專(zhuān)利名稱(chēng)：提高混凝土與埋設(shè)的鋼筋間結(jié)合強(qiáng)度及密封其間界面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化處理凝固混凝土的方法，其目的在于改變(即提高或削弱)凝固混凝土與埋置在混凝土內(nèi)的鋼筋特別是鋼筋、預(yù)張或后張鋼條或鋼絲索之間的結(jié)合強(qiáng)度的方法。迄今，這樣做是不可能的，這是因?yàn)椴恢廊绾卧诳煽刂频那闆r下就地改變凝固混凝土中鋼筋對(duì)混凝土的結(jié)合強(qiáng)度的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是改變凝固混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土的界面，從而提高該界面的密封性。埋設(shè)在混凝土中的鋼筋或張力元件之間的界面密封往往由于鋼表面在混凝土開(kāi)始凝固期間有混凝土泌水聚積或可能由于初次灌澆時(shí)沒(méi)有充分壓實(shí)而不太完美。密封不良會(huì)導(dǎo)致滲漏、結(jié)構(gòu)承受水壓或毗鄰鋼筋的混凝土表面可能碳化，從而使鋼筋腐蝕。
本發(fā)明是部分基于這樣的發(fā)現(xiàn)提出的在電化處理混凝土的過(guò)程中，采用內(nèi)部埋設(shè)的鋼筋作為陰極，一般在混凝土表面與陰極間隔一段距離配置的分布電極結(jié)構(gòu)作為陽(yáng)極，由此使埋設(shè)的鋼筋與周?chē)炷林g的結(jié)合作為所加的電荷的函數(shù)而發(fā)生顯著和永久性的變化。在處理過(guò)程初期，結(jié)合強(qiáng)度逐步顯著地減小到遠(yuǎn)在初始結(jié)合強(qiáng)度以下的水平。隨著處理的持續(xù)進(jìn)行，結(jié)合強(qiáng)度逐步顯著地增加。本發(fā)明人觀察到，混凝土的類(lèi)型已知時(shí)，結(jié)合強(qiáng)度的這種變化既可以預(yù)測(cè)又具有重復(fù)性。因此，通過(guò)建立在給定的處理時(shí)間及其對(duì)鋼筋/混凝土結(jié)合強(qiáng)度的影響兩者之間簡(jiǎn)單關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)，有可能如預(yù)期地改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的這種結(jié)合強(qiáng)度。
例如，在預(yù)應(yīng)力或后應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的情況下，可能最好減小鋼筋/混凝土界面的結(jié)合強(qiáng)度。這樣可以更好地適應(yīng)壓實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓曲狀態(tài)。另一方面，在靜止鋼筋條的情況下，最好增加鋼筋/混凝土界面的結(jié)合強(qiáng)度。
已知的鋼筋混凝土電化處理法有好多種，例如，以?xún)?nèi)部的鋼筋作為陰極加以連接，采用外部的分布電極作為陽(yáng)極。Vennesland等人的美國(guó)專(zhuān)利4，032，803就是這種方法的一個(gè)例子。但這種已知的方法是用以恢復(fù)被例如氯化物所污染的混凝土結(jié)構(gòu)，或用在內(nèi)部埋設(shè)的鋼筋因碳化作用等已腐蝕的情況。本發(fā)明的方法也可用于混凝土受污染的情況，但本發(fā)明的處理過(guò)程不是恢復(fù)性的過(guò)程，而是針對(duì)鋼筋/混凝土界面結(jié)合強(qiáng)度的控制和改變問(wèn)題。在本發(fā)明的方法中，處理?xiàng)l件和控制參數(shù)與恢復(fù)性處理法的完全不同。
為更全面理解本發(fā)明的上述和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)參看本發(fā)明最佳實(shí)施例的下述詳細(xì)說(shuō)明和有關(guān)附圖。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的混凝土結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化剖面示意圖。
圖2的曲線示出了本發(fā)明的處理時(shí)間及其對(duì)混凝土與埋設(shè)在混凝土內(nèi)的鋼筋之間的結(jié)合強(qiáng)度的影響兩者之間的關(guān)系。
按照本發(fā)明，鋼筋/混凝土界面的結(jié)合情況是通過(guò)在埋設(shè)的鋼筋與距鋼筋一段距離且與混凝土結(jié)合的分布電極之間通上電流改變的。圖1示出了達(dá)到該目的的一個(gè)典型有益的配置方式。圖1中，編號(hào)10表示鋼筋(預(yù)應(yīng)力或后應(yīng)力)混凝土結(jié)構(gòu)。該圖中，混凝土實(shí)體中配置有多條鋼筋條12埋設(shè)在混凝土中為混凝土所圍抱。
直流電壓源“G”的負(fù)極接埋設(shè)的鋼筋件12，正極接分布電極件13，分布電極件13可以是例如鋼或鈦的導(dǎo)線網(wǎng)。在圖示的系統(tǒng)中，電極件13埋設(shè)在電解物質(zhì)14中，電解物質(zhì)14以例如用水或電介溶液潤(rùn)濕的纖維素紙漿纖維為宜。采用這種纖維時(shí)，通常是將其在混凝土11的外表面15噴涂上兩層。纖維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傾斜的外部表面。涂上第一層之后，裝上網(wǎng)狀電極13，然后將纖維的第二層敷到電極上，基本上如圖1所示的那樣。
分布電極的具體形狀對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)是無(wú)關(guān)重要的?；炷猎谛阅芎瓦m應(yīng)性方面容許的話可以將電極13例如浸沒(méi)在液池中或埋設(shè)在潮濕的海綿物質(zhì)或毛毯中。同樣，恰當(dāng)?shù)脑挘炷帘砻婵梢酝可蠈?dǎo)電層(或與導(dǎo)箔接觸配置)。為達(dá)到本發(fā)明的目的，基本要求是要提供一個(gè)區(qū)域分布的電極配置方式，以適應(yīng)在內(nèi)部埋設(shè)的鋼件12與相反極性的電極之間所分布的電流。
電壓源“G”在工作容量方面的要求并不高。但出于實(shí)用上的考慮，建議直流電壓在5至40伏左右，最好是可調(diào)節(jié)的。為安全起見(jiàn)，以40伏為上限為宜。系統(tǒng)的電流容量最好足以在所處理的部位中所埋設(shè)的鋼筋每平方米表面積上傳送0.5至10安之間的電流。
參看圖2，圖中示出了鋼筋/混凝土結(jié)合強(qiáng)度值〔以MPa(兆帕斯卡)計(jì)〕相對(duì)于加到所埋設(shè)的鋼筋的總電流值(以每平方米鋼筋表面積的安時(shí)針)的曲型曲線。在圖2的實(shí)例中，實(shí)線表示一般合成的混凝土的平均值。上下虛線表示與實(shí)線所表示的平均值的一般偏差。
從圖2中不難看出，在按本發(fā)明進(jìn)行處理的第一階段直到每平方米鋼筋表面上流過(guò)的電流在4000與5000安時(shí)的電能為止，埋設(shè)的鋼筋與周?chē)幕炷林g的結(jié)合強(qiáng)度減小。在所示的實(shí)例中，開(kāi)始時(shí)的結(jié)合強(qiáng)度約為1.8MPa，在電流達(dá)每平方米鋼筋表面積大約4300安時(shí)之后，該值逐步下降到大約0.6-0.7MPa。
電流繼續(xù)在埋設(shè)的鋼筋與分布陽(yáng)極之間流通時(shí)，所埋設(shè)的鋼筋與周?chē)炷林g的結(jié)合強(qiáng)度開(kāi)始增加。電流繼續(xù)流通時(shí)，結(jié)合強(qiáng)度顯著地增加，超過(guò)其初始水平，最后達(dá)最大極限。
在圖2所示的數(shù)據(jù)中，每平方米所埋設(shè)的鋼筋表面積的電流達(dá)12，000安時(shí)左右之后，最大結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到大約5.7MPa的水平。
結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到最大值之后在電流繼續(xù)流通時(shí)的情況下再次開(kāi)始減小，但最后在電流達(dá)每平方英尺表面積14，000～15，000安時(shí)的范圍時(shí)成水平延伸且變得較為穩(wěn)定。通常是沒(méi)有理由將這個(gè)過(guò)程進(jìn)行到結(jié)合強(qiáng)度超過(guò)最大值以外的。這樣做確實(shí)有害。
圖2所反映的數(shù)據(jù)是根據(jù)平均質(zhì)量的混凝土的實(shí)際數(shù)據(jù)讀出值得出的經(jīng)平滑的曲線。同樣可以編制任何特定混凝土混合料的數(shù)據(jù)庫(kù)，但圖2的曲線適用于大多數(shù)實(shí)際情況。
按本發(fā)明進(jìn)行處理的過(guò)程中，我們觀察到，當(dāng)處理進(jìn)行到結(jié)合強(qiáng)度增加得超過(guò)初始值時(shí)，鋼筋混凝土界面及其周?chē)浇幕炷量障吨薪n有鋼筋表面電化反應(yīng)所產(chǎn)生的物質(zhì)。這些物質(zhì)可能是包括氫氧化鈣和碳酸鈣在內(nèi)的各種化合物?？障吨泄酀M這種反應(yīng)化合物實(shí)際上使界面區(qū)不透水且處于密封狀態(tài)。
本發(fā)明的方法取得了意外驚人的成就，它首次使我們可以就地改變凝固混凝土中鋼筋/混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。視乎具體安裝的需要而定，可以有節(jié)制地減小結(jié)合強(qiáng)度，例如在采用預(yù)張和后張鋼筋束時(shí)就希望這樣做，也可以有節(jié)制地增加結(jié)合強(qiáng)度，例如一般靜止鋼筋條埋設(shè)在一般混凝土結(jié)構(gòu)中時(shí)就需要這樣做。一般混凝土混合值的數(shù)據(jù)庫(kù)是不難編制出來(lái)的，這種數(shù)據(jù)庫(kù)適用于大多數(shù)類(lèi)型的混凝土。結(jié)構(gòu)要求特別高且/或混凝土配方獨(dú)特時(shí)，可以進(jìn)行較簡(jiǎn)單的一系列試驗(yàn)來(lái)建立特定混凝組成值的特殊數(shù)據(jù)庫(kù)。然后將其應(yīng)用到采用特殊組成的結(jié)構(gòu)時(shí)就按照它來(lái)控制有關(guān)過(guò)程。
除了能夠精確改變和控制鋼筋/混凝土結(jié)合強(qiáng)度之外，本發(fā)明的方法還可以有效地密封鋼筋/混凝土的界面，使水分和大氣不致進(jìn)入混凝土中。這是反應(yīng)生成物沉積在混凝土在鋼筋/混凝土界面外或緊周?chē)浇目障吨械慕Y(jié)果，它使外來(lái)的液體和氣體較不容易滲入這一帶的混凝土中。
本發(fā)明的方法使用起來(lái)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，所使用的技術(shù)和設(shè)備都是周知的那一種。在一般情況下，外電極裝置可以裝在結(jié)構(gòu)的外表面，然后在所有工序完成之后洗除掉或卸除掉。
當(dāng)然不言而喻，這里本發(fā)明所例舉和說(shuō)明的具體形式僅僅是代表性而已，在不脫離本公開(kāi)內(nèi)容的清楚教導(dǎo)的前提下是可以就其進(jìn)行某種修改的。因此在確定本發(fā)明的整個(gè)范圍時(shí)應(yīng)參照下面所附的權(quán)利要書(shū)。
權(quán)利要求
1.一種改變凝固和經(jīng)養(yǎng)護(hù)的混凝土與埋設(shè)在混凝土中的鋼筋之間的結(jié)合情況的方法，該方法包括下列步驟(a)提供一個(gè)直流電壓源；(b)將所述內(nèi)埋設(shè)的鋼筋連接到所述電壓源的負(fù)極；(c)組成一個(gè)與所述混凝土實(shí)體結(jié)合的分布電極裝置；(d)將所述分布電極裝置與所述電壓源的正極連接起來(lái)；(e)必要時(shí)，建立和編制一個(gè)可應(yīng)用于所述混凝土表示鋼筋/混凝土結(jié)合強(qiáng)度與流過(guò)所述鋼筋與所述分布電極裝置間的單位所述埋設(shè)鋼筋的總電流之間的遞變關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)。(f)令所述電壓源在所述埋設(shè)鋼筋與分布電極裝置之間提供電流；(g)當(dāng)單位所述鋼筋的總電荷達(dá)到這樣的程度，使其按所述數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算而對(duì)所述埋設(shè)鋼筋與所述混凝土的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行了一個(gè)預(yù)定的改變后終此所述過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于(a)所述數(shù)據(jù)庫(kù)系編制得使其表示單位面積埋設(shè)鋼筋上所加的總電流與鋼筋/混凝土結(jié)合強(qiáng)度之間的遞變關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于(a)所述過(guò)程在提供給所述埋設(shè)的鋼筋的總電荷達(dá)到足以減小所述鋼筋與所述混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)就終止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于(a)所述過(guò)程在提供給所述埋設(shè)的鋼筋的總電荷達(dá)到足以增加所述鋼筋與所述混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)就終止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于(a)所述電壓源大約5至40伏的直流電壓，其容量足以給處理中每平方米的埋設(shè)鋼筋供0.5至10安的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于(a)所述埋設(shè)的鋼筋包括供保持周?chē)幕炷撂幱谑軌籂顟B(tài)的張力元件;且(b)所述過(guò)程系控制得使其減小張力元件與所述混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于(a)所述埋設(shè)的鋼筋包括未受張力的鋼筋件;且(b)所述方法系控制得使其增加所述張力元件與所述混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征還在于(a)所述方法繼續(xù)進(jìn)行下去，通過(guò)將周?chē)炷恋目紫冻錆M電化處理反應(yīng)生成物而使鋼筋/混凝土的界面的密封得到重大改善。
全文摘要
一種調(diào)節(jié)凝固了的鋼筋混凝土中鋼筋/混凝土結(jié)合強(qiáng)度的方法。該方法是將直流電壓源的負(fù)極接到埋設(shè)的鋼筋上，正極接到混凝土結(jié)構(gòu)表面上形成的外分布電極上。該外電極可以是例如能自行粘附的潤(rùn)濕紙漿纖維電解物質(zhì)、導(dǎo)電涂層等等。往該結(jié)構(gòu)上加電壓和由此產(chǎn)生的在埋設(shè)鋼筋與外電極之間的電流開(kāi)始時(shí)會(huì)逐步減小鋼筋/混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。繼續(xù)加電壓會(huì)逐步增加結(jié)合強(qiáng)度，最后達(dá)到大大超過(guò)初始值的最大強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C04BGK1078192SQ9310346
公開(kāi)日1993年11月10日 申請(qǐng)日期1993年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月23日
發(fā)明者約翰·B·米勒 申請(qǐng)人:約翰·B·米勒