工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 樊玮洁吴云涛毛江鸿金伟良陈锦森 Evolutionary regularity of bond property for reinforced concrete after electrochemical rehabilitation FAN Wei-jie,WU Yun-tao,MAO Jiang-hong.JIN Wei-liang.CHEN Jin-sen 引用本文： 樊玮洁，吴云涛，毛江鸿，金伟良，陈锦森.电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律[U.工程科学学报，2021,43(6)：778- 785.doi:10.13374j.issn2095-9389.2020.04.01.004 FAN Wei-jie,WU Yun-tao,MAO Jiang-hong.JIN Wei-liang,CHEN Jin-sen.Evolutionary regularity of bond property for reinforced concrete after electrochemical rehabilitation[J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(6):778-785.doi: 10.13374.issn2095-9389.2020.04.01.004 在线阅读View online:https::/doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.04.01.004 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 基于3参数Weibull分布钢筋混凝土盐腐蚀环境中可靠性寿命分析 Reliability life analysis of reinforced concrete in a salt corrosion environment based on a three-parameter Weibull distribution 工程科学学报.2021,43(4)：512 https:doi.org/10.13374.issm2095-9389.2020.03.04.001 侧向冲击荷载下钢筋混凝土墩柱的性能 Performance of reinforced concrete pier columns subjected to lateral impact 工程科学学报.2019.41(3：408 https::/1doi.org/10.13374斩.issn2095-9389.2019.03.015 ZnIn LDHs在ZnNi二次电池中的电化学性能 Electrochemical properties of ZnIn LDHs in ZnNi secondary batteries 工程科学学报.2020.42(12：1624htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.12.25.002 微区电化学技术在薄液膜大气腐蚀中的应用 Application of micro-electrochemical technologies in atmospheric corrosion of thin electrolyte layer 工程科学学报.2018,40(6)：649 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.06.001 碳/氧化锌纳米线阵列/泡沫石墨烯电化学检测叶酸 Electrochemical determination of folic acid using carbon/ZnO nanowire arrays/graphene foam 工程科学学报.2017,3911：1647htps:oi.org10.13374.issn2095-9389.2017.11.006 电化学方法在不锈钢腐蚀研究中的应用现状及发展趋势 Current application and development trend in electrochemical measurement methods for the corrosion study of stainless steels 工程科学学报.2020,42(5)：549 https:/1doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2019.05.15.002
电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 樊玮洁 吴云涛 毛江鸿 金伟良 陈锦森 Evolutionary regularity of bond property for reinforced concrete after electrochemical rehabilitation FAN Wei-jie, WU Yun-tao, MAO Jiang-hong, JIN Wei-liang, CHEN Jin-sen 引用本文: 樊玮洁, 吴云涛, 毛江鸿, 金伟良, 陈锦森. 电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律[J]. 工程科学学报, 2021, 43(6): 778- 785. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.01.004 FAN Wei-jie, WU Yun-tao, MAO Jiang-hong, JIN Wei-liang, CHEN Jin-sen. Evolutionary regularity of bond property for reinforced concrete after electrochemical rehabilitation[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(6): 778-785. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.01.004 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.01.004 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 基于3参数Weibull分布钢筋混凝土盐腐蚀环境中可靠性寿命分析 Reliability life analysis of reinforced concrete in a salt corrosion environment based on a three-parameter Weibull distribution 工程科学学报. 2021, 43(4): 512 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.04.001 侧向冲击荷载下钢筋混凝土墩柱的性能 Performance of reinforced concrete pier columns subjected to lateral impact 工程科学学报. 2019, 41(3): 408 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.015 ZnIn LDHs在ZnNi二次电池中的电化学性能 Electrochemical properties of ZnIn LDHs in ZnNi secondary batteries 工程科学学报. 2020, 42(12): 1624 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.25.002 微区电化学技术在薄液膜大气腐蚀中的应用 Application of micro-electrochemical technologies in atmospheric corrosion of thin electrolyte layer 工程科学学报. 2018, 40(6): 649 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.001 碳/氧化锌纳米线阵列/泡沫石墨烯电化学检测叶酸 Electrochemical determination of folic acid using carbon/ZnO nanowire arrays/graphene foam 工程科学学报. 2017, 39(11): 1647 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.11.006 电化学方法在不锈钢腐蚀研究中的应用现状及发展趋势 Current application and development trend in electrochemical measurement methods for the corrosion study of stainless steels 工程科学学报. 2020, 42(5): 549 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.15.002
工程科学学报.第43卷.第6期：778-785.2021年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.6:778-785,June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.01.004;http://cje.ustb.edu.cn 电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 樊玮洁)，吴云涛)，毛江鸿)四，金伟良)，陈锦森) 1)浙江大学宁波理工学院土木建筑工程学院，宁波3151002)浙江大学建筑工程学院.杭州310058 ☒通信作者，E-mail:jhmao@nit.zju.edu.cm 摘要针对电化学修复技术导致修复后结构内钢筋混凝土黏结性能退化问题，通过中心拉拔实验获取电化学修复后钢筋 混凝土黏结滑移曲线，研究电化学修复参数（电流密度和通电时间）对钢筋混凝土黏结性能的影响规律，通过实验结果进行模 型参数分析，建立基于电流密度和通电时间两个控制变量的黏结强度劣化模型.研究结果表明：电通量较小的情况下，钢筋 混凝土黏结性能损失较小；不控制通电参数的电化学修复技术导致黏结强度下降明显，采用5A2的电流开展28d的恒电 流通电，试件的最大黏结力损失量高达56.9%：本文提出的劣化模型可以定量表征电化学修复后试件黏结强度折减情况，模 型的数值模拟结果与本文及其他文献的实验结果均有较好的一致性，相关系数分别为0.9606和0.9745 关键词电化学修复：钢筋混凝土：黏结强度：电化学参数：折减模型 分类号TU375 Evolutionary regularity of bond property for reinforced concrete after electrochemical rehabilitation FAN Wei-jie,WU Yun-tao,MAO Jiang-hong,JIN Wei-liang?,CHEN Jin-sen 1)Ningbo Institute of Technology,Zhejiang University,Ningbo 315100,China 2)College of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China Corresponding author,E-mail:jhmao@nit.zju.edu.cn ABSTRACT Reinforcement corrosion,due to the presence of chloride ions,is a major cause of the degradation of reinforced concrete structures.Nowadays,electrochemical rehabilitation (ER)is becoming a common technique for repairing reinforced structures.Due to the transmission properties of the micro-pores in concrete,chloride ions can be transferred to the outside of the concrete through the pores under the driven force of electric field.Compared with other conventional technologies,ER presents many advantages,such as high efficiency and little influence on the environment and surroundings.However,previous studies indicate that ER exhibits negative effect on the interfacial bonding properties of steel concrete.As the main influence factor for ER,varying current densities may consequently change the bond loss between steel and concrete.In addition,large current density significantly reduces interfacial bond. However,current studies lack relevant quantitative research results and fail to propose an effective method to solve the problem after electrochemical repair since aiming at electrochemical rehabilitation will most likely result in the bond deterioration of reinforced concrete.In this study,the bond-slip curves were obtained through central pull-out specimens after ER with various electrochemical parameters,and the relationship between the electrochemical parameters(current density and conduction time)and the bond behaviors were investigated.Finally,a degradation model of bond strength considering the influences of the two parameters mentioned was established.Results show that the bond strength decreases significantly with high current density and long conduction time.Using a 收稿日期：2020-04-01 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(51638013)：国家自然科学基金重点国际合作资助项目(51820105012)：国家自然科学基金资 助项目(51878610)：浙江省自然科学基金资助项目(LQ19E080012):宁波市自然科学基金资助项目(2018A610359)
电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 樊玮洁1)，吴云涛1)，毛江鸿1) 苣，金伟良2)，陈锦森1) 1) 浙江大学宁波理工学院土木建筑工程学院，宁波 315100 2) 浙江大学建筑工程学院，杭州 310058 苣通信作者，E-mail：jhmao@nit.zju.edu.cn 摘 要 针对电化学修复技术导致修复后结构内钢筋混凝土黏结性能退化问题，通过中心拉拔实验获取电化学修复后钢筋 混凝土黏结滑移曲线，研究电化学修复参数（电流密度和通电时间）对钢筋混凝土黏结性能的影响规律，通过实验结果进行模 型参数分析，建立基于电流密度和通电时间两个控制变量的黏结强度劣化模型. 研究结果表明：电通量较小的情况下，钢筋 混凝土黏结性能损失较小；不控制通电参数的电化学修复技术导致黏结强度下降明显，采用 5 A·m–2 的电流开展 28 d 的恒电 流通电，试件的最大黏结力损失量高达 56.9%；本文提出的劣化模型可以定量表征电化学修复后试件黏结强度折减情况，模 型的数值模拟结果与本文及其他文献的实验结果均有较好的一致性，相关系数分别为 0.9606 和 0.9745. 关键词 电化学修复；钢筋混凝土；黏结强度；电化学参数；折减模型 分类号 TU375 Evolutionary regularity of bond property for reinforced concrete after electrochemical rehabilitation FAN Wei-jie1) ，WU Yun-tao1) ，MAO Jiang-hong1) 苣 ，JIN Wei-liang2) ，CHEN Jin-sen1) 1) Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China 2) College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China 苣 Corresponding author, E-mail: jhmao@nit.zju.edu.cn ABSTRACT Reinforcement corrosion, due to the presence of chloride ions, is a major cause of the degradation of reinforced concrete structures. Nowadays, electrochemical rehabilitation (ER) is becoming a common technique for repairing reinforced structures. Due to the transmission properties of the micro-pores in concrete, chloride ions can be transferred to the outside of the concrete through the pores under the driven force of electric field. Compared with other conventional technologies, ER presents many advantages, such as high efficiency and little influence on the environment and surroundings. However, previous studies indicate that ER exhibits negative effect on the interfacial bonding properties of steel concrete. As the main influence factor for ER, varying current densities may consequently change the bond loss between steel and concrete. In addition, large current density significantly reduces interfacial bond. However, current studies lack relevant quantitative research results and fail to propose an effective method to solve the problem after electrochemical repair since aiming at electrochemical rehabilitation will most likely result in the bond deterioration of reinforced concrete. In this study, the bond-slip curves were obtained through central pull-out specimens after ER with various electrochemical parameters, and the relationship between the electrochemical parameters (current density and conduction time) and the bond behaviors were investigated. Finally, a degradation model of bond strength considering the influences of the two parameters mentioned was established. Results show that the bond strength decreases significantly with high current density and long conduction time. Using a 收稿日期: 2020−04−01 基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目（51638013）；国家自然科学基金重点国际合作资助项目（51820105012）；国家自然科学基金资 助项目（51878610）；浙江省自然科学基金资助项目（LQ19E080012）；宁波市自然科学基金资助项目（2018A610359） 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期：778−785，2021 年 6 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 6: 778−785, June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.01.004; http://cje.ustb.edu.cn
樊玮洁等：电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 .779· current density of 5 A-m reduction of the max bond force increased up to 22.6%and 56.9%under a conduction time of 15 and 28 d, respectively.The proposed model can be used to quantitatively characterize the reduction of bond strength after electrochemical rehabilitation.Good consistency of results was observed after comparing the evaluated results with that of the experiment. KEY WORDS electrochemical rehabilitation:reinforced concrete:bond strength:electrochemical parameters:deterioration mode 混凝土结构由于其材料自身和使用环境的特 钢筋混凝土黏结强度预测模型 点，存在着严重的耐久性问题-]由于海水中氯离 本文采用中心拉拔实验获取电化学修复前后 子长期侵蚀、大量氯化物使用和众多盐碱地存在 试件的黏结滑移曲线，研究在不同电化学参数控 等原因，氯盐导致钢筋锈蚀问题日益突出，钢筋锈 制下修复后，实验试件黏结强度的变化特征，分析 蚀导致结构性能加速劣化，造成结构安全隐患的 电流密度和通电时间对钢筋混凝土黏结性能的影 同时带来巨大的经济损失和财政负担1因此，如 响规律，最终建立包含电化学参数的钢筋混凝土 何提高氯盐环境下钢筋混凝土结构耐久性问题， 黏结强度三维折减模型，本模型可为实际工程结 已成为一个迫切需要解决的科学问题 构评估、优化电化学参数提供实验数据及理论依据 现有多种氯盐环境下钢筋锈蚀的防治方法： 1实验设计 修补法、防潮隔离法、钢筋表面涂层法和电化学 修复技术等.其中电化学修复技术作为一种无损 1.1试件设计 修复技术，能有效快速地去除保护层中的有害氯 试件采用C30混凝土，配合比如表1所示，试 离子)提升钢筋周围混凝土的碱性阿并提高钢筋 件尺寸为150mm×150mm×150mm,如图1所示， 表面的腐蚀电位，从而达到修复钢筋和提升结构 试块中埋置1根直径14mm的HRB400带肋钢筋， 耐久性的目的？- 钢筋与混凝土的黏结长度为5d(d为钢筋直径)钢 现有研究表明，电化学修复属于非破损性修 筋非黏结段用硬质光滑PVC管套隔离P-22,加载 复方法，可以在不破坏钢筋周围混凝土保护层、不 端预留长度330mm钢筋以便施加荷载，如图1 影响结构的正常使用的情况下，在较短时间内 所示. (30~45d)内排除保护层中70%~90%的氯离子， 表1C30混凝土配合比 显著提升钢筋混凝土结构耐久性能例.电化学修复 Table 1 Mix proportion of C30 concrete specimen 过程是一个复杂的物理、化学过程（阳极和阴极处 kg.m-3 Water Cement Sand Gravel 发生电化学反应，离子随电场方向定向移动)，致 202 382 751 1157 使混凝土保护层内发生非均匀软化，非均匀软化减 小了带肋钢筋与混凝土之间的化学黏结力和机械 咬合力，最终导致钢筋混凝土黏结性能退化-) 4 国内外学者的研究表明，电化学修复后黏结强度 普遍降低15%~25%，当电流密度和通电时间过大 时，最大黏结强度退化可达60%以上因此，研 150 究电化学参数对钢筋混凝土结构黏结性能的影响 规律，如何科学优化电化学参数，在保证除氯效率 Foam filler 4 PVC pipe 的同时控制黏结性能退化，已成为推广电化学修 Reinforced bar 复技术的瓶颈问题 国内外学者在研究电化学修复技术对钢筋混 L.701 凝土黏结性能劣化影响规律时发现-20，修复后 0/ 150 330 结构黏结强度随电流密度及通电时间的增加而降 低.但相关研究主要为实验定性研究，缺少相关定 图1拉拔试件尺寸（单位：mm) 量研究成果，未能提出解决电化学修复后结构性 Fig.1 Specimen size(Unit:mm) 能不确定性评估和控制问题的有效方法.综上所 1.2电化学修复实验 述，急需开展相应的定量研究，建立电化学修复后 为研究电化学参数对钢筋混凝土黏结性能的
current density of 5 A·m–2, reduction of the max bond force increased up to 22.6% and 56.9% under a conduction time of 15 and 28 d, respectively. The proposed model can be used to quantitatively characterize the reduction of bond strength after electrochemical rehabilitation. Good consistency of results was observed after comparing the evaluated results with that of the experiment. KEY WORDS electrochemical rehabilitation；reinforced concrete；bond strength；electrochemical parameters；deterioration mode 混凝土结构由于其材料自身和使用环境的特 点,存在着严重的耐久性问题[1–2] . 由于海水中氯离 子长期侵蚀、大量氯化物使用和众多盐碱地存在 等原因，氯盐导致钢筋锈蚀问题日益突出，钢筋锈 蚀导致结构性能加速劣化，造成结构安全隐患的 同时带来巨大的经济损失和财政负担[3–4] . 因此,如 何提高氯盐环境下钢筋混凝土结构耐久性问题， 已成为一个迫切需要解决的科学问题. 现有多种氯盐环境下钢筋锈蚀的防治方法： 修补法、防潮隔离法、钢筋表面涂层法和电化学 修复技术等. 其中电化学修复技术作为一种无损 修复技术，能有效快速地去除保护层中的有害氯 离子[5] ，提升钢筋周围混凝土的碱性[6] 并提高钢筋 表面的腐蚀电位，从而达到修复钢筋和提升结构 耐久性的目的[7–8] . 现有研究表明，电化学修复属于非破损性修 复方法，可以在不破坏钢筋周围混凝土保护层、不 影响结构的正常使用的情况下，在较短时间内 （30～45 d）内排除保护层中 70%～90% 的氯离子， 显著提升钢筋混凝土结构耐久性能[9] . 电化学修复 过程是一个复杂的物理、化学过程（阳极和阴极处 发生电化学反应，离子随电场方向定向移动），致 使混凝土保护层内发生非均匀软化，非均匀软化减 小了带肋钢筋与混凝土之间的化学黏结力和机械 咬合力，最终导致钢筋混凝土黏结性能退化[10–15] . 国内外学者的研究表明，电化学修复后黏结强度 普遍降低 15%～25%，当电流密度和通电时间过大 时，最大黏结强度退化可达 60% 以上[16] . 因此，研 究电化学参数对钢筋混凝土结构黏结性能的影响 规律，如何科学优化电化学参数，在保证除氯效率 的同时控制黏结性能退化，已成为推广电化学修 复技术的瓶颈问题. 国内外学者在研究电化学修复技术对钢筋混 凝土黏结性能劣化影响规律时发现[17– 20] ，修复后 结构黏结强度随电流密度及通电时间的增加而降 低. 但相关研究主要为实验定性研究，缺少相关定 量研究成果，未能提出解决电化学修复后结构性 能不确定性评估和控制问题的有效方法. 综上所 述，急需开展相应的定量研究，建立电化学修复后 钢筋混凝土黏结强度预测模型. 本文采用中心拉拔实验获取电化学修复前后 试件的黏结滑移曲线，研究在不同电化学参数控 制下修复后，实验试件黏结强度的变化特征，分析 电流密度和通电时间对钢筋混凝土黏结性能的影 响规律，最终建立包含电化学参数的钢筋混凝土 黏结强度三维折减模型，本模型可为实际工程结 构评估、优化电化学参数提供实验数据及理论依据. 1 实验设计 1.1 试件设计 试件采用 C30 混凝土，配合比如表 1 所示，试 件尺寸为 150 mm×150 mm×150 mm，如图 1 所示， 试块中埋置 1 根直径 14 mm 的 HRB400 带肋钢筋， 钢筋与混凝土的黏结长度为 5 d（d 为钢筋直径）钢 筋非黏结段用硬质光滑 PVC 管套隔离[21–22] ，加载 端预留长度 330 mm 钢筋以便施加荷载，如图 1 所示. 表 1 C30 混凝土配合比 Table 1 Mix proportion of C30 concrete specimen kg·m–3 Water Cement Sand Gravel 202 382 751 1157 150 150 150 70 50 330 14 Foam filler PVC pipe Reinforced bar 图 1 拉拔试件尺寸（单位：mm） Fig.1 Specimen size (Unit: mm) 1.2 电化学修复实验 为研究电化学参数对钢筋混凝土黏结性能的 樊玮洁等： 电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 · 779 ·
780 工程科学学报，第43卷，第6期 影响，建立以通电时间和电流密度为变量的实验 拉拔，加载速度设置为0.2 mm min,试件自由端 组.基于已有的研究成果，选用氢氧化钙(Ca(OH)2) 及加载端放置位移计以测量钢筋的滑移量. 溶液作为电解质溶液，其中电流密度分别为1、 Force 3和5Am2,通电时间分别为7、15和28d.每组 Free end 试件包括三个试块，具体试件组内的电化学参数 Fixation apparatus 设计如表2所示 Displacement meter Loading stent 表2实验试件分组情况表 Magnetic suction seat Table 2 Electrochemical parameters design Sample Current density /(A.m) Conduction time/d Displacement meter I1-D7 1 7 Loading end I1-D15 1 为 I1-D28 1 28 图3拉拔装置及实验加载图 Fig.3 Pull-out test device and test loading I3-D7 3 I3-D15 3 以自由端和加载端位移的平均值作为中心拉 I3-D28 3 28 拔实验的滑移量，共取得10组共30个试件的黏结 I5-D7 5 > 力-平均滑移曲线(F-曲线).从F-S曲线中寻找 I5-D15 5 15 峰值荷载，标记为试件最大黏结力Fma.选取最大 I5-D28 5 28 黏结力最接近平均最大黏结力的实验F-S曲线， 绘制F-S曲线对比图，如图4所示.各组试件经不 试块一个侧面设置不锈钢网连接电源正极作 同电流密度及通电时间的电化学修复后，试件最 为电迁阳极，钢筋连接电源负极作为电迁阴极，通 大黏结力Fmax的实验值如表3所示 电装置如图2所示；为提高电源使用率的同时保 2通电参数对钢筋混凝土黏结性能的影响 证同组试件的电流密度一致，采用串联方式连接 试件（一组三个试块串联同时通电）：为保证电流 2.1电流密度对钢筋混凝土黏结性能的影响 只能通过混凝土试块形成电流回路，每个试块单 如图5所示，我们分析电流密度对钢筋混凝土 独置于一个溶液盘内 黏结强度的影响发现：在相同的通电时间下，随着 DC power 电流密度的增大，钢筋混凝土的最大黏结力呈现 下降趋势，其中通电时间为7d的试块组，即使电 流密度为5Am2,最大黏结力也无明显下降，说 明在较短通电时间内电化学修复技术对黏结性能 Concrete sample 的影响有限；当通电时间达到28d时，不同电流密 度作用下试件的黏结性能下降明显，特别是电流 Cathode、 密度为5Am2的实验组，最大黏结力不足原来的 一半 Electrolyte 分析图6中不同电流密度下钢筋混凝土最大 黏结力的损失情况，发现在通电时间为7d或电流 Anode 密度为1Am2时黏结力的损失程度较小，处在可 图2通电装置示意图 接受范围内：通电时间为7d的三组试件，随着电 Fig.2 Schematic of experimental setup for electrochemical rehabilitation 流密度从1Am2增加至5Am2,黏结力损失量最 1.3中心拉拔实验 大也仅为2.1%，说明在较短的通电时间内黏结性 采用中心拉拔实验（实验装置如图3所示），来 能对电流密度变化的敏感性较弱：而随着通电时 获取钢筋混凝土黏结滑移曲线.试件结束电化学 间的增加，通电时间为7d的三组试件，电流密度 修复实验后，放置在自行设计的反力架中开展中 从1Am2增加至5Am2时，损失量呈现指数增长， 心拉拔实验，实验采用25t电液伺服实验机进行 说明通电时间较大时黏结性能损失量对电流密度
影响，建立以通电时间和电流密度为变量的实验 组. 基于已有的研究成果，选用氢氧化钙（Ca(OH)2） 溶液作为电解质溶液 ，其中电流密度分别为 1、 3 和 5 A·m–2，通电时间分别为 7、15 和 28 d. 每组 试件包括三个试块，具体试件组内的电化学参数 设计如表 2 所示. 表 2 实验试件分组情况表 Table 2 Electrochemical parameters design Sample Current density / (A·m–2) Conduction time / d I1-D7 1 7 I1-D15 1 15 I1-D28 1 28 I3-D7 3 7 I3-D15 3 15 I3-D28 3 28 I5-D7 5 7 I5-D15 5 15 I5-D28 5 28 试块一个侧面设置不锈钢网连接电源正极作 为电迁阳极，钢筋连接电源负极作为电迁阴极，通 电装置如图 2 所示；为提高电源使用率的同时保 证同组试件的电流密度一致，采用串联方式连接 试件（一组三个试块串联同时通电）；为保证电流 只能通过混凝土试块形成电流回路，每个试块单 独置于一个溶液盘内. DC power Concrete sample Cathode Electrolyte Anode 图 2 通电装置示意图 Fig.2 Schematic of experimental setup for electrochemical rehabilitation 1.3 中心拉拔实验 采用中心拉拔实验（实验装置如图 3 所示），来 获取钢筋混凝土黏结滑移曲线. 试件结束电化学 修复实验后，放置在自行设计的反力架中开展中 心拉拔实验，实验采用 25 t 电液伺服实验机进行 拉拔，加载速度设置为 0.2 mm·min–1，试件自由端 及加载端放置位移计以测量钢筋的滑移量. Force Free end Fixation apparatus Displacement meter Displacement meter Loading stent Loading end Magnetic suction seat 图 3 拉拔装置及实验加载图 Fig.3 Pull-out test device and test loading 以自由端和加载端位移的平均值作为中心拉 拔实验的滑移量，共取得 10 组共 30 个试件的黏结 力–平均滑移曲线（F–S 曲线）. 从 F–S 曲线中寻找 峰值荷载，标记为试件最大黏结力 Fmax. 选取最大 黏结力最接近平均最大黏结力的实验 F–S 曲线， 绘制 F–S 曲线对比图，如图 4 所示. 各组试件经不 同电流密度及通电时间的电化学修复后，试件最 大黏结力 Fmax 的实验值如表 3 所示. 2 通电参数对钢筋混凝土黏结性能的影响 2.1 电流密度对钢筋混凝土黏结性能的影响 如图 5 所示，我们分析电流密度对钢筋混凝土 黏结强度的影响发现：在相同的通电时间下，随着 电流密度的增大，钢筋混凝土的最大黏结力呈现 下降趋势，其中通电时间为 7 d 的试块组，即使电 流密度为 5 A·m–2，最大黏结力也无明显下降，说 明在较短通电时间内电化学修复技术对黏结性能 的影响有限；当通电时间达到 28 d 时，不同电流密 度作用下试件的黏结性能下降明显，特别是电流 密度为 5 A·m–2 的实验组，最大黏结力不足原来的 一半. 分析图 6 中不同电流密度下钢筋混凝土最大 黏结力的损失情况，发现在通电时间为 7 d 或电流 密度为 1 A·m–2 时黏结力的损失程度较小，处在可 接受范围内；通电时间为 7 d 的三组试件，随着电 流密度从 1 A·m–2 增加至 5 A·m–2，黏结力损失量最 大也仅为 2.1%，说明在较短的通电时间内黏结性 能对电流密度变化的敏感性较弱；而随着通电时 间的增加，通电时间为 7 d 的三组试件，电流密度 从 1 A·m–2 增加至 5 A·m–2 时，损失量呈现指数增长， 说明通电时间较大时黏结性能损失量对电流密度 · 780 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期
樊玮洁等：电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 781· 70 70 (a) (b) % 60 40 0 30 30 20 -I0-D0 20 I0-D0 -11-D7 ·-I3-D7 10 -I1-D15 o I3-D15 +-I1-D28 I3-D28 0 2 4 6 0 2 6 Average displacement/mm Average displacement/mm (c) % 30 20 +-I10-D0 I5-D7 10 I5-D15 +-I5-D28 0 2 6 Average displacement/mm 图4不同电流密度下的黏结-滑移曲线.(a)1Am:(b)3Am2:(c)5Am2 Fig.4 Bond force-slip curves under different current densities:(a)1 A'm (b)3 A-m (c)5 A.m 表3拉拔实验最大黏结力 49.24 50 ★ 9 ●-50.16 Table 3 Maximum force of pull-out test 50.29 ■ 45.58 45 47.66 Maximum force/kN Average Average Average bond 4331 38.9 Sample force/kN stress/ reduced % Sample 1 Sample 2 Sample 3 MPa value puoq ★0d ●7d I0-D0 44.34 54.72 51.80 50.29 16.34 1.000 A15d I1-D7 50.16 50.58 49.76 50.17 16.30 0.998 ■28d I1-D1549.21 49.8649.54 49.54 16.10 0.985 25 21.69 I1-D28 46.81 45.69 50.49 47.66 15.49 0.948 20 2 6 13-D749.06 49.6851.74 50.16 16.04 0.997 Current density/(A'm-2) I3-D15 42.41 48.50 45.83 45.58 12.45 0.906 图5不同电流密度下的最大黏结力 I3-D2842.15 42.9144.86 4331 14.07 0.861 Fig.5 Maximum bond force under different currents densities I5-D747.18 49.2051.34 4924 16.00 0.979 60 I5-D1535.11 39.0642.54 56.86%▲ 38.9012.64 0.774 -■-7d I5-D2817.7127.8019.57 50 21.69 7.70 0.431 -●-15d ▲-28d 表现出高敏感性：电流密度为5Am-2通电28d的 试件，最大黏结力损失率高达56.9%.综上所述，除 22.64% 去通电时间为7d的三组试件，黏结力损失量随电 20 ● 13.87% 流密度这一变量增加呈指数增长趋势 0 5.22% 9.36% 1.49%. 2.08% 2.2通电时间对钢筋混凝土黏结性能的影响 0.25% 0: 023% -■ 实验设置中通电时间分别为7,15和28d,图7 4 6 Current density/(A-m) 为不同通电时间下的最大黏结力.可以看出在相 图6不同电流密度下最大黏结力损失量 同的电流密度下，随着通电时间的增加，最大黏结 Fig.6 Maximum bond force loss amount under different current 力呈现出减小趋势，且通电7d内最大黏结力的减 densities
表现出高敏感性；电流密度为 5 A·m–2 通电 28 d 的 试件，最大黏结力损失率高达 56.9%. 综上所述，除 去通电时间为 7 d 的三组试件，黏结力损失量随电 流密度这一变量增加呈指数增长趋势. 2.2 通电时间对钢筋混凝土黏结性能的影响 实验设置中通电时间分别为 7，15 和 28 d，图 7 为不同通电时间下的最大黏结力. 可以看出在相 同的电流密度下，随着通电时间的增加，最大黏结 力呈现出减小趋势，且通电 7 d 内最大黏结力的减 表 3 拉拔实验最大黏结力 Table 3 Maximum force of pull-out test Sample Maximum force/kN Average force/kN Average bond stress/ MPa Average reduced Sample 1 Sample 2 Sample 3 value I0-D0 44.34 54.72 51.80 50.29 16.34 1.000 I1-D7 50.16 50.58 49.76 50.17 16.30 0.998 I1-D15 49.21 49.86 49.54 49.54 16.10 0.985 I1-D28 46.81 45.69 50.49 47.66 15.49 0.948 I3-D7 49.06 49.68 51.74 50.16 16.04 0.997 I3-D15 42.41 48.50 45.83 45.58 12.45 0.906 I3-D28 42.15 42.91 44.86 43.31 14.07 0.861 I5-D7 47.18 49.20 51.34 49.24 16.00 0.979 I5-D15 35.11 39.06 42.54 38.90 12.64 0.774 I5-D28 17.71 27.80 19.57 21.69 7.70 0.431 0 2 4 6 0 10 20 30 40 50 60 70 (a) Bond force/kN Average displacement/mm I0-D0 I1-D7 I1-D15 I1-D28 0 2 4 6 0 10 20 30 40 50 60 70 (b) Bond force/kN Average displacement/mm I0-D0 I3-D7 I3-D15 I3-D28 0 2 4 6 0 10 20 30 40 50 60 70 (c) Bond force/kN Average displacement/mm I0-D0 I5-D7 I5-D15 I5-D28 图 4 不同电流密度下的黏结–滑移曲线. （a）1 A·m–2；（b）3 A·m–2；（c）5 A·m–2 Fig.4 Bond force–slip curves under different current densities: (a) 1 A·m−2; (b) 3 A·m−2; (c) 5 A·m−2 0 2 4 6 20 25 30 35 40 45 50 Maximum bond force/kN Current density/(A·m−2) 0 d 7 d 15 d 28 d 49.24 38.9 21.69 43.31 45.58 50.16 50.17 49.54 47.66 50.29 图 5 不同电流密度下的最大黏结力 Fig.5 Maximum bond force under different currents densities 0 2 4 6 0 10 20 30 40 50 60 Bond force loss/ % 7 d 15 d 28 d 56.86% 22.64% 13.87% 5.22% 9.36% 2.08% 0.25% 1.49% 0.23% Current density/(A·m−2) 图 6 不同电流密度下最大黏结力损失量 Fig.6 Maximum bond force loss amount under different current densities 樊玮洁等： 电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 · 781 ·
.782 工程科学学报，第43卷.第6期 小幅度较小，而在到达15d和到达28d的减小幅 构服役过程中的各种灾害及环境作用发生劣化， 度基本相似且明显大于到达7d时最大黏结力的 众多科学研究者针对黏结性能劣化，开展了相关 减小幅度 研究，建立了部分黏结性能劣化模型：周子健等1 学者研究了高温下混凝土黏结强度衰减规律，并 50 50.17 50.16 49.54 5029 47.66 建立线性方程形式的劣化模型；王晓璐等学者 49.24 ● 45 ★0Am2 45.58 4331 通过引入折减参数建立了纤维增强复合筋(RP 40 ●1Am2 puoq ▲3Am2 89 筋)与混凝土的黏结强度随温度以指数形式折减 35 ■5Am2 的折减公式.本文通过建立混凝土的黏结强度随 电流联立通电时间递减的三维模型，定量表征电 化学参数对钢筋混凝土黏结强度影响的规律，并 25 269 利用黏结强度折减模型预测分析特定电流密度和 20 0 101520 25 30 通电时间修复后结构黏结性能的劣化情况.部分 Conduction time/d 学者针对电化学修复后钢筋混凝土黏结性能劣化 因7不同通电时间下的最大黏结力 问题，建立了电通量Q(即电流密度1×通电时间) Fig.7 Maximum bond force under different conduction times 作为唯一控制变量的黏结性能预测模型，基于本 图8为试件在相同电流密度的不同通电时间 文实验结果及其他文献的实验结果，发现利用单 作用下，钢筋混凝土最大黏结力的损失情况，可以 一电通量来分析黏结性能的损失会产生较大误 发现黏结力损失量在电流密度恒定的情况下，随 差.故本文通过考虑电流密度和通电时间两个单 通电时间增加而增加，在通电时间为7d时黏结力 独变量来建立黏结强度劣化模型，其中对比一变 的损失程度均较小.电流密度较小时(1Am2),损 量恒定，而另一变量的变化规律，发现除去电通量 失量在长通电情况下也较小，即使通电28d黏结 值较小的实验组，电流密度和通电时间的变化都 力损失量也未超过6%，此时随着通电时间的增 将引起最大黏结荷载损失量的指数增长，故将以 加，损失量类似线性增加.然而在大电流密度情况 I和1的指数乘积函数作为模型主体项，同时考虑 下(5Am2),通电7d时最大黏结力损失量还较小， 电量Q作为辅助项以调整模型在通电电流密度或 但当通电时间增加到15d时黏结力损失量快速上 通电时间较小时（即Q较小时）模型的准确性，拟 升至22.6%，此处有一个变化率的突增.综上所述， 合公式如下： 除去通电时间为7d的三组试件，黏结力损失量随 通电时间这一变量增加，接近线性增长形式， K=1-0.001x26×5-0.02xix05×传- (1) 60 -■-1Am2 式中：K为折减系数，表示通电后钢筋混凝土的剩 50 -●-3Am2 56.86% ▲-5Am-2 余黏结力与未通电钢筋混凝土黏结力的比值：ⅰ为 740 电流密度，Am2:t为通电时间，d 色30 通过MATLAB软件，编写模型程序，绘制得 到不同电化学参数对应的钢筋混凝土黏结强度的 20 ▲22.64% 品 13.87% 二维和三维折减模型，如图9、10和11所示.将本 2.08% 9.36% 一容 10 0.25% 5.22% 文实验所得的27组实验数据与折减模型模拟值 0.23% 149% 一南一 对比，发现本文提出的模型与实验结果有较好的 5 10 15 20 25 30 Conduction time/d 一致性，相关系数达0.9606，并将本文模型与其他 图8不同通电时间下最大黏结力损失量 文献的实验数据进行对比，如图9和11所示，也呈 Fig.8 Maximum bond force loss amount under different conduction 现出较好的一致性，相关系数达0.9745.图11为 times 二维表现的折减模型，更直观地反映出模拟值与 2.3内含电化学参数的钢筋混凝土黏结强度模型 实验值吻合良好 钢筋混凝土黏结性能是影响混凝土构件的破 表4为模拟值和实验值的对比，可以从表中看 坏形态、承载能力、裂缝发展、结构变形和结构动 出出现最大误差的实验组为连续通3Am2电流 力响应等力学性能的重要因素，黏结性能随着结 42d的实验组，最大值误差值为9.7%.21组对比中
小幅度较小，而在到达 15 d 和到达 28 d 的减小幅 度基本相似且明显大于到达 7 d 时最大黏结力的 减小幅度. 0 5 10 15 20 25 30 20 25 30 35 40 45 50 49.24 50.16 Maximum bond force/kN Conduction time/d 0 A·m−2 1 A·m−2 3 A·m−2 5 A·m−2 47.66 43.31 21.69 38.9 45.58 50.17 50.29 49.54 图 7 不同通电时间下的最大黏结力 Fig.7 Maximum bond force under different conduction times 图 8 为试件在相同电流密度的不同通电时间 作用下，钢筋混凝土最大黏结力的损失情况，可以 发现黏结力损失量在电流密度恒定的情况下，随 通电时间增加而增加，在通电时间为 7 d 时黏结力 的损失程度均较小. 电流密度较小时（1 A·m–2），损 失量在长通电情况下也较小，即使通电 28 d 黏结 力损失量也未超过 6%，此时随着通电时间的增 加，损失量类似线性增加. 然而在大电流密度情况 下（5 A·m–2），通电 7 d 时最大黏结力损失量还较小， 但当通电时间增加到 15 d 时黏结力损失量快速上 升至 22.6%，此处有一个变化率的突增. 综上所述， 除去通电时间为 7 d 的三组试件，黏结力损失量随 通电时间这一变量增加，接近线性增长形式. 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 Bond force loss/ % Conduction time/d 1 A·m−2 3 A·m−2 5 A·m−2 56.86% 13.87% 5.22% 22.64% 9.36% 1.49% 2.08% 0.25% 0.23% 图 8 不同通电时间下最大黏结力损失量 Fig.8 Maximum bond force loss amount under different conduction times 2.3 内含电化学参数的钢筋混凝土黏结强度模型 钢筋混凝土黏结性能是影响混凝土构件的破 坏形态、承载能力、裂缝发展、结构变形和结构动 力响应等力学性能的重要因素，黏结性能随着结 构服役过程中的各种灾害及环境作用发生劣化， 众多科学研究者针对黏结性能劣化，开展了相关 研究，建立了部分黏结性能劣化模型：周子健等[23] 学者研究了高温下混凝土黏结强度衰减规律，并 建立线性方程形式的劣化模型；王晓璐等[24] 学者 通过引入折减参数建立了纤维增强复合筋（FRP 筋）与混凝土的黏结强度随温度以指数形式折减 的折减公式. 本文通过建立混凝土的黏结强度随 电流联立通电时间递减的三维模型，定量表征电 化学参数对钢筋混凝土黏结强度影响的规律，并 利用黏结强度折减模型预测分析特定电流密度和 通电时间修复后结构黏结性能的劣化情况. 部分 学者针对电化学修复后钢筋混凝土黏结性能劣化 问题，建立了电通量 Q（即电流密度 I×通电时间 t） 作为唯一控制变量的黏结性能预测模型，基于本 文实验结果及其他文献的实验结果，发现利用单 一电通量来分析黏结性能的损失会产生较大误 差. 故本文通过考虑电流密度和通电时间两个单 独变量来建立黏结强度劣化模型，其中对比一变 量恒定，而另一变量的变化规律，发现除去电通量 值较小的实验组，电流密度和通电时间的变化都 将引起最大黏结荷载损失量的指数增长，故将以 I 和 t 的指数乘积函数作为模型主体项，同时考虑 电量 Q 作为辅助项以调整模型在通电电流密度或 通电时间较小时（即 Q 较小时）模型的准确性，拟 合公式如下： K = 1−0.0001×i 2.6 ×t 1.3 −0.002×(i×t) 0.3 × ( t 3 −i ) （1） 式中：K 为折减系数，表示通电后钢筋混凝土的剩 余黏结力与未通电钢筋混凝土黏结力的比值；i 为 电流密度，A·m–2 ；t 为通电时间，d. 通过 MATLAB 软件，编写模型程序，绘制得 到不同电化学参数对应的钢筋混凝土黏结强度的 二维和三维折减模型，如图 9、10 和 11 所示. 将本 文实验所得的 27 组实验数据与折减模型模拟值 对比，发现本文提出的模型与实验结果有较好的 一致性，相关系数达 0.9606，并将本文模型与其他 文献的实验数据进行对比，如图 9 和 11 所示，也呈 现出较好的一致性，相关系数达 0.9745. 图 11 为 二维表现的折减模型，更直观地反映出模拟值与 实验值吻合良好. 表 4 为模拟值和实验值的对比，可以从表中看 出出现最大误差的实验组为连续通 3 A·m– 2 电流 42 d 的实验组，最大值误差值为 9.7%，21 组对比中 · 782 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期
樊玮洁等：电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 783. Correlation coefficient=0.9606 1.0 0.9 1.1 0.8 1.0 0.7 0.9 0.8 0.5 0.7 -Simulation results 0.4 0.6 o This paper results △Lin results Current density 0.3 0.5 口Hao results 1Am3 -2Am2 0.4 02 Liu2 results -3Am2 0 0.1 -5Am2 0 10 2 1 20 0 Conduction time/d 20 3 Conduction time/d 305 Current density/(A-m) 4 图11折减模型与实验值对比 图9 三维折减模型与本文实验值 Fig.11 Comparison between deterioration mode and experimental data Fig.9 Three-dimensional deterioration mode and experimental data of 只有3组出现误差大于5%的情况，更有7组误差 this paper 不到1%，对比误差结果属于可接受的误差范围 Correlation coefficient=0.9745 其中误差超过5%的实验组都是本文实验及其他 文献中电通量最大的实验组，产生误差原因为随 着电化学修复程度的加深，混凝土自身材性因素 1.0 放大，导致实验结果离散性增加.因此，当电通量 0.8 过大时，实验数据本身离散性增加，实验值和模拟 0.6 值误差较大，同时由于当通电时间过小时，黏结性 能变化量微小受其他因素影响较大.综上所述，本 0.4 文提出公式不适用于通电时间过小（小于3d)和 0 20 Conduction time/d Current density/(A'm) 2 大电通量修复后钢筋混凝土结构的黏结性能预 40 3 4 测，且电流密度过大和通电时间过长都会造成黏 605 结性能劣程度过高，是规范明令禁止应用于实际 图10三维折减模型与文献[25-27刀的实验值 工程中的，因此无实际工程意义.本文提出的折减 Fig.10 Three-dimensional deterioration mode and experimental data of 模型在适当的通电参数范围内，具有模型模拟值 Ref[25-27] 与实验结果较好的一致性，可用于预测分析电化 表4 拟合值与实验值对比 Table 4 Comparison between analysis results and experimental results Reference Sample Practical reduced value Formula reduced value Reference Sample Practical reduced value Formula reduced value I0-D0 1.000 1.000 I1-D28 0.949 0.947 I1-D7 0.998 0.994 Lin et al. I2-D28 (25℃2 0.876 0.905 I1-D15 0.985 0.979 I3-D28 0.832 0.820 I1-D28 0.948 0.947 I1-D28 0.950 0.947 Hao et al I3-D7 0.997 0.981 (Nature I2-D28 0.880 0.905 corrosion)6 I3-D15 0.906 0.929 I3-D28 0.870 0.820 This paper I3-D28 0.861 0.820 I1-D28 0.948 0.947 I5-D7 0.979 0.933 I1-D42 0.922 0.907 I5-D15 0.774 0.778 I2-D28 0.879 0.905 Liu et alPn I5-D28 0.431 0.462 I2-D42 0.821 0.831 I3-D28 0.810 0.820 I3-D42 0.755 0.682
只有 3 组出现误差大于 5% 的情况，更有 7 组误差 不到 1%，对比误差结果属于可接受的误差范围. 其中误差超过 5% 的实验组都是本文实验及其他 文献中电通量最大的实验组，产生误差原因为随 着电化学修复程度的加深，混凝土自身材性因素 放大，导致实验结果离散性增加. 因此，当电通量 过大时，实验数据本身离散性增加，实验值和模拟 值误差较大，同时由于当通电时间过小时，黏结性 能变化量微小受其他因素影响较大. 综上所述，本 文提出公式不适用于通电时间过小（小于 3 d）和 大电通量修复后钢筋混凝土结构的黏结性能预 测，且电流密度过大和通电时间过长都会造成黏 结性能劣程度过高，是规范明令禁止应用于实际 工程中的，因此无实际工程意义. 本文提出的折减 模型在适当的通电参数范围内，具有模型模拟值 与实验结果较好的一致性，可用于预测分析电化 表 4 拟合值与实验值对比 Table 4 Comparison between analysis results and experimental results Reference Sample Practical reduced value Formula reduced value Reference Sample Practical reduced value Formula reduced value This paper I0-D0 1.000 1.000 Lin et al. (25 ℃) [25] I1-D28 0.949 0.947 I1-D7 0.998 0.994 I2-D28 0.876 0.905 I1-D15 0.985 0.979 I3-D28 0.832 0.820 I1-D28 0.948 0.947 Hao et al. (Nature corrosion)[26] I1-D28 0.950 0.947 I3-D7 0.997 0.981 I2-D28 0.880 0.905 I3-D15 0.906 0.929 I3-D28 0.870 0.820 I3-D28 0.861 0.820 Liu et al.[27] I1-D28 0.948 0.947 I5-D7 0.979 0.933 I1-D42 0.922 0.907 I5-D15 0.774 0.778 I2-D28 0.879 0.905 I5-D28 0.431 0.462 I2-D42 0.821 0.831 I3-D28 0.810 0.820 I3-D42 0.755 0.682 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0 10 20 30 5 4 3 2 1 0 Conduction time/d Current density/(A·m−2 ) Reduced valua Correlation coefficient=0.9606 图 9 三维折减模型与本文实验值 Fig.9 Three-dimensional deterioration mode and experimental data of this paper 1.0 0.8 0.6 0.4 0 20 40 60 5 4 3 2 1 0 Conduction time/d Current density/(A·m−2 ) Reduced value Correlation coefficient=0.9745 图 10 三维折减模型与文献 [25–27] 的实验值 Fig.10 Three-dimensional deterioration mode and experimental data of Ref.[25–27] 0 10 20 30 40 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Current density — 1 A·m−2 — 2 A·m−2 — 3 A·m−2 — 5 A·m−2 Reduced value Conduction time/d Simulation results This paper results Lin[25] results Hao[26] results Liu[27] results 图 11 折减模型与实验值对比 Fig.11 Comparison between deterioration mode and experimental data 樊玮洁等： 电化学修复后钢筋混凝土黏结性能演变规律 · 783 ·
784 工程科学学报，第43卷，第6期 学修复后钢筋混凝土的黏结强度，为解决修复参 [4]Shi JJ,Sun W,Geng G Q,et al.Corrosion resistance of fine- 数优化问题及修复后结构服役性能精细有限元分 grained rebar in simulated concrete pore solutions by means of 析提供支持. electrochemical methods.J Univ Sci Technol Beijing,2011, 33(12):1471 3结论 (施锦杰，孙伟，耿国庆，等.电化学方法研究混凝土模拟液中细 品粒钢的耐蚀性.北京科技大学学报，2011,33(12)：1471) 通过中心拉拔实验探究电化学修复后钢筋混 [5] Zhu Y X,Zhu X C,Luo D K,et al.Influences of electrochemical 凝土的黏结性能劣化特征，分析电流密度及通电 desalination on the behavior of reinforced concrete.Port Waterway 时间对试件最大黏结力的影响规律，可以得出以 Eg,2002(5):8 下三点结论： (朱雅仙，朱锡昶，罗德宽，等.电化学脱盐对钢筋混凝土性能的 (1)电流密度和通电时间是电化学修复过程 影响.水运工程，2002(5)：8) [6]Xu J Z,Ding Z,Xing F.Research status of electrochemical 中钢筋混凝土黏结性能劣化的主要影响因素，大 chloride extraction(ECE)on steel reinforced concrete.Concrete, 电流密度和长通电时间会导致黏结性能显著劣 2008(9):22 化.在5Am2的大电流密度下，仅通电15d黏结 (徐建芝，丁铸，邢峰.钢筋混凝土电化学脱盐修复技术研究现 力损失量就已高达22.6%.因此，在合理考虑除氯 状.混凝土，2008(9)：22) 效果的前提下，应控制电流密度和通电时间，避免 [7]Guo Y X.Study on Electrochemical Chloride Extraction and Post 大电流密度及长通电时间 Performance of Reinforced Concrete [Dissertation].Dalian:Dalian University of Technology,2010 (2)电通量较小的情况下，钢筋混凝土黏结性 (郭育霞.钢筋混凝土电化学除氯及除氯后性能研究[学位论 能损失较小，因此在必须设置大电流及长通电时 文].大连：大连理工大学，2010) 间的工况条件下开展电化学修复，可以减小另一 [8] Glass G K,Buenfeld N R.The inhibitive effects of electrochemical 个电化学参数来控制黏结性能的劣化程度.例如 treatment applied to steel in concrete.Corros Sci,2000,42(6): 通电时间长达28d时，用1Am2的小电流密度， 923 可控制黏结力损失量在5%左右；而在5Am2的 [9] Liu Y,Du R G,Lin C J.Progress in electrochemical treatment 大电流密度下，通电时间缩短到7d时，黏结力损 applied to reinforced concrete.Corros Sci Prot Technol,2008 20(2):125 失量仅为2.1% (刘玉，杜荣归，林昌健.钢筋混凝土结构的电化学处理及其研 (3)基于中心拉拔实验结果，提出了混凝土黏 究进展.腐蚀科学及防护技术，2008.20(2)：125) 结强度随电流密度及通电时间变化的三维折减模 [10]Gao X J,Zheng X M,Yang Y Z.Influence of electrochemical 型.该模型以电流密度和通电时间为控制参数，模 parameters on chloride extraction efficiency.Shenyang Univ 型模拟值与本文实验结果有较好的一致性，相关 Technol,.2010,32(5):579 系数达0.9606，与国内外其他文献的实验数据进行 (高小建，郑秀梅，杨英姿.电化学参数对混凝土除氯效率的影 对比，结果相关系数达0.9745，说明此模型同时具 响.沈阳工业大学学报，2010,32(5)：579) 有较强的适用性 [11]Zhu P.Zheng L Wang XX,et al.Parameters optimization of electrochemical chloride extraction and exploratory research on its 参考文献 engineering application.China Concr Cem Prod,2010(2):4 (祝频，郑靓，王新祥，等.电化学除盐工艺参数优化及工程应用 [1]Peng H D,Liu D W,Dai B,et al.Experimental research on load- 探索.混凝土与水泥制品，2010(2)：4) shear performance of interface between new and old concrete with [12]Rodrigo de Almeida Souza L,de Medeiros M H F,Pereira E,et al. corroded planting bar.Chin J Eng,2018,40(1):23 Electrochemical chloride extraction:Efficiency and impact on (彭怀德，刘敦文，戴兵，等.锈蚀植筋下新老混凝土面压剪试验 concrete containing 1%of NaCl.Constr Build Mater,2017,145: 研究.工程科学学报，2018,40(1)：23) 435 [2]Shi JJ,Sun W,Geng G Q.Steel corrosion in simulated concrete [13]Guo Y X,Gong J X.Study on electrochemical chloride extraction pore solutions using a galvanostatic pulse method.J Univ Sci of reinforced concrete.J Taiyuan Univ Technol,2011,42(6):588 Technol Beijing,2011,33(6):727 (郭育霞，贡金鑫.钢筋混凝土电化学除氯的试验研究.太原理 (施锦杰，孙伟，耿国庆.恒电流脉冲法研究钢筋在模拟混凝土 工大学学报，2011,42(6)：588) 孔溶液中的腐蚀行为.北京科技大学学报，2011,33(6)：727) [14]NguyenTH,NguyenTA,Le VK,et al.Effect of electrochemical [3] Vera R,Villarroel M,Carvajal A M,et al.Corrosion products of chloride extraction treatment on the corrosion of steel rebar in reinforcement in concrete in marine and industrial environments. chloride contaminated mortar.Anti-Corros Methods Mater,2016, Mater Chem Phys,2009,114(1):467 63(5):377
学修复后钢筋混凝土的黏结强度，为解决修复参 数优化问题及修复后结构服役性能精细有限元分 析提供支持. 3 结论 通过中心拉拔实验探究电化学修复后钢筋混 凝土的黏结性能劣化特征，分析电流密度及通电 时间对试件最大黏结力的影响规律，可以得出以 下三点结论： （1）电流密度和通电时间是电化学修复过程 中钢筋混凝土黏结性能劣化的主要影响因素，大 电流密度和长通电时间会导致黏结性能显著劣 化. 在 5 A·m–2 的大电流密度下，仅通电 15 d 黏结 力损失量就已高达 22.6%. 因此，在合理考虑除氯 效果的前提下，应控制电流密度和通电时间，避免 大电流密度及长通电时间. （2）电通量较小的情况下，钢筋混凝土黏结性 能损失较小，因此在必须设置大电流及长通电时 间的工况条件下开展电化学修复，可以减小另一 个电化学参数来控制黏结性能的劣化程度. 例如 通电时间长达 28 d 时 ，用 1 A·m– 2 的小电流密度， 可控制黏结力损失量在 5% 左右；而在 5 A·m–2 的 大电流密度下，通电时间缩短到 7 d 时，黏结力损 失量仅为 2.1%. （3）基于中心拉拔实验结果，提出了混凝土黏 结强度随电流密度及通电时间变化的三维折减模 型. 该模型以电流密度和通电时间为控制参数，模 型模拟值与本文实验结果有较好的一致性，相关 系数达 0.9606，与国内外其他文献的实验数据进行 对比，结果相关系数达 0.9745，说明此模型同时具 有较强的适用性. 参 考 文 献 Peng H D, Liu D W, Dai B, et al. Experimental research on loadshear performance of interface between new and old concrete with corroded planting bar. Chin J Eng, 2018, 40（1）: 23 （彭怀德, 刘敦文, 戴兵, 等. 锈蚀植筋下新老混凝土面压剪试验 研究. 工程科学学报, 2018, 40（1）：23） [1] Shi J J, Sun W, Geng G Q. Steel corrosion in simulated concrete pore solutions using a galvanostatic pulse method. J Univ Sci Technol Beijing, 2011, 33（6）: 727 （施锦杰, 孙伟, 耿国庆. 恒电流脉冲法研究钢筋在模拟混凝土 孔溶液中的腐蚀行为. 北京科技大学学报, 2011, 33（6）：727） [2] Vera R, Villarroel M, Carvajal A M, et al. Corrosion products of reinforcement in concrete in marine and industrial environments. Mater Chem Phys, 2009, 114（1）: 467 [3] Shi J J, Sun W, Geng G Q, et al. Corrosion resistance of finegrained rebar in simulated concrete pore solutions by means of electrochemical methods. J Univ Sci Technol Beijing, 2011, 33（12）: 1471 （施锦杰, 孙伟, 耿国庆, 等. 电化学方法研究混凝土模拟液中细 晶粒钢的耐蚀性. 北京科技大学学报, 2011, 33（12）：1471） [4] Zhu Y X, Zhu X C, Luo D K, et al. Influences of electrochemical desalination on the behavior of reinforced concrete. Port Waterway Eng, 2002（5）: 8 （朱雅仙, 朱锡昶, 罗德宽, 等. 电化学脱盐对钢筋混凝土性能的 影响. 水运工程, 2002（5）：8） [5] Xu J Z, Ding Z, Xing F. Research status of electrochemical chloride extraction (ECE) on steel reinforced concrete. Concrete, 2008（9）: 22 （徐建芝, 丁铸, 邢峰. 钢筋混凝土电化学脱盐修复技术研究现 状. 混凝土, 2008（9）：22） [6] Guo Y X. Study on Electrochemical Chloride Extraction and Post Performance of Reinforced Concrete [Dissertation]. Dalian: Dalian University of Technology, 2010 （ 郭育霞. 钢筋混凝土电化学除氯及除氯后性能研究[学位论 文]. 大连: 大连理工大学, 2010） [7] Glass G K, Buenfeld N R. The inhibitive effects of electrochemical treatment applied to steel in concrete. Corros Sci, 2000, 42（6）: 923 [8] Liu Y, Du R G, Lin C J. Progress in electrochemical treatment applied to reinforced concrete. Corros Sci Prot Technol, 2008, 20（2）: 125 （刘玉, 杜荣归, 林昌健. 钢筋混凝土结构的电化学处理及其研 究进展. 腐蚀科学及防护技术, 2008, 20（2）：125） [9] Gao X J, Zheng X M, Yang Y Z. Influence of electrochemical parameters on chloride extraction efficiency. J Shenyang Univ Technol, 2010, 32（5）: 579 （高小建, 郑秀梅, 杨英姿. 电化学参数对混凝土除氯效率的影 响. 沈阳工业大学学报, 2010, 32（5）：579） [10] Zhu P, Zheng L, Wang X X, et al. Parameters optimization of electrochemical chloride extraction and exploratory research on its engineering application. China Concr Cem Prod, 2010（2）: 4 （祝频, 郑靓, 王新祥, 等. 电化学除盐工艺参数优化及工程应用 探索. 混凝土与水泥制品, 2010（2）：4） [11] Rodrigo de Almeida Souza L, de Medeiros M H F, Pereira E, et al. Electrochemical chloride extraction: Efficiency and impact on concrete containing 1% of NaCl. Constr Build Mater, 2017, 145: 435 [12] Guo Y X, Gong J X. Study on electrochemical chloride extraction of reinforced concrete. J Taiyuan Univ Technol, 2011, 42（6）: 588 （郭育霞, 贡金鑫. 钢筋混凝土电化学除氯的试验研究. 太原理 工大学学报, 2011, 42（6）：588） [13] Nguyen T H, Nguyen T A, Le V K, et al. Effect of electrochemical chloride extraction treatment on the corrosion of steel rebar in chloride contaminated mortar. Anti-Corros Methods Mater, 2016, 63（5）: 377 [14] · 784 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期
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