆。避免使用绝缘材料，比如环氧基树脂粘合剂。

如何选择合适的材料？

内置牺牲阳极仅适用水泥基或者水泥基聚合物修补材料，因为这些材料电阻率低。内置牺牲阳极混凝土或者修补材料的电阻应低于15000ohm-cm，如果材料的电阻率高，比如环氧基树脂或者高度聚合物改性修补砂浆，能大幅度降低有效电流，或者阻止阳极正常发挥作用。如果低电阻材料不适合全面修补，则可将阳极安装在单个的低电阻材料袋中，这些袋子需要完全包裹阳极，并完整的填充阳极和混凝土基底中间的空间。

安装要求设备设备

标准修补中Type 1 内置牺牲阳极安装要求的设备仅包括基本的手动工具和测量范围在0-200ohm的直流欧姆计。Type 2 阳极安装的要求设备包括钢筋定位器、冲击钻、取芯钻、基本的手动工具和直流欧姆计。

安全措施

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施工前会议

修补开始之前，建议召开施工前会议。会议应包括所有参与方（业主、工程师、承包商、材料生产商等）代表，特别注意应将达到修补目的必要的参数、方式、方法和材料讨论清楚。

修补过程

工程师根据具体情况设定两种类型阳极间距。阳极间距主要由钢筋分布密度和环境的腐蚀性决定。对于钢筋分布密度高的结构或者腐蚀环境恶劣的结构，为了使阳极有效的发挥作用，通常要求较小的间距。

标准修补Type 1 内置牺牲阳极的安装----在标准块状修补中，根据性能良好混凝土修补惯例将修补区域内部钢筋周围和后侧的恶化混凝土完全凿除（见图4）。基底混凝土和阳极之间应有足够的空间（最低3/4英寸【19mm】,或者比修补材料中顶级骨料大1/4英寸【6mm】，两种方法以较高者为准）。钢筋修补区域暴露出的钢筋应彻底清洁，至少目测的表层应达到光亮的程度，以便与阳极固定时提供良好的电气连接。安装之前，使用直流欧姆仪表测试修补区域内钢筋的电连续性，确定没有问题（见图5）。

工程师确定具体的阳极间距，并沿着修补区域周界放置阳极。每个阳极应与钢筋安全连结（见图6和图7）。如果覆盖层厚度低于1英寸（25mm），阳极应安装在钢筋下方（远离混凝土表层）。安装完毕后，应确定阳极与钢筋之间的电气连接（见图8）。电气连接的电阻应低于1ohm。最后，按照普通的修补步骤用兼容的修补材料填充修补洞，注意需要将阳极完全包裹。

        图4：凿除破坏的混凝土

     图5：检测钢筋的电气连接

      图6：绑扎工具和阳极

      图7：绑扎阳极

           图8：确定与钢筋的电气连接

      图9：确定钢筋位置

      图10：钻阳极孔

     图11：钢筋连接二级孔

  性能良好混凝土Type 2 内置阳极安装----定位需要安装阳极的钢筋并在混凝土表层标示（见图9）。根据钢筋位置，标记阳极安装位置，钻出适合阳极大小的洞（见图10），标记阳极和钢筋之间的连接位置，如果有需要可钻孔，然后在原孔或者二级孔内进行连接。用直流欧姆仪检测安装处钢筋的电气连接。

  所有的孔应无碎片无灰尘，将阳极与钢筋安全连接，然后用欧姆仪确定其连接（见图12），连接电阻应低于1ohm。异种金属之间的任何连接都应用硅粉或者双组份环氧基树脂进行密封，防止局部腐蚀，然后用适合的修补材料填补钻孔（见图13）。

    图12：确定与钢筋的电连接

  图13：阳极安装在孔中，使用修补材料固定

如何检测修补？

通常内置牺牲阳极在安装后无需检测，除非需要腐蚀电位数据。如果需要更具体的性能数据，可监测安装阳极的电流和电压输出。可在电路中安装开关获取腐蚀电位和电位衰减数据，如果数据充分，甚至可以判断钢筋的极化水平。

*本文节选自《Installation of Embedded Galvanic Anodes》，作者David Whitmore