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user: 2. 研究方法 在再碱化处理不同的阶段，主要由混凝土孔隙率、中性化深度、水泥及集料种类、外加电压大小等因素来决定钢筋周围的OH − 浓度增高，钢筋钝化膜的重新形式。根据电化学再碱化的原理知道，再碱化成功与否取决于在碱化过程中产生的OH − 离子的数目多少，而OH − 离子的产生来自于水的电解，通电时间和外加电流密度决定了再碱化过程中通电解质的电子数目，从而也就决定了产生的OH − 的数目，因此通电时间长短和外加电流密度大小对于再碱化技术来就显得十分重要。混凝土再碱化的控制主要控制外加的电流密度和通电时间，依据试验条件和现象提出以下假设和推断后进行： 1) 碱化过程中电流在与电解质接触的混凝土表面上均匀分布； 2) 钢筋混凝土构筑物火灾前的碳化和火灾造成的碳化相比可以忽略； 3) 电解液中仅考虑人为加入的电解质离子，忽略其他离子的导电性能； 4) 电解后停留在钢筋周围的OH − 均匀分布在火灾后中性化的混凝土保护层内。 2.1. 一般钢筋混凝土再碱化技术OH − 浓度控制模式 由电化学理论可知： (1) 式(1)中， 为电流强度(A/m 2 )； 为通电时间(s)； 为电量(库仑) (2) 式(2)中， 为电流密度(A/m 2 )； 为与电解质接触的混凝土的表面积(m 2 )； 为电流强度。 由式(2)带入式(1) (3) 式(3)中 为电流密度(A/m 2 )； 为与电解质接触的混凝土的表面积(m 2 )； 为通电时间(s)； 为电量(库仑)。 由钢筋(阴极)上的电极反应： 当钢筋周围的水含氧时 当钢筋周围水中的氧耗尽时(即一般通电7 h后) 知：阴极钢筋每通过一个电子，就产生一个 ，而l库仑电量有6.24 × l0 18 个电子， 因此，在再碱化过程中通过电解质的总电子数目为 (4) 式(4)中 为电量； 为总电子数目。 由式(3)带入式(4) (5) 式(5)中 为电流密度(A/m 2 )； 为与电解质接触的混凝土的表面积(m 2 )； 为通电时间(s)。 由于1摩尔物质 包含有6.02 × 10 23 个电子数， 电解水所产生的OH − 的总摩尔数为 (6) 式(6)中 为总电子数； 为 总摩尔数。 因此，停留在钢筋周围的 的总摩尔数为 (7) 式(5)带入式(7)中 (8) 式(8)中 为电流密度(A/m 2 )； 为与电解质接触的混凝土的表面积(m 2 )； 为通电时间(s)。 2.2. 火害后钢筋混凝土再碱化技术 浓度控制模式 产生的 离子在电场的作用下，部分会向混凝土外迁移，在此规定离子在电场中迁移时所带走的电量占总电量的比例称为该离子的迁移数，根据研究， 的迁移数约为0.8 [ 12 ] ，这意味着钢筋上生成的 约有80%迁移离开钢筋，进入到电解质溶液中去了，只有20%的 停留在钢筋周围来提高它的碱度，随着通电过程的继续，电解质中 浓度的迁移数增加，停留在钢筋附近的 占生成量的比例下降，pH值升高速度减慢。但由于火灾后的再碱化过程一般都很短(7 d左右)，因此可以认为 的迁移数即为0.8。 因此，停留在钢筋周围的 的总摩尔数为 (9) 式(5)带入式(9)中 (10) 式(10)中 为电流密度(A/m 2 )； 为与电解质接触的混凝土的表面积(m 2 )； 为通电时间(s)； 停留在火害后钢筋混凝土周围的 的总摩尔数。 电解水产生的这些 平均分布在火灾时被中性化了的混凝土保护层中，因此，火害后中性化的混凝土保护层中单位体积内的 总莫耳数为 (11) 式(11)中 为中性化深度(mm)； 为与电解质接触的混凝土的表面积(m 2 )； 停留在火害后中性化混凝土保护层中单位体积内的 的总摩尔数。 (12) 式(12)中 为中性化深度(mm)；式(5)中 为电流密度(A/m 2 )； 为通电时间(s)； 停留在火害后中性化混凝土保护层中单位体积内的 的总摩尔数。 2.3. 火害后钢筋混凝土再碱化技术pH值控制模式 由于pH值取决于 的浓度，因此在 总数的情况下，pH值则取决于钢筋保护层中溶液的量。混凝土中溶液的量(水)与孔隙率是密切相关的，因此pH值与孔隙率相关相当密切。 依据屈文俊 [ 13 ] 研究结果指出，所提出了混凝土中强度–孔隙率的关系式： (13) 为材料的降伏强度(MPa)； 为孔隙率； 为钢筋混凝土降伏强度(MPa)。 式(13)中， 为孔隙率等于零时材料的降伏强度， 由于实际操作时，混凝土立方体抗压强度相对容易确定，利用上式，将孔隙率表示为火害后混凝土强度的函数： (14) 为材料的降伏强度(MPa)； 为孔隙率； 为火害后钢筋混凝土强度(MPa)。 由于钢筋混凝土的孔隙率越大，则其pH值越低，是与 浓度和溶液量成反比。因此，可以认为 (15) 为孔隙率的参数； 停留在火害后中性化混凝土保护层中单位体积内的 的总摩尔数； 为孔隙率。 将式(12)代入式(15) (16) 为与孔隙率有关的参数； 为电流密度(A/m 2 )； 为通电时间(s)； 为中性化深度(mm)； 为材料的降伏强度(MPa)； 为钢筋混凝土强度(MPa)； 因此由式(16)火害后钢筋混凝土pH值控制模式为 (17) 由式(16)带入式(17) (18) 模式的建立的简略流程表，如表1。 2.4. 钢筋混凝土pH 值控制模式的确认 从式(18)可以看出，如果确定了 值，则可以根据再碱化后要达到的要求来选择外加电流密度和通电时间。在本研究中以实验室根据GB50010-2000混凝土结构设计规范要求，制作C20及C50分别为普通强度试件及高强度试件两个强度等级的钢筋混凝土构件，两种钢筋混凝土于火害前的pH值分别为12.5及11.2。依模拟火灾现场按照ISO834的模拟火害钢筋混拟土后，进行再碱化技术的修复。本试验假设再碱化技术可恢复火害后的钢筋混凝土至火害前的碱性环境。电流密度 为1.0 A/m 2 ， 通电时间为6.05 × l0 5 秒，钢筋混凝土的降伏强度为225 MPa。由实验火害后普通强度钢筋混凝土强度 为13.5 MPa，中性化深度为20.8 mm，推估普通强度钢筋混凝土的孔隙率参数的 值为6.3 × 10 −4 。火害后高强度钢筋混凝土强度 为33.1 MPa，中性化深度为19.2 mm，推估高强度钢筋混拟土的 值为2.5 × l0 −5 。由上述试验所得 值可分别作为火害普通强度和高强钢筋混凝土孔隙率的建议参数值。 Table 1 Flow chart to illustrate the pH value model of fire-damaged reinforced concrete to repair by electrochemical realkalizatio 步骤 建立模式 说明 2.1 一般钢筋混凝土再碱化技术 浓度控制模式 通电量 电化学理论计算再碱化技术通电量 I = J∙s 总电子数 阴极钢筋每通过一个电子，就产生一个OH － ，而l库仑电量有6.24 × l0 18 个电子 总摩尔数 1摩尔物质(n)包含有6.02 × 10 23 个电子数 电解水所产生的OH － 的总摩尔数 总摩尔数 停留在钢筋周围的OH － 的总摩尔数 2.2 火害后钢筋混凝土再碱化技术 浓度控制模式 总摩尔数 钢筋上生成的OH － 约有80%迁移离开钢筋，进入到电解质溶液中去了，只有20%的OH － 停留在钢筋周围提高它的碱度 单位体积内的 总摩尔数 火害后中性化的混凝土保护层中单位体积内的OH － 总摩尔数 2.3 火害后钢筋混凝土再碱化技术pH值控制模式 浓度 钢筋混凝土的孔隙率越大，是与 OH － 浓度和溶液量成反比。 孔隙率表示为火害后混凝土强度的函数： pH值控制模式 表1. 火害后钢筋混凝土再碱化技术pH值控制模式建立的流程表