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摘要：介绍了码头混凝土构件存在劣化现象，在对其进行加固修复之前，采用电化学除氯的方法降低受侵蚀混凝土构件的氯离子含量。根据现场测试，电化学除氯可以有效的降低混凝土构件中的氯离子含量，除氯后钢筋周围的氢氧化钙含量增加，钢筋表面的钝化膜有了一定的恢复。由此证实电化学除氯在水工混凝土结构修复中具有实际意义。
关键词：混凝土构件；氯离子；电化学除氯
0、引言
而由于海水环境中氯离子含量的升高，导致水工建筑物中的混凝土受到的影响更大，实际工程中大量的水工混凝土由于受到氯盐侵蚀引起结构的过早损坏。由于环境限制以及水工结构的自身特点，导致不能像陆域建筑一样进行大量更换构件的修复方法，本文通过对大码头的实际案例，探讨并证实了电化学除氯的方法降低水工混凝土内氯离子含量的可行性。
1、電化学除氯的工作原理
电化学除氯是指在混凝土外部安装一个适合的电压源，与内部钢筋相连而形成回路，此时外设的电压源为阳极而内部钢筋则为阴极。通电之后在电场的影响下，自由的氯离子会随着回路由内部的钢筋向外部移动，直到排出结构体外。
在外部电压源的阳极上发生如下反应：
4OH-→2H2O+O2↑+4e………………（1.1）
2Cl-→Cl2↑+2e…………………（1.2）
H2O+Cl2→HCl+HClO…………………（1.3）
阳极反应的开始阶段以式（1.1）为主，随着反应的进行PH值逐渐降低，混凝土内部的氯离子和氢氧离子会在电场的作用下向外扩散，扩散的过程中逐步发生式（1.2）和（1.3）的反应。整个反应过程实现了将内部的氯离子排除的目的。
在内部钢筋的阴极上发生如下反应：
2H2O+O+4e→4OH-……………………（1.4）
2H2O+2e→2OH-+H2↑…………………（1.5）
阴极反应的开始阶段以式（1.4）为主，随着反应的进行混凝土结构中的溶解氧逐渐消耗降低，反应（1.5）逐步增多。由上面两式可以发现，都是在混凝土结构中生成碱性离子（OH-）。根据试验结果可以发现，上述产生的碱性离子多积聚在混凝土结构内的钢筋周围，形成区域性的碱性环境。
综合阴阳两极的反应可以发现，电化学除氯的方法可以将混凝土内部的氯离子（Cl-）在电场的作用下向外部扩散，并在内部钢筋周围生成碱性离子（OH-），进而达到降低混凝土结构内部氯离子（Cl-）含量并逐步形成碱性的混凝土环境，有利于钢筋表面钝化膜的形成和稳定。
2、现场电化学除氯试验方案
2.1 试验位置选择
现场选择破坏情况较重的一根横梁作为试验对象（见图1）。将该横梁水平方向分为A区、B区和C区，在A区进行电化学除氯试验，B区为试验对比区域，C区为间隔区域，避免A区的电化学试验对B区的影响（见图2）。
2.2 试验方案
经现场测量，进行电化学除氯试验的横梁截面宽度为400mm，高度为500mm。在对横梁A区进行初步清洁后，使用直径为550mm的PVC管套在横梁外侧并进行固定，使用环氧树脂料对其进行封闭。
对横梁中的受力主筋进行连接并且与外部电压源的负极相连后作为系统阴极，外部的不锈钢丝网和外部电压源相连后作为系统阳极，在PVC管中注入饱和的氢氧化钙溶液，作为系统内的电解液，便于带电离子在阴极和阳极之间的移动，在进行电化学除氯试验之前，先将横梁A区浸泡2h的溶液，这样做能够避免因为电解液与混凝土结构的脱离而导致加设电压后电路中局部电流变化过大。
试验过程中，设定直流电流密度为2A/m2，总电量为1000Ah/m2。每24h监测一次电流的变化，如电流密度发生变化立即对其进行调整，保证整个试验阶段的电流恒为设计值。随着电化学反应的进行，混凝土内部部分氯离子通过电解液与氢氧化钙进行中和反应，导致电解液的pH值逐渐降低，为保证系统稳定，不降低电化学除氯的试验效果，每次监测电流变化时测定电解液的pH值，如发现明显降低时应进行更换。
首先在试验开始前，分别在试验A区和比对B区进行3处氯离子含量测量，测试深度为70mm。试验结束后，为避免静置时间对混凝土内部氯离子含量及分布的影响，立即对试验A区和比对B区进行第二次氯离子含量测量，每区域仍进行3处，并对检测结果进行比较。
3、试验结果与分析
电化学除氯试验前后横梁试验A区和比对B区氯离子含量的测量结果详见表1，从中可以发现，试验A区进行电化学除氯之前3处氯离子含量平均值分别为5.22%、5.23%和5.20%，比对B区进行电化学除氯之前3处氯离子含量平均值分别为5.27%、5.20%和5.28%。电化学除氯试验后试验A区3处氯离子含量平均值分别为4.04%、4.13%和4.08%，平均氯离子含量下降22.7%、21.0%和22.2%，电化学除氯试验后比对B区3处氯离子含量平均值分别为5.22%、5.23%和5.28%，平均氯离子含量下降0.7%、-0.4%和0.1%。
试验A区经过电化学除氯混凝土其氯离子含量平均值下降了19.7%～24.4%，对比B区经过此过程氯离子含量未发生明显变化，横梁C区长度为4.0m，这也说明了电化学除氯的影响范围不大于4.0m。
4、展望
根据现场试验结果可知，电化学除氯的影响范围一般不大于4.0m，在有效范围内，电化学除氯方法能够有效降低混凝土构件中的氯离子含量，氯离子含量降低幅度在20%左右。证明了电化学除氯方法在水工混凝土结构修复中的有效性。
参考文献：
[1]张皓，郑秀梅。除氯后混凝土性能变化规律研究[J]。低温建筑设计，2016
关键词：混凝土构件；氯离子；电化学除氯
0、引言
而由于海水环境中氯离子含量的升高，导致水工建筑物中的混凝土受到的影响更大，实际工程中大量的水工混凝土由于受到氯盐侵蚀引起结构的过早损坏。由于环境限制以及水工结构的自身特点，导致不能像陆域建筑一样进行大量更换构件的修复方法，本文通过对大码头的实际案例，探讨并证实了电化学除氯的方法降低水工混凝土内氯离子含量的可行性。
1、電化学除氯的工作原理
电化学除氯是指在混凝土外部安装一个适合的电压源，与内部钢筋相连而形成回路，此时外设的电压源为阳极而内部钢筋则为阴极。通电之后在电场的影响下，自由的氯离子会随着回路由内部的钢筋向外部移动，直到排出结构体外。
在外部电压源的阳极上发生如下反应：
4OH-→2H2O+O2↑+4e………………（1.1）
2Cl-→Cl2↑+2e…………………（1.2）
H2O+Cl2→HCl+HClO…………………（1.3）
阳极反应的开始阶段以式（1.1）为主，随着反应的进行PH值逐渐降低，混凝土内部的氯离子和氢氧离子会在电场的作用下向外扩散，扩散的过程中逐步发生式（1.2）和（1.3）的反应。整个反应过程实现了将内部的氯离子排除的目的。
在内部钢筋的阴极上发生如下反应：
2H2O+O+4e→4OH-……………………（1.4）
2H2O+2e→2OH-+H2↑…………………（1.5）
阴极反应的开始阶段以式（1.4）为主，随着反应的进行混凝土结构中的溶解氧逐渐消耗降低，反应（1.5）逐步增多。由上面两式可以发现，都是在混凝土结构中生成碱性离子（OH-）。根据试验结果可以发现，上述产生的碱性离子多积聚在混凝土结构内的钢筋周围，形成区域性的碱性环境。
综合阴阳两极的反应可以发现，电化学除氯的方法可以将混凝土内部的氯离子（Cl-）在电场的作用下向外部扩散，并在内部钢筋周围生成碱性离子（OH-），进而达到降低混凝土结构内部氯离子（Cl-）含量并逐步形成碱性的混凝土环境，有利于钢筋表面钝化膜的形成和稳定。
2、现场电化学除氯试验方案
2.1 试验位置选择
现场选择破坏情况较重的一根横梁作为试验对象（见图1）。将该横梁水平方向分为A区、B区和C区，在A区进行电化学除氯试验，B区为试验对比区域，C区为间隔区域，避免A区的电化学试验对B区的影响（见图2）。
2.2 试验方案
经现场测量，进行电化学除氯试验的横梁截面宽度为400mm，高度为500mm。在对横梁A区进行初步清洁后，使用直径为550mm的PVC管套在横梁外侧并进行固定，使用环氧树脂料对其进行封闭。
对横梁中的受力主筋进行连接并且与外部电压源的负极相连后作为系统阴极，外部的不锈钢丝网和外部电压源相连后作为系统阳极，在PVC管中注入饱和的氢氧化钙溶液，作为系统内的电解液，便于带电离子在阴极和阳极之间的移动，在进行电化学除氯试验之前，先将横梁A区浸泡2h的溶液，这样做能够避免因为电解液与混凝土结构的脱离而导致加设电压后电路中局部电流变化过大。
试验过程中，设定直流电流密度为2A/m2，总电量为1000Ah/m2。每24h监测一次电流的变化，如电流密度发生变化立即对其进行调整，保证整个试验阶段的电流恒为设计值。随着电化学反应的进行，混凝土内部部分氯离子通过电解液与氢氧化钙进行中和反应，导致电解液的pH值逐渐降低，为保证系统稳定，不降低电化学除氯的试验效果，每次监测电流变化时测定电解液的pH值，如发现明显降低时应进行更换。
首先在试验开始前，分别在试验A区和比对B区进行3处氯离子含量测量，测试深度为70mm。试验结束后，为避免静置时间对混凝土内部氯离子含量及分布的影响，立即对试验A区和比对B区进行第二次氯离子含量测量，每区域仍进行3处，并对检测结果进行比较。
3、试验结果与分析
电化学除氯试验前后横梁试验A区和比对B区氯离子含量的测量结果详见表1，从中可以发现，试验A区进行电化学除氯之前3处氯离子含量平均值分别为5.22%、5.23%和5.20%，比对B区进行电化学除氯之前3处氯离子含量平均值分别为5.27%、5.20%和5.28%。电化学除氯试验后试验A区3处氯离子含量平均值分别为4.04%、4.13%和4.08%，平均氯离子含量下降22.7%、21.0%和22.2%，电化学除氯试验后比对B区3处氯离子含量平均值分别为5.22%、5.23%和5.28%，平均氯离子含量下降0.7%、-0.4%和0.1%。
试验A区经过电化学除氯混凝土其氯离子含量平均值下降了19.7%～24.4%，对比B区经过此过程氯离子含量未发生明显变化，横梁C区长度为4.0m，这也说明了电化学除氯的影响范围不大于4.0m。
4、展望
根据现场试验结果可知，电化学除氯的影响范围一般不大于4.0m，在有效范围内，电化学除氯方法能够有效降低混凝土构件中的氯离子含量，氯离子含量降低幅度在20%左右。证明了电化学除氯方法在水工混凝土结构修复中的有效性。
参考文献：
[1]张皓，郑秀梅。除氯后混凝土性能变化规律研究[J]。低温建筑设计，2016