混凝土梁電化學(xué)修復(fù)后的耐久性能及力學(xué)特征

張 軍，金偉良，毛江鴻，龍江興,，樊瑋潔

(1.浙大寧波理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，浙江 寧波 315100；2.浙江大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程研究所，杭州 310058)

氯鹽侵蝕引起銹脹開裂是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題中最主要的“頑疾”[1].電化學(xué)修復(fù)技術(shù)不僅可去除混凝土保護(hù)層中的氯離子，在電解質(zhì)溶液中摻入阻銹劑時(shí)還可提升鋼筋的阻銹性能[2-4]，是防止結(jié)構(gòu)銹脹開裂、提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要方法.目前，電化學(xué)修復(fù)方法主要包括電化學(xué)除氯[5]、電滲阻銹[6]、雙向電遷[7]及其他新型聯(lián)合修復(fù)方法[8-9].其中，電化學(xué)除氯技術(shù)研究較早且應(yīng)用廣泛，近年提出的雙向電遷技術(shù)在排除氯離子的同時(shí)還將阻銹劑遷移至鋼筋表面，表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景.

盡管電化學(xué)修復(fù)技術(shù)可有效除氯阻銹，其在實(shí)際工程應(yīng)用中仍存在問題.一方面，由于實(shí)際構(gòu)件內(nèi)部鋼筋分布復(fù)雜，電化學(xué)修復(fù)過程中形成的不均勻電場將影響氯離子的排除效果，已有電化學(xué)修復(fù)效果研究主要集中在鋼筋布置單一的小試塊，應(yīng)用于實(shí)際混凝土構(gòu)件時(shí)必然存在差異，如Arya等[10]對內(nèi)置1～3根受力鋼筋的試塊進(jìn)行除氯效率的研究，發(fā)現(xiàn)水平布置鋼筋數(shù)量越多，形成的陰極區(qū)域越大；在恒定電流密度的作用下形成的電場分布越廣，除氯效率也就越高.另一方面，電化學(xué)方法在提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的同時(shí)，對鋼筋混凝土本身也會(huì)帶來一些負(fù)面影響，如鋼筋-混凝土黏結(jié)力降低[11]、混凝土強(qiáng)度降低[12]、混凝土孔隙結(jié)構(gòu)改變[13]、鋼筋氫脆[14]等，如Buenfeld等[15]進(jìn)行了電化學(xué)除氯后混凝土試件的拉拔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋼筋與混凝土間的黏結(jié)強(qiáng)度明顯降低.Ihekawaba等[16]的研究表明，電流密度增大會(huì)導(dǎo)致陽離子在陰極區(qū)積聚從而使混凝土產(chǎn)生軟化現(xiàn)象：當(dāng)電流密度為3 A/m2時(shí)，盡管除氯效率達(dá)到了70%，但黏結(jié)強(qiáng)度的損失也達(dá)到了58%.Siegwart等[17]對電化學(xué)修復(fù)后的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)析氫反應(yīng)產(chǎn)生的氫原子滲入鋼筋后不影響鋼筋的強(qiáng)度，但對鋼筋的塑性影響較大.謝振康[18]進(jìn)行了電化學(xué)修復(fù)后普通鋼筋的慢速率拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明鋼筋的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度及對應(yīng)的變形變化很小，氫致塑性降低主要表現(xiàn)在鋼筋的頸縮階段.現(xiàn)有研究均已表明電化學(xué)修復(fù)會(huì)對鋼筋混凝土材料及界面性能造成不利影響，因此，也必然影響構(gòu)件的整體力學(xué)性能，但目前相關(guān)研究卻十分匱乏.張鑫等[19]對混凝土梁進(jìn)行了電化學(xué)除氯，結(jié)果表明電化學(xué)除氯能有效抑制鋼筋銹蝕，但受彎試驗(yàn)結(jié)果顯示混凝土梁的承載能力顯著下降.Swamy等[20]對不同水灰比的混凝土梁進(jìn)行電流密度為1 A/m2的電化學(xué)修復(fù)，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)復(fù)雜的鋼筋網(wǎng)將導(dǎo)致部分氯離子聚集且難以排除，梁的抗彎承載力變化不大；該文認(rèn)為電流密度較小時(shí)承載力變化較小，大電流密度和長期的除氯處理對構(gòu)件承載力的影響還有待研究.

綜上所述，電化學(xué)修復(fù)技術(shù)雖然可有效提升氯鹽侵蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，但目前對鋼筋布置復(fù)雜的混凝土構(gòu)件的除氯阻銹效果及對構(gòu)件整體力學(xué)性能的影響尚不明確.電化學(xué)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用對象為受氯鹽侵蝕的混凝土構(gòu)件，而混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能是鋼筋/混凝土材料性能與界面黏結(jié)性能的綜合表現(xiàn).本文選取電化學(xué)除氯及雙向電遷技術(shù)進(jìn)行混凝土構(gòu)件層面的研究，結(jié)合氯離子、氮元素含量分布和鋼筋極化特征分析電化學(xué)修復(fù)后混凝土梁的耐久性提升效果，并開展修復(fù)后混凝土梁的靜載試驗(yàn)，獲取不同通電參數(shù)下構(gòu)件的承載力、延性等整體力學(xué)性能指標(biāo)的變化.研究結(jié)果可為電化學(xué)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際混凝土結(jié)構(gòu)提供參考.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級為C30，混凝土材料采用42.5號普通硅酸鹽水泥、中砂和5～16 mm連續(xù)級配粗骨料，配合比為水∶水泥∶砂∶石=210∶382∶651∶1157；預(yù)摻3% NaCl(相對水泥質(zhì)量)以模擬構(gòu)件已遭受氯鹽侵蝕；測得的28 d標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊抗壓強(qiáng)度為37.5 MPa.為保證梁的破壞模式為彎曲破壞，底部受拉縱筋采用HRB335鋼筋，直徑為14 mm；箍筋及上部架立筋為HPB300鋼筋，箍筋間距100 mm，保護(hù)層厚度25 mm.在澆筑過程中插入一片70×100 mm的薄鋼板，作為極化曲線測量的輔助電極.梁的尺寸及配筋見圖1.

圖1 試件幾何尺寸及配筋圖(mm)

1.2 試驗(yàn)步驟

1.2.1 電化學(xué)修復(fù)過程

對梁進(jìn)行不同通電參數(shù)的電化學(xué)修復(fù)，其中，空白對照梁L0不作電化學(xué)處理，LB表示雙向電遷修復(fù)的梁，LE表示電化學(xué)除氯修復(fù)的梁.三乙烯四胺(TETA)已被試驗(yàn)證實(shí)具有良好的遷移性能和阻銹效果[21]，本試驗(yàn)中雙向電遷修復(fù)采用1 mol/L的三乙烯四胺溶液作為陽極液；電化學(xué)除氯修復(fù)的陽極液為飽和氫氧化鈣溶液.通電電流密度為1、3、5 A/m2，通電時(shí)間為7、14、28 d.具體參數(shù)見表1.

電化學(xué)修復(fù)方案見圖2.為模擬實(shí)際工程的電化學(xué)修復(fù)，梁的側(cè)面和底面布置不銹鋼網(wǎng)作為陽極.為消除電化學(xué)修復(fù)過程對錨固區(qū)的影響，電化學(xué)修復(fù)范圍在跨徑1200 mm內(nèi).通電采用恒定電流密度控制方式，將內(nèi)部鋼筋籠引出的導(dǎo)線接入外部電源負(fù)極，外部不銹鋼網(wǎng)接入電源正極，通電過程中定期監(jiān)測并更換陽極液，確保其pH值大于10.

表1 試件除氯參數(shù)

圖2 試驗(yàn)梁電化學(xué)修復(fù)方案及實(shí)施圖

1.2.2 耐久性提升效果檢測

1)極化狀態(tài)測試：梁電化學(xué)修復(fù)前以及通電完成后放置45 d以去極化[22]，使用美國Gamry公司的電化學(xué)工作站Reference 600對修復(fù)后的梁腐蝕體系進(jìn)行弱極化曲線測量以評定其耐久性提升效果.試驗(yàn)采用三電極體系，內(nèi)部鋼筋籠作為工作電極，梁內(nèi)預(yù)埋鋼片作為輔助電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，設(shè)定弱極化曲線的掃描范圍為+0.07～-0.07 V(vs. SCE)，測試過程見圖3.

2)氯離子及氮元素含量分布測試(含量指氯離子/氮元素與混凝土的質(zhì)量百分比)：為研究電化學(xué)修復(fù)后混凝土梁殘余氯離子的分布特征，對梁進(jìn)行氯離子含量分布測試.雙向電遷在除氯的同時(shí)將阻銹劑遷至鋼筋表面，試驗(yàn)對鋼筋表面氮元素含量進(jìn)行測試，以此推算出阻銹劑含量[20].測試部位見圖4，鉆孔方向分別為梁側(cè)面橫向鉆進(jìn)和梁底面豎向鉆進(jìn)，鉆孔位置依次為靠近縱筋區(qū)域(A區(qū)和D區(qū))、靠近箍筋區(qū)域(B區(qū)和E區(qū))、遠(yuǎn)離鋼筋區(qū)域(C區(qū)和F區(qū))，采用12 mm鉆頭每10 mm一層進(jìn)行取樣分析.用0.3 mm篩子篩分后使用RCT測試氯離子含量，用0.075 mm篩子篩分后借助Italy Thermofinnigan Flash EA1112有機(jī)元素分析儀測試阻銹劑含量.

圖3 動(dòng)電位極化曲線測試

圖4 鉆孔取粉位置示意

1.2.3 靜載試驗(yàn)

試驗(yàn)采用三分點(diǎn)加載方式，凈跨1200 mm，剪跨400 mm，見圖1和圖5.電化學(xué)修復(fù)后梁表面進(jìn)行清洗并粉刷白漿以便觀察裂縫；支座及跨中布置位移計(jì)，在跨中沿高度方向布置混凝土應(yīng)變片.此外，澆筑前在縱筋跨中位置粘貼應(yīng)變片.正式加載前先進(jìn)行預(yù)加載，確保試驗(yàn)裝置及試件各部分處于正常狀態(tài).

圖5 試驗(yàn)梁加載現(xiàn)場圖

2 電化學(xué)修復(fù)后耐久性提升效果

2.1 Cl-和N元素分布特征

由于梁內(nèi)部鋼筋布置復(fù)雜，外表面(陽極)與內(nèi)部鋼筋(陰極)之間形成不均勻電場，混凝土內(nèi)部氯離子向陽極遷移后，殘余氯離子呈現(xiàn)不均勻分布.限于篇幅，本文僅對B區(qū)混凝土進(jìn)行不同通電參數(shù)下混凝土內(nèi)氯離子含量的分布特征分析，見圖6.相比于試件L0，經(jīng)過電化學(xué)修復(fù)后的梁內(nèi)部氯離子含量均有所降低，鋼筋附近氯離子去除效率達(dá)到64%～93%；隨電流密度和通電時(shí)間的增加，除氯效率也不斷提高.此外，由于鋼筋與外部陽極之間的電場強(qiáng)度分布不均勻，鋼筋附近電場強(qiáng)度最大，氯離子含量沿深度方向均呈先減小后增大的分布特征，靠近鋼筋處氯離子含量大幅度降低，表明電化學(xué)修復(fù)可有效去除混凝土保護(hù)層中的氯離子.但是，圖6中30～60 mm深度處氯離子含量逐漸增加，表明鋼筋籠內(nèi)部的氯離子遷移受阻，這與Garces等[23]、Chang等[24]的研究結(jié)果相符，由于電化學(xué)修復(fù)過程中梁內(nèi)部鋼筋籠具有相同的電位，鋼筋籠內(nèi)氯離子需繞過外層鋼筋向外遷移，導(dǎo)致鋼筋籠包圍的混凝土內(nèi)氯離子遷移效率較低.圖7也顯示了類似的分布特征，由于A區(qū)和D區(qū)貫穿鋼筋附近，其整體氯離子含量較低；而C區(qū)和F區(qū)遠(yuǎn)離鋼筋區(qū)域，除氯效率最低，但該區(qū)域鋼筋層(20～30 mm)處除氯效率仍可達(dá)60%.圖8顯示了雙向電遷和電化學(xué)除氯兩種不同修復(fù)方式下殘余氯離子分布情況，結(jié)果表明相同通電參數(shù)下二者除氯效率無明顯差別.

圖6 不同通電參數(shù)下B區(qū)氯離子含量分布

雙向電遷將氯離子遷出的同時(shí)，電遷移型阻銹劑被遷至鋼筋表面還可阻止鋼筋再次腐蝕.表2列出了不同通電參數(shù)下雙向電遷修復(fù)梁縱筋表面阻銹劑與氯離子殘留量的比值，發(fā)現(xiàn)二者的摩爾比(TETA/Cl-)均大于1，且電流密度和通電時(shí)間越大，遷至鋼筋表面的阻銹劑越多.已有研究表明，當(dāng)鋼筋表面阻銹劑與氯離子的摩爾比大于1時(shí)，阻銹劑對鋼筋能起到良好的阻銹效果[21].相比電化學(xué)除氯，雙向電遷技術(shù)能同時(shí)起到除氯及阻銹作用，阻銹劑的遷入有效提高了鋼筋抵御再劣化的能力[25]，符合浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)規(guī)程》[26]阻銹基團(tuán)與氯離子濃度比不應(yīng)小于1的規(guī)定，可有效維持梁的長期阻銹效果.

圖7 不同取樣位置氯離子含量分布

圖8 不同電化學(xué)修復(fù)方式下B區(qū)氯離子含量分布

表2 雙向電遷后鋼筋表面阻銹劑與氯離子摩爾比

2.2 鋼筋極化特征

極化曲線是分析金屬腐蝕速率的重要方法，顯示了鋼筋的腐蝕程度及活化狀態(tài)，其中強(qiáng)極化對腐蝕體系擾動(dòng)過大，而線性極化的近似處理會(huì)產(chǎn)生一定誤差[27].因此本文采用弱極化曲線分析電化學(xué)修復(fù)前后梁內(nèi)部鋼筋的活化狀態(tài)，進(jìn)而評價(jià)電化學(xué)修復(fù)后梁抵御再劣化的能力，見圖9.由于構(gòu)件澆筑時(shí)預(yù)摻氯鹽，梁L0的弱極化曲線表明內(nèi)部鋼筋已處于一定的活化狀態(tài)，腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較高.除氯處理后梁的弱極化曲線明顯上移，表明其開路電位上升；陽極極化區(qū)段斜率顯著增大，說明梁內(nèi)鋼筋活性降低，耐久性提升效果明顯[28]，且通電時(shí)間越長、電流密度越大，上述變化越明顯.原因是隨著通電量的增加，鋼筋表面氯離子含量持續(xù)降低，同時(shí)作為陰極的鋼筋附近氫氧根離子增加促進(jìn)鋼筋處于鈍化狀態(tài).

圖9 試驗(yàn)梁動(dòng)電位極化曲線

Miranda等[29]對比除氯前后的混凝土試件發(fā)現(xiàn)單純憑借開路電位判斷鋼筋的腐蝕狀態(tài)并不嚴(yán)謹(jǐn)，需結(jié)合腐蝕電流密度等電化學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合評定.本文對弱極化曲線進(jìn)行擬合分析，得到了通電前后梁腐蝕體系的開路電位Ecorr和腐蝕電流密度Icorr，具體數(shù)值見表3.各梁為同批次澆筑，通電前腐蝕狀態(tài)相近，Ecorr在-400 mV左右，Icorr約為0.18 μA·cm-2.經(jīng)過不同通電參數(shù)的電化學(xué)除氯和雙向電遷處理后，大部分梁的Ecorr均上升至-300 mV以上，Icorr下降到0.1 μA·cm-2以下.Hornbostel等[30]、Millard等[31]認(rèn)為Icorr低于0.1 μA·cm-2時(shí)鋼筋腐蝕速率非常低，且中國冶金部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定開路電位大于-250 mV時(shí)，鋼筋腐蝕風(fēng)險(xiǎn)低.此外，對比相同通電參數(shù)下的雙向電遷和電化學(xué)除氯修復(fù)后梁的腐蝕參數(shù)發(fā)現(xiàn)，雙向電遷梁LB3-2和LE3-4相比于電化學(xué)除氯梁LE3-2和LE3-4的開路電位更大，腐蝕電流密度更小，陽極極化曲線斜率更大，表現(xiàn)出良好的鈍化狀態(tài).原因在于雙向電遷將阻銹劑電遷移至鋼筋表面，通過抑制鋼筋的電極過程，使鋼筋恢復(fù)鈍

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化[31].因此，電化學(xué)除氯及雙向電遷能有效抑制梁內(nèi)部鋼筋的腐蝕，且雙向電遷將阻銹劑遷移至內(nèi)部鋼筋表面，增強(qiáng)鋼筋鈍化狀態(tài)，有效提升了梁抵御氯離子侵蝕的能力和耐久性能.

表3 通電前后的腐蝕參數(shù)

3 電化學(xué)修復(fù)后梁的力學(xué)性能

3.1 裂縫分布特征

梁裂縫分布見圖10，統(tǒng)計(jì)純彎段(灰色區(qū)域)裂縫數(shù)目及寬度(0.8倍屈服荷載)發(fā)現(xiàn)，未進(jìn)行電化學(xué)修復(fù)的梁L0在受彎過程中裂縫發(fā)展更為飽滿，裂縫數(shù)目多、間距??；梁LB1-2、LB3-2和LB5-2的裂縫分布稀疏，且隨著通電電流密度的增加，裂縫間距加大.LB3-1、LB3-2、LB3-4、LE3-2和LE3-4也有同樣的變化特征.混凝土裂縫分布的變化原因可從鋼筋混凝土黏結(jié)性能變化角度分析：梁開裂后，兩條裂縫間的混凝土回縮會(huì)受到鋼筋-混凝土界面黏結(jié)力的約束，鋼筋的部分應(yīng)力傳遞給該區(qū)段的混凝土后繼續(xù)協(xié)同工作，當(dāng)混凝土應(yīng)力再次增大至混凝土的抗拉強(qiáng)度，兩條裂縫間的混凝土產(chǎn)生新裂縫，最終形成多條裂縫[32].電化學(xué)修復(fù)后鋼筋與混凝土界面軟化及析氫反應(yīng)導(dǎo)致鋼筋與混凝土間的黏結(jié)力降低[15,33]，混凝土與鋼筋協(xié)同受力性能受到削弱，裂縫產(chǎn)生后混凝土回縮受到的摩阻力減小，鋼筋傳遞給混凝土的應(yīng)力更小，難以形成新的裂縫，最終呈現(xiàn)出構(gòu)件整體裂縫間距增加.

圖10 試驗(yàn)梁裂縫分布

經(jīng)過電化學(xué)除氯修復(fù)后的梁LE3-2、LE3-4相對于相同通電參數(shù)的雙向電遷梁LB3-2、LB3-4的裂縫寬度更大，裂縫數(shù)目相對較少，原因是雙向電遷技術(shù)采用電遷移型阻銹劑作為陽極液，阻銹基團(tuán)遷至鋼筋表面抑制析氫反應(yīng)，界面黏結(jié)力受氫氣膨脹應(yīng)力的影響降低[34].

3.2 鋼筋應(yīng)變與混凝土正截面應(yīng)變

加載過程中不同通電時(shí)間及不同除氯方式的梁荷載-縱筋應(yīng)變曲線見圖11.鋼筋屈服荷載與對應(yīng)的荷載-撓度曲線的屈服點(diǎn)位置較為符合，屈服前呈線性且斜率不隨通電參數(shù)和除氯方式而發(fā)生變化，表明雙向電遷及電化學(xué)除氯不影響構(gòu)件內(nèi)部縱筋的彈性模量.

圖12給出了不同電流密度下雙向電遷梁在加載過程中的混凝土應(yīng)變(開裂導(dǎo)致應(yīng)變片斷裂后部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)缺失).電化學(xué)修復(fù)后梁在加載過程中跨中截面拉、壓區(qū)應(yīng)變呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，表明通電后梁仍符合平截面假定.

3.3 荷載-撓度曲線

圖13給出了混凝土梁進(jìn)行電化學(xué)修復(fù)前后的荷載-撓度曲線對比.其中，圖13(a)、(b)表明對比組梁L0與雙向電遷梁LB在加載初期荷載撓度曲線均呈近似線性增長，且通電參數(shù)較小時(shí)梁剛度未發(fā)生明顯變化，但5 A/m2電流密度下梁剛度發(fā)生明顯退化.圖13(c)對比了雙向電遷和電化學(xué)除氯兩種電化學(xué)修復(fù)方式的梁荷載撓度曲線，兩類梁在彈性工作階段的整體剛度及承載能力相差較小.

圖11 荷載-縱筋應(yīng)變曲線

表4給出了荷載撓度曲線中提取出的構(gòu)件力學(xué)參數(shù)，F(xiàn)y為屈服荷載，F(xiàn)u為極限荷載.采用較小的通電參數(shù)時(shí)，電化學(xué)修復(fù)前后梁的屈服承載力和極限承載力變化不大，但通電參數(shù)選取過大會(huì)對構(gòu)件的承載能力造成一定影響.相比于L0，電化學(xué)修復(fù)后梁的延性均有所減小，且電流密度和通電時(shí)間越大，位移延性系數(shù)越小.而雙向電遷與電化學(xué)除氯梁延性退化幅度無明顯差異.

圖12 不同電流密度下LB梁跨中正截面應(yīng)變

圖13 荷載-撓度曲線

表4 靜載試驗(yàn)結(jié)果

3.4 延性結(jié)果分析與討論

已有研究均認(rèn)為電化學(xué)修復(fù)不會(huì)對鋼筋的強(qiáng)度造成影響，但修復(fù)過程中鋼筋表面發(fā)生析氫反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣滲透進(jìn)入鋼筋內(nèi)部，最終導(dǎo)致鋼筋氫致塑性降低[14,17-18,35].由于梁構(gòu)件屈服后變形能力與內(nèi)部縱筋的變形性能直接相關(guān)，本文對比分析了通電參數(shù)對鋼筋塑性與梁延性的影響規(guī)律.混凝土構(gòu)件的延性可用位移延性系數(shù)μ表征，通電后鋼筋塑性降低程度可用斷裂能比Z表征[36]，表達(dá)式為：

μ=ωu/ωy，

(1)

Z=W/W0×100%.

(2)

式中：ωy為構(gòu)件屈服時(shí)位移值，ωu為構(gòu)件破壞時(shí)的位移值，Z為斷裂能比，W0為鋼筋的斷裂能，W為電化學(xué)修復(fù)后鋼筋的斷裂能.斷裂能為金屬材料拉伸斷裂前吸收的能量，其值等于應(yīng)力應(yīng)變曲線包圍的面積.

將文獻(xiàn)[37]得到的電化學(xué)修復(fù)后鋼筋斷裂能比與本文得到的位移延性系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，見圖14，橫坐標(biāo)φ表示通電量，為通電時(shí)間和電流密度的乘積，擬合方程為：

μ=-6.09×10-4φ+2.88，

(3)

Z=-8.12×10-3φ+99.14.

(4)

由圖14可見，梁位移延性系數(shù)和鋼筋的斷裂能比都與電化學(xué)修復(fù)過程中的通電量呈線性關(guān)系，且相關(guān)性較好.表明電化學(xué)修復(fù)后鋼筋塑性和構(gòu)件延性的劣化程度均與通電量呈負(fù)線性相關(guān).中國JTS 153-2—2012《海港工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電化學(xué)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》[38]建議的通電量為720～2 880 Ah/m2，美國工程師防腐協(xié)會(huì)SP 0107—2017《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電化學(xué)再堿化和電化學(xué)除氯》[39]則建議取600～1 500 Ah/m2.當(dāng)采用規(guī)范中較大的通電參數(shù)時(shí)，由圖14可知混凝土構(gòu)件的延性將發(fā)生明顯退化.因此，實(shí)際工程結(jié)構(gòu)采用電化學(xué)修復(fù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)服役特點(diǎn)，綜合考慮耐久性提升效果及其延性退化程度，不宜選取過大的通電參數(shù).

圖14 不同通電量下的μ與Z

4 結(jié) 論

1)雙向電遷及電化學(xué)除氯對內(nèi)置鋼筋網(wǎng)的混凝土梁具有較好的修復(fù)效果：電化學(xué)修復(fù)能有效去除鋼筋表面氯離子，但梁內(nèi)不同區(qū)域殘余氯離子存在差異，鋼筋籠內(nèi)氯離子遷出效率相對較低；電化學(xué)修復(fù)后梁的開路電位上移、腐蝕電流密度減小，鋼筋恢復(fù)鈍化，耐久性提升效果顯著；雙向電遷在除氯的同時(shí)將阻銹劑遷至鋼筋表面，進(jìn)一步提升了結(jié)構(gòu)抵御耐久性再劣化的能力.

2)電化學(xué)除氯和雙向電遷均會(huì)對鋼筋-混凝土黏結(jié)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，電化學(xué)修復(fù)后梁雖仍符合平截面假定，但加載過程中混凝土裂縫間距增大，裂縫數(shù)目有所減少，且電化學(xué)除氯較雙向電遷對裂縫分布的影響更大.

3)電化學(xué)修復(fù)不僅導(dǎo)致鋼筋塑性降低，還會(huì)導(dǎo)致鋼筋-混凝土黏結(jié)性能劣化：這兩種負(fù)面效應(yīng)使混凝土梁的力學(xué)性能在一定程度上發(fā)生改變；通電參數(shù)選取較小時(shí)，電化學(xué)修復(fù)對梁力學(xué)性能的影響較小，但較大通電量下梁的剛度、極限承載力和延性都有所退化，構(gòu)件延性系數(shù)與通電量呈負(fù)線性相關(guān)性.因此，電化學(xué)修復(fù)采用的通電參數(shù)的選擇需綜合考慮耐久性提升效果及力學(xué)性能損傷，以滿足結(jié)構(gòu)服役性能的要求.由于相關(guān)試驗(yàn)研究較少，本文研究結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證.

4)電化學(xué)修復(fù)對遭受氯鹽侵蝕的實(shí)際構(gòu)件具有較好的修復(fù)效果，且合理的通電參數(shù)對其靜力力學(xué)性能影響較小.應(yīng)用電化學(xué)修復(fù)的工程結(jié)構(gòu)在服役時(shí)還可能承受疲勞作用，因此還需對電化學(xué)修復(fù)后構(gòu)件的疲勞性能開展相關(guān)試驗(yàn)研究.