专利名称：提高混凝土与埋设的钢筋间结合强度及密封其间界面的方法
技术领域：
本发明涉及一种电化处理凝固混凝土的方法，其目的在于改变(即提高或削弱)凝固混凝土与埋置在混凝土内的钢筋特别是钢筋、预张或后张钢条或钢丝索之间的结合强度的方法。迄今，这样做是不可能的，这是因为不知道如何在可控制的情况下就地改变凝固混凝土中钢筋对混凝土的结合强度的方法。
本发明的另一个方面是改变凝固混凝土结构中钢筋与混凝土的界面，从而提高该界面的密封性。埋设在混凝土中的钢筋或张力元件之间的界面密封往往由于钢表面在混凝土开始凝固期间有混凝土泌水聚积或可能由于初次灌浇时没有充分压实而不太完美。密封不良会导致渗漏、结构承受水压或毗邻钢筋的混凝土表面可能碳化，从而使钢筋腐蚀。
本发明是部分基于这样的发现提出的在电化处理混凝土的过程中，采用内部埋设的钢筋作为阴极，一般在混凝土表面与阴极间隔一段距离配置的分布电极结构作为阳极，由此使埋设的钢筋与周围混凝土之间的结合作为所加的电荷的函数而发生显著和永久性的变化。在处理过程初期，结合强度逐步显著地减小到远在初始结合强度以下的水平。随着处理的持续进行，结合强度逐步显著地增加。本发明人观察到，混凝土的类型已知时，结合强度的这种变化既可以预测又具有重复性。因此，通过建立在给定的处理时间及其对钢筋/混凝土结合强度的影响两者之间简单关系的数据库，有可能如预期地改变现有结构中的这种结合强度。
例如，在预应力或后应力混凝土结构的情况下，可能最好减小钢筋/混凝土界面的结合强度。这样可以更好地适应压实的混凝土结构构件的挠曲状态。另一方面，在静止钢筋条的情况下，最好增加钢筋/混凝土界面的结合强度。
已知的钢筋混凝土电化处理法有好多种，例如，以内部的钢筋作为阴极加以连接，采用外部的分布电极作为阳极。Vennesland等人的美国专利4，032，803就是这种方法的一个例子。但这种已知的方法是用以恢复被例如氯化物所污染的混凝土结构，或用在内部埋设的钢筋因碳化作用等已腐蚀的情况。本发明的方法也可用于混凝土受污染的情况，但本发明的处理过程不是恢复性的过程，而是针对钢筋/混凝土界面结合强度的控制和改变问题。在本发明的方法中，处理条件和控制参数与恢复性处理法的完全不同。
为更全面理解本发明的上述和其它特点和优点，应参看本发明最佳实施例的下述详细说明和有关附图。
图1是本发明实施例的混凝土结构的简化剖面示意图。
图2的曲线示出了本发明的处理时间及其对混凝土与埋设在混凝土内的钢筋之间的结合强度的影响两者之间的关系。
按照本发明，钢筋/混凝土界面的结合情况是通过在埋设的钢筋与距钢筋一段距离且与混凝土结合的分布电极之间通上电流改变的。图1示出了达到该目的的一个典型有益的配置方式。图1中，编号10表示钢筋(预应力或后应力)混凝土结构。该图中，混凝土实体中配置有多条钢筋条12埋设在混凝土中为混凝土所围抱。
直流电压源“G”的负极接埋设的钢筋件12，正极接分布电极件13，分布电极件13可以是例如钢或钛的导线网。在图示的系统中，电极件13埋设在电解物质14中，电解物质14以例如用水或电介溶液润湿的纤维素纸浆纤维为宜。采用这种纤维时，通常是将其在混凝土11的外表面15喷涂上两层。纤维材料能自行粘附到混凝土的表面，因而可以涂敷到垂直或甚至倾斜的外部表面。涂上第一层之后，装上网状电极13，然后将纤维的第二层敷到电极上，基本上如图1所示的那样。
分布电极的具体形状对本发明来说是无关重要的。混凝土在性能和适应性方面容许的话可以将电极13例如浸没在液池中或埋设在潮湿的海绵物质或毛毯中。同样，恰当的话，混凝土表面可以涂上导电层(或与导箔接触配置)。为达到本发明的目的，基本要求是要提供一个区域分布的电极配置方式，以适应在内部埋设的钢件12与相反极性的电极之间所分布的电流。
电压源“G”在工作容量方面的要求并不高。但出于实用上的考虑，建议直流电压在5至40伏左右，最好是可调节的。为安全起见，以40伏为上限为宜。系统的电流容量最好足以在所处理的部位中所埋设的钢筋每平方米表面积上传送0.5至10安之间的电流。
参看图2，图中示出了钢筋/混凝土结合强度值〔以MPa(兆帕斯卡)计〕相对于加到所埋设的钢筋的总电流值(以每平方米钢筋表面积的安时针)的曲型曲线。在图2的实例中，实线表示一般合成的混凝土的平均值。上下虚线表示与实线所表示的平均值的一般偏差。
从图2中不难看出，在按本发明进行处理的第一阶段直到每平方米钢筋表面上流过的电流在4000与5000安时的电能为止，埋设的钢筋与周围的混凝土之间的结合强度减小。在所示的实例中，开始时的结合强度约为1.8MPa，在电流达每平方米钢筋表面积大约4300安时之后，该值逐步下降到大约0.6-0.7MPa。
电流继续在埋设的钢筋与分布阳极之间流通时，所埋设的钢筋与周围混凝土之间的结合强度开始增加。电流继续流通时，结合强度显著地增加，超过其初始水平，最后达最大极限。
在图2所示的数据中，每平方米所埋设的钢筋表面积的电流达12，000安时左右之后，最大结合强度达到大约5.7MPa的水平。
结合强度达到最大值之后在电流继续流通时的情况下再次开始减小，但最后在电流达每平方英尺表面积14，000～15，000安时的范围时成水平延伸且变得较为稳定。通常是没有理由将这个过程进行到结合强度超过最大值以外的。这样做确实有害。
图2所反映的数据是根据平均质量的混凝土的实际数据读出值得出的经平滑的曲线。同样可以编制任何特定混凝土混合料的数据库，但图2的曲线适用于大多数实际情况。
按本发明进行处理的过程中，我们观察到，当处理进行到结合强度增加得超过初始值时，钢筋混凝土界面及其周围附近的混凝土空隙中浸渍有钢筋表面电化反应所产生的物质。这些物质可能是包括氢氧化钙和碳酸钙在内的各种化合物。空隙中灌满这种反应化合物实际上使界面区不透水且处于密封状态。
本发明的方法取得了意外惊人的成就，它首次使我们可以就地改变凝固混凝土中钢筋/混凝土的结合强度。视乎具体安装的需要而定，可以有节制地减小结合强度，例如在采用预张和后张钢筋束时就希望这样做，也可以有节制地增加结合强度，例如一般静止钢筋条埋设在一般混凝土结构中时就需要这样做。一般混凝土混合值的数据库是不难编制出来的，这种数据库适用于大多数类型的混凝土。结构要求特别高且/或混凝土配方独特时，可以进行较简单的一系列试验来建立特定混凝组成值的特殊数据库。然后将其应用到采用特殊组成的结构时就按照它来控制有关过程。
除了能够精确改变和控制钢筋/混凝土结合强度之外，本发明的方法还可以有效地密封钢筋/混凝土的界面，使水分和大气不致进入混凝土中。这是反应生成物沉积在混凝土在钢筋/混凝土界面外或紧周围附近的空隙中的结果，它使外来的液体和气体较不容易渗入这一带的混凝土中。
本发明的方法使用起来简单、经济，所使用的技术和设备都是周知的那一种。在一般情况下，外电极装置可以装在结构的外表面，然后在所有工序完成之后洗除掉或卸除掉。
当然不言而喻，这里本发明所例举和说明的具体形式仅仅是代表性而已，在不脱离本公开内容的清楚教导的前提下是可以就其进行某种修改的。因此在确定本发明的整个范围时应参照下面所附的权利要书。
权利要求
1.一种改变凝固和经养护的混凝土与埋设在混凝土中的钢筋之间的结合情况的方法，该方法包括下列步骤(a)提供一个直流电压源；(b)将所述内埋设的钢筋连接到所述电压源的负极；(c)组成一个与所述混凝土实体结合的分布电极装置；(d)将所述分布电极装置与所述电压源的正极连接起来；(e)必要时，建立和编制一个可应用于所述混凝土表示钢筋/混凝土结合强度与流过所述钢筋与所述分布电极装置间的单位所述埋设钢筋的总电流之间的递变关系的数据库。(f)令所述电压源在所述埋设钢筋与分布电极装置之间提供电流；(g)当单位所述钢筋的总电荷达到这样的程度，使其按所述数据库计算而对所述埋设钢筋与所述混凝土的结合强度进行了一个预定的改变后终此所述过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于(a)所述数据库系编制得使其表示单位面积埋设钢筋上所加的总电流与钢筋/混凝土结合强度之间的递变关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于(a)所述过程在提供给所述埋设的钢筋的总电荷达到足以减小所述钢筋与所述混凝土之间的结合强度时就终止。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于(a)所述过程在提供给所述埋设的钢筋的总电荷达到足以增加所述钢筋与所述混凝土之间的结合强度时就终止。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于(a)所述电压源大约5至40伏的直流电压，其容量足以给处理中每平方米的埋设钢筋供0.5至10安的电流。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于(a)所述埋设的钢筋包括供保持周围的混凝土处于受压状态的张力元件;且(b)所述过程系控制得使其减小张力元件与所述混凝土之间的结合强度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于(a)所述埋设的钢筋包括未受张力的钢筋件;且(b)所述方法系控制得使其增加所述张力元件与所述混凝土之间的结合强度。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征还在于(a)所述方法继续进行下去，通过将周围混凝土的孔隙充满电化处理反应生成物而使钢筋/混凝土的界面的密封得到重大改善。
全文摘要
一种调节凝固了的钢筋混凝土中钢筋/混凝土结合强度的方法。该方法是将直流电压源的负极接到埋设的钢筋上，正极接到混凝土结构表面上形成的外分布电极上。该外电极可以是例如能自行粘附的润湿纸浆纤维电解物质、导电涂层等等。往该结构上加电压和由此产生的在埋设钢筋与外电极之间的电流开始时会逐步减小钢筋/混凝土的结合强度。继续加电压会逐步增加结合强度，最后达到大大超过初始值的最大强度。
文档编号C04BGK1078192SQ9310346
公开日1993年11月10日 申请日期1993年3月23日 优先权日1992年3月23日
发明者约翰·B·米勒 申请人:约翰·B·米勒