混凝土电化学处理的工艺发明领域
本发明涉及钢筋混凝土电化学处理的工艺。
发明背景
在钢筋混凝土中，钢筋通常因在混凝土块的碱性环境中而防腐蚀。然而，
在诸如硫的氧化物环境中，受二氧化碳及其他气体的作用，含碱量会逐渐减
少。该过程的术语叫做碳酸盐化过程(carbonation)，而受到大气气体作用
的混凝土被称作碳酸盐化了。
其效果是pH值渐渐减少，如果该工艺允许继续，pH值将继续下降，当其
达到约为9.5时，钢筋不再防腐蚀。钢筋发生腐蚀会导致钢筋脆弱而从混凝
土上剥落。
以前已经有过对提高已碳酸盐化的混凝土含碱量的工艺的报道，如欧洲专
利No.264,421和美国专利No.4,865,702。在该工艺中，电流在外电极与作
为阴极的混凝土内钢筋之间流过，其中外电极则与涂于混凝土外表面的碱性
电解液相接触。
在此工艺中发生两个效应：碱性电解液流进混凝土，在阴极区含碱量增加。
其有利点在于：钢筋再次钝化，渗进混凝土的电解液层在具有足够高的pH值
的钢筋上方及周围保持一个覆盖区，以使钢筋保持钝化。这一工艺已熟知为
再碱化工艺。
作为本工艺的碱性电解液，欧洲专利No.264,421提供了液态的或吸收于
诸如石棉、纤维素、锯屑、砂、粘土之类多孔介质中的钙、钠和/或钾盐的含
水溶液，或者电解液可以是强烈缓凝的混凝土、灰浆、水泥浆或石灰浆。英
国专利申请No.2,271,123A公布了一种工艺，其中含水电解液中使用了碳酸
钠或硼酸钠。然而，该工艺在商业规模操作中所用的碱性电解液是一种碳酸
钠的含水溶液。
本发明要解决的问题
尽管该工艺用碳酸钠溶液作碱性电解液的结果一般来说还是非常成功的，
但是，处理后的混凝土表面往往出现风化。这是厚重结晶盐的沉积物，看起
来不雅观，故不适于作装饰涂料。结果，处理后必须彻底清洗混凝土以除去
风化物。
现已发明出解决上述问题的方法，即采用碳酸钾溶液作为电解液。
发明综述
根据本发明，混凝土的电化学再碱化的工艺包括在阳极和阴极之间通直流
电流，其中，阳极跟涂于混凝土外表面的含水电解液层相接触，阴极位于混
凝土内部，使混凝土内部的pH值增加，混凝土表面层渗入电解液，其中电解
液层包括浓度至少为0.3摩尔的碳酸钾含水溶液。
本发明的有益效果
本发明采用碳酸钾含水溶液作为碱性电解液所获得的优点在于处理后混凝
土外表面上的风化物减少或消除了。这一优点是现有技术所不能预知的，从
而是预想不到的。
本发明详述
所谓外表面就是曝露于大气的表面。电解液是指碳酸钾的含水溶液。
阳极可以浸入电解液中，或在工艺的一些实施例中，阳极可与粘结涂料连
接，该粘结涂料包括跟水混合形成粘结混合物的有机保水材料。
碳酸钾溶液的浓度最好至少为0.5摩尔，浓度从0.5摩尔以上到饱和浓度
的溶液特别适合。
碳酸钾可以在现场由钾离子源和碳酸盐离子源生成。比如，可以将氢氧化
钾作为钾离子源、碳酸锂作为碳离子源加到水中制成电解液。然而，电解液
除了由碳酸钾派生的离子和水外，最好基本上不含有离子，尽管有少量其他
离子，如钙、钠和锂(例如按商用上碳酸钾存在的量中)可以接受。因此，
将碳酸钾(作为该化合物)加到水中制造电解液是方便的。这种碳酸钾可以
是一般工业级材料，例如，一种包含按干重量为基础计，至少97％的碳酸钾。
建议钠离子量，如果存在的话，按照碳酸钾干重量计，小于碳酸钾重量的
5％，因为发明人发现碳酸钠是处理后在混凝土表面产生风化的材料。
工艺开始时电解液的pH值最好为10.5至12.5，更好在10.9至12.0之间。
可以用粘结涂料使电解液与混凝土的外表面保持接触，粘结涂料包括有机
保水材料和水的粘结混合物。
作为选择，电解液也可通过盛电解液并可移动地置于混凝土上的槽与混凝
土外表面保持接触。
在使用粘结涂料时，粘结混合物可以喷涂并在喷涂工艺中实现水跟含有碳
酸钾与保水材料的组合物的混合。
该保水材料方便地是一种纤维素纤维，比如象欧洲专利No.398,117或美
国专利Nos.5,198.082，5,228,959及5,407,543所描述的，还有纤维素纤维
和碳酸钾的混合物，该混合物按纤维素纤维的干重量计，包含至少10％重量
的碳酸钾，按纤维素纤维的干重量计，最好包含20％至150％重量的碳酸钾。
粘结混合物包含比需要用于饱和混合物中的水更多的碳酸钾是方便的。这
种情况下，涂料就包含未溶解的碳酸钾，它起到作补充电解液容器的作用。
在此情况下，补充可用加水的方式进行，例如不时地喷涂料。当槽中有电解
液时，可以通过向槽中加新鲜溶液的方式进行补充。
工艺过程中可补充电解液。保水材料能方便地保有至少其本身重量的100
％的水，最好至少为200％，更好至少为300％，比如300至500％。
当保水材料为纤维素纤维时，该纤维可与碳酸钾预混合，即在工厂混合，
这样，在现场只需向纤维中加水即可。
在本发明的应用中，在制备纤维的过程中纤维很容易跟碳酸钠(作为固态)
混合，即将纤维素碾碎并以混合物形式提供给工作场所，在那儿与水混合，
比如将纤维素纤维/碳酸钾混合物和水作为两种成分提供给适当的喷嘴，在喷
嘴中混合，并将包含两种成分的混合物从喷嘴喷出。
纤维素纤维可以回收或复原成纤维素浆。
纤维素浆很方便地从报纸或其他废纸获得。
纤维素纤维的生产工艺是本领域内所共知的，而且已商业规模生产。在许
多应用中，如板、砖瓦粘合剂、耐熔炉衬，尤其是纤维水泥板，已知纤维素
纤维是石棉纤维的替代物。
在制备纤维素纤维的一般工艺中，废报纸以纸片形式馈送到切碎机，从那
儿将碎纸通过两个锤式粉碎机中的第一个，如Jacobson粉碎机。粉碎机有旋
转锤或叶片，结合空气吸力将材料压过多孔金属隔板。材料到此阶段一部分
已纤维化，送至第二锤式粉碎机。在两锤式粉碎机之间阶段，加进阻燃剂之
类的化学物质。制备用于本发明的纤维中，在此阶段加入碳酸钠。然后，材
料通过第二锤式粉碎机，在那儿进一步纤维化。然后将产品压缩并挤压进储
存袋。
离开第二锤式粉碎机的纤维通常具有0.5至2.0mm的长度。纤维的滤水度
可以在45至750 SR(Shopper Riegler)的范围。
阴极很方便地跟混凝土钢筋相连接或由混凝土钢筋提供。
这一工艺特别适用于碳酸盐化成pH值为10.5或小于10.5，例如10.0或
小于10.0，尤其是9.5或小于9.5的混凝土，因为pH值这么低时的钢筋中的
钢不再防腐蚀。
本发明的工艺可以如同欧洲专利No.264,241和美国专利No.4,865,702描
述的那样进行。
例如，阳极和阴极之间的外加电压可方便地设为3至40伏，及6至20伏，
通常调至提供每平方米混凝土表面0.15至6，最好0.5至2.5安培范围的电
流密度。
含碱量可通过测定pH值的方法检测，例如将酚酞之类的指示剂喷在新断
裂的混凝土上，当达到理想的pH值时，例如pH值大于10.5，通常大于11左
右，工艺即可结束。
鉴于含碱量的损失是由于已风化混凝土经受二氧化碳之类的大气气体造成
的，在表面或接近表面的pH值往往低于进一步深入混凝土体内的pH值，而
且紧靠钢筋的pH值可能仍足够高以使钢钝化。再碱化这种混凝土正好属于本
发明的范围。
尽管混凝土的pH值在其整个厚度上发生变化，任何区可被选作测量pH值
以确定是否要再碱化该混凝土。测量pH值确定工艺结束的区域离表面的距离
通常跟第一次选择的区域离表面的距离一致。
工艺可以包括测量混凝土选定区的pH值，当pH值为10.0或低于10.0时，
按如上所述进行该工艺，一段时间后，再测pH值，当pH值为10.5或高于10.5
时，停止通电流。
包括线、绳、板、铂或金属片的阳极及其相关的电解液可作为一个组件预
先形成并涂在混凝土的表面上。
阳极可以是钢之类的消耗金属，或钛之类的不活泼金属。
电解液方便地通过盛电解液并可移动地置于混凝土表面的槽与混凝土表面
相接触。盛电解液槽的使用使电解液能与倾斜的、垂直的和顶上的表面保持
接触，并使该工艺可应用于混凝土结构的下面，象拱腹或天花板之类。
参考示图，混凝土2的主体有外表面4、钢筋6和靠近已碳酸盐化的表面
4的区8。通过可移动槽(未示出)跟外表面4保持接触的是电解液10，这是
1摩尔碳酸钾含水溶液。浸在电解液10中的是钢阳极12。在本发明的工艺操
作过程中，在作为阴极的钢筋6与钢阳极12之间施加电压，以提供电流密度
为每平方米混凝土表面1安培的直流电。
电解液10穿透混凝土表面4，进入混凝土，如由向下的箭头所指。向前进
的电解液的前沿如16所指。这里示出的是碳酸钾与碳酸氢钾的混合物，因为
碳酸钾由大气中二氧化碳的作用而变换成这种混合物(不一定等摩尔比)。在
电流的影响下，这种离子按所指方向移动，即钾与钠离子向阴极移动，氢氧
化根离子向阳极移动。
本发明通过以下实施例进行说明。
实施例1
经多年曝露于大气而被碳酸盐化、钢筋附近的pH值已降至9.5左右的钢
筋混凝土结构经受如下处理。
处理过的混凝土结构是钢筋混凝土拱腹(它提供顶部表面)。为处理这一
顶部区，用槽盛电解液，这样，电解液就与混凝土表面直接接触。尺寸为1100mm
×900mm×10mm的槽由4mm厚的有机玻璃片制成，其边缘有尺寸为40mm×25mm
的聚乙烯或聚氯丁橡胶密封圈，还包括20mm×20mm的软钢架以提供刚度并
压缩密封圈。槽用螺栓系于混凝土上。槽内盛有1摩尔碳酸钾含水溶液，其pH
值为12.0。
混合金属氧化物涂复的钛筛(210级)被支撑在浸于电解液中的槽中，并
与直流电源的正端连接，而钢筋则与负端相接。电压调至可提供每平方米混
凝土表面1安培的电流密度，加电压4天。钢筋与混凝土表面之间区域的混
凝土经处理后，其pH值用由在水和乙醇中制成的酚酞指示剂测量，指示剂变
成浅粉红色表示pH值约为11。
移开盛电解液的槽，待混凝土的外表面干燥后对其进行检查。这时没有观
察到风化物。
完全按照如上所述重复进行这一实施例，所不同的只是采用1摩尔碳酸钠
溶液。当槽被移开，表面干燥后，检查表面发现有风化物，在涂装饰涂料前
必须除去。
实验发现，跟碳酸钠相比，碳酸钾还有如下优点：
(1)在相同的条件和摩尔浓度下，碳酸钾溶液穿透进混凝土的速度比碳
酸钠快。这意味着邻近表面的混凝土层的pH值增加得更快。
(2)碳酸钾在低温下有好得多的溶解度性能。例如，在4℃时，碳酸钠
的饱和溶液低于1摩尔浓度。而碳酸钾在此温度下的饱和溶液高于5摩尔浓
度。这是很有意义的，因为本发明的主要应用之一是在于处理建筑物及其他
混凝土结构的外表面，还意味着碳酸钾在冬天可以更可靠地使用。