本文摘要：摘要:以寧波市鄞州區區級文物保護點茅山中學一、二層外廊處共16根柱子和28根梁為研究對象，開展再堿化技術用于修復被碳化鋼筋混凝土破壞的工程應用。該科技施工依據再堿化技術歐洲相關技術規范選擇相應的電解質液、電流密度和總通電量等技術參數，開發了適用
摘要:以寧波市鄞州區區級文物保護點茅山中學一、二層外廊處共16根柱子和28根梁為研究對象，開展再堿化技術用于修復被碳化鋼筋混凝土破壞的工程應用。該科技施工依據再堿化技術歐洲相關技術規范選擇相應的電解質液、電流密度和總通電量等技術參數，開發了適用于現場施工的再堿化施工裝置，對選取構件進行外加電源式電化學再堿化處理，并記錄試驗過程中電流和電壓變化數據，以便后期對施工效果進行跟蹤與評估。
關鍵詞:再堿化,歷史建筑,施工工藝,應用
1電化學再堿化修復技術介紹
傳統的修復技術是材料替換，而電化學再堿化技術始于20世紀70年代末，作為一項新興技術，已經在美國和歐洲有越來越廣泛的應用[1]。國內近十幾年來也有一些再堿化技術的研究，屈文俊和蔣正武等[2-4]都通過實驗證明了電化學再堿化技術在修復碳化混凝土結構上的有效性，并且對該技術有可能引起的副作用作了進一步的研究。
碳化混凝土再堿化是由陰極鋼筋處電化學反應所致�；炷林校陔娢坏淖饔孟�，陰極反應產物OH-由鋼筋向混凝土表面遷移，陽離子(Na+，K+和Ca2+)由陽極向陰極遷移。陰極鋼筋處產生的OH-除遷移一部分外，還有一部分OH-滯留在鋼筋周圍的混凝土，使得鋼筋周圍碳化混凝土pH值升高，達到再堿化的目的[5]。
鋼筋腐蝕是一個電化學過程，電化學再堿化處理理論上是一種貼切的、有效的修復方法。同時，再堿化技術修復成本低，施工簡單，對原結構無損傷，耐久性好，環境友好。較傳統的材料填充技術有明顯的經濟效益和社會效益，特別適用于大面積碳化混凝土結構或需要保護的歷史文物的修復。再堿化技術的工程應用研究有助于解決浙江省鋼筋混凝土類歷史建筑文物建筑的碳化腐蝕破壞問題，提高浙江省文化遺產保護水平，推動文化遺產保護和可持續發展，具有極其重要的意義。
目前，電化學再堿化技術在國外已經有大量工程應用經驗，但國內還沒有大面積推廣。因此，開展茅山中學再堿化修復工程為累積相應的工程經驗起著極為重要的作用。
2工程概況
縣立鄉村簡易師范學校(現名茅山中學)是寧波市鄞州區區級文物保護點，位于寧波市鄞州區姜山鎮茅山村。茅山中學辦公樓建于20世紀早期，是一座歐式2層小樓，系鄞州現存的最早教育用房，也是創辦于1931年的鄞縣鄉村師范學校舊址。解放后，于1951年8月建立鄞縣初級師范，1956年創辦初中，定名為鄞縣第六初級中學。
1961年又更名為茅山中學，沿用至今。自創辦后至今的八十幾年間，該辦公樓的房屋建筑結構存在一定的老化現象。2011年7月和2015年8月，上海房屋質量檢測站和浙江中浩應用工程技術研究院有限公司先后兩次對上述房屋進行安全檢測。
經完損檢測，房屋建筑結構老化，主要存在混凝土構件碳化、部分混凝土構件表面酥松、剝落、鋼筋銹蝕;墻體松散、酥堿、開裂，砂漿流失;樓屋面下垂，板面角部裂縫;屋面欄桿破損、晃動;走廊欄板剝落破損;屋面及外墻嚴重滲漏水;地面起伏不平，走廊經根系而局部隆起破壞;內粉刷多處霉變脫落;門窗槽朽、損壞等現象。
本次實施再堿化的對象為:茅山中學1層和2層外廊處共16根高4000mm和16根高3600mm，截面尺寸均為250mm×300mm的柱子;28根長4000mm和2根長5050mm，截面尺寸均為270mm×480mm的橫梁。
3病害檢測與分析
3.1混凝土檢測
現場對外廊柱和梁的碳化深度進行抽樣取芯檢測，并用酚酞試劑對其進行顯色反應，若呈紅色則沒碳化，若不顯色則發生碳化。碳化深度結果顯示，碳化深度大于60mm，已遠超過保護層厚度，混凝土碳化比較嚴重。混凝土抗壓強度檢測:為確定混凝土的抗壓強度，采用α-5000cn型數字回彈儀，根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程(JGJ/T23—2011)》進行混凝土強度現場抽樣檢測。檢測結果表明:混凝土抗壓強度推定值介于19.1～25.6MPa。
3.2鋼筋銹蝕程度檢測
本次使用Canin鋼筋腐蝕檢測儀被用于現場外廊柱和梁的鋼筋銹蝕程度抽樣檢測。Canin鋼筋腐蝕檢測儀采用硫酸銅參比電極，其相對標準氫電極(SHE)的開路電位是316mV。根據ASTMC876-91經驗值，由鋼筋的電勢電位大小可初步判定鋼筋的腐蝕概率。測得的鋼筋電位負值越大，鋼筋的腐蝕概率越大，腐蝕程度也越大。
經檢測，外廊柱和梁內鋼筋的腐蝕情況參差不齊，鋼筋腐蝕電位在-100～-700mV之間，部分混凝土構件內鋼筋的腐蝕情況不太嚴重，部分非常嚴重，但是大部分鋼筋腐蝕電位在-250～-350mV，腐蝕情況比較嚴重。
4電化學再堿化修復施工
鄞州區縣立鄉村簡易師范學校電化學再堿化修復處理于2016年8月8日開始，預期施工工期為70d，實際施工過程中，項目組通過新增材料設備和施工人員的方式，將工期縮短為40d。施工的對象為1層16根外廊柱，截面尺寸為250mm×300mm，高4.0m;2層16根外廊柱，截面尺寸為250mm×300mm，高3.6m;1層14根長4.0m外廊梁，1根長5.05m外廊梁(東區和西區連接梁)，截面尺寸為270mm×480mm。
施工的主要過程包括:施工前材料及設備購買，工地開工準備，構件施工前準備處理，鋼絲網剪割，配置堿性電解質液和紙漿，包裹再堿化處理裝置，通電，定時記錄數據，按需澆淋電解質液，拆除再堿化處理裝置和清洗鋼筋混凝土表面。
4.1構件處理
施工前，清理所有鋼筋混凝土構件的表面，探測鋼筋位置，每根柱子的下端和梁四分之一跨處利用沖擊鉆鑿開混凝土保護層，直至鋼筋外露，目的是用于鋼筋腐蝕電位測試和再堿化修復施工連接直流穩壓電源。每根柱和梁保證有一根鋼筋外露。
4.2鋼絲網剪割
準備好待修復的柱和梁構件后，根據柱和梁的實際尺寸(實際上構件尺寸與理論標準值可能有輕微的偏差)，切割相應尺寸的鋼絲網，要求鋼絲網能夠緊致地包裹柱或梁構件，并留有一定的便于貼敷電解質紙漿的空間。
4.3配置堿性電解質液和紙漿
配置足夠濃度的堿性碳酸鉀溶液，并利用紙漿充分吸收電解質溶液，直至得到厚實均勻的電解質紙漿。
5修復效果與分析
現場原位酚酞檢測結果顯示再堿化處理后，1層外廊柱和1層外廊梁的自混凝土表面(0～10mm深)到50～60mm深的混凝土懸浮液顯示明顯的粉紅色，說明再堿化處理有效地提高了0～50mm深度的混凝土保護層的堿性。但是也有部分抽樣結果先是粉紅色不如1層外廊柱和1層外廊梁明顯，這可能是由于柱的混凝土外表面歷史上有多次粉刷層，其中有1層為紅色油漆，影響了堿性電解質液的滲入。
這里值得提出的是，酚酞顏色指示劑測試法只能區別混凝土pH值大于或小于9，適用于簡單快捷地評估混凝土是否被碳化，但并不能定量地評估混凝土的堿性。為了更好地評估再堿化處理的效果，建議取芯后在實驗室進行混凝土pH值的檢測�，F場應用Canin+鋼筋銹蝕儀在再堿化處理前和處理后5個月隨機抽取部分外廊柱梁構件，在每個上各選取一根鋼筋，每100mm取一個點，每個點位測5次腐蝕電位，最后取平均值。
再堿化處理前，混凝土內鋼筋的腐蝕電位普遍在-250mV以上，有的甚至達到近-700mV，腐蝕情況比較嚴重。電化學再堿化修復后，鋼筋的腐蝕電位有了明顯的提升，提升的幅度從20mV到540mV，修復前鋼筋的腐蝕情況越嚴重，修復效果越顯著，比如梁2-1，從修復前的-694mV提升到-157mV，鋼筋的腐蝕概率由很大降為比較小。
由此可見，再堿化處理可以有效地提高鋼筋的腐蝕電位，處理前腐蝕情況嚴重的鋼筋，再堿化處理的修復效果更顯著。
6結語
電化學再堿化技術在我國還處于實驗室研究階段，本工程開展了再堿化技術的局部施工工程應用，以寧波市鄞州區縣立鄉村簡易師范學校外廊柱和梁為修復對象，依據歐洲相關技術規范對該欄桿進行外加電源式的再堿化修復處理，并在修復完成5個月后對再堿化效果進行跟蹤測試與分析評估。
結果表明:1)電化學再堿化處理可以有效地提高構件碳化混凝土的堿性。2)電化學再堿化處理后，混凝土內的鋼筋的腐蝕電位有明顯的提升，鋼筋的腐蝕概率明顯減小，腐蝕活性降低，并且處理前鋼筋腐蝕情況越嚴重，再堿化處理的修復效果越顯著。3)電化學再堿化處理沒有改變構件表面顏色，也沒有對混凝土產生明顯的副作用。
該項目再堿化技術局部施工的順利進行為該技術從科技成果向生產力轉化奠定了基礎，該技術對結構本體無損傷性，環境友好，較傳統的材料填充技術，有明顯的經濟效益和社會效益，特別適用于需要保護的歷史文物建筑。項目組會將再堿化技術擴展到整體施工，為該技術在鋼筋混凝土歷史文物建筑修復領域的推廣與應用提供試驗依據和工程指南。
參考文獻
[1]屈文俊，閆冰，鄔生吉.碳化混凝土再堿化施工規程[J].江西科學，2015(1):90-96.
[2]屈文俊，陳璐，劉于飛.碳化混凝土結構的再堿化維修技術[J].建筑結構，2001(9):58-60.
[3]蔣正武.碳化混凝土結構電化學再堿化的研究進展[J].材料導報，2008(2):78-81.
[4]蔣正武，楊凱飛，潘微旺.碳化混凝土電化學再堿化效果研究[J].建筑材料學報，2012，15(1):17-21.
[5]王新祥，文梓蕓，曹華先，等.混凝土結構物中鋼筋腐蝕的檢測與修復技術[J].廣東土木與建筑，2006(3):3-6.
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