電滲脈沖在混凝土結構抗滲防潮中的應用

余志賢，周立民,王沖

（1重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015；2重慶大學材料科學與工程學院，重慶400045）

電滲脈沖在混凝土結構抗滲防潮中的應用

余志賢1，周立民2,王沖2

（1重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015；2重慶大學材料科學與工程學院，重慶400045）

混凝土結構的抗滲及防潮一直是土木工程領域需要克服的重要技術難題之一，該文介紹了電滲脈沖技術用于混凝土結構抗滲防潮的一種新技術。通過試驗分析，研究了電滲脈沖用于混凝土結構抗滲防潮的影響因素，如脈沖電壓、混凝土水灰比等，實際觀測了電滲脈沖作用下實際潮濕房間混凝土地板的排水效果。研究結果表明，電滲脈沖完全可用于水泥混凝土結構的抗滲防潮。

電滲脈沖；混凝土；抗滲防潮；新技術；電源陰陽極；電勢差

1 電滲脈沖技術背景

地下空間結構的防潮、防水及抗滲一直是土木工程領域需要克服的重要技術難題之一。目前地下建筑的防水排水的方式主要有涂刷防水涂料法、覆蓋防水卷材法、添加防水劑法、應用水泵或除濕裝置法及外部排水設施法等。但各有一定的局限性，如防潮不夠徹底、建筑性能降低、成本高、壽命短、翻修率高等[1-2]。

電滲脈沖技術是防潮抗滲的一種新技術。混凝土材料內部孔隙內充滿液相環境，液相中包含有多種離子。利用電滲原理，在外加電源陰陽極之間產生電勢差，在正電壓脈沖作用下，促使陽離子帶動水分子向陰極流動，從而使水分通過混凝土結構內毛細孔排出，從而達到地下結構防潮、抗滲和除濕的目的。1998年，美國陸軍結構工程研究實驗室Vincent Hock等人[3]始研究將電滲脈沖技術用于防止地下混凝土結構與粘土材料的水分滲透，發現這一技術不但阻止水的滲漏效果很好，而且能夠降低地下建筑中的空氣濕度。在美國、挪威等地已成功安裝了1650個電滲脈沖鋼筋除潮防蝕系統，其中包括公共、私人建筑如軍事設施、銀行地下金庫、圖書館、學校、醫院、體育中心、私人住宅。

電滲脈沖用于混凝土結構抗滲防潮技術原理如圖1。混凝土中存在許多毛細孔，毛細孔壁表面帶負電荷，而孔壁周圍的水膜中的水分子因極化而帶正電，當對混凝土施加外電場后，由于毛細孔壁是固定的，雙電層中的正離子向陰極遷移，同時對溶劑施加單向推力，使之同向流動，產生電滲[3]。

圖1 電滲脈沖用于混凝土結構抗滲防潮的技術原理圖[4]

除個別文獻[1]外，國內對此項技術研究甚少。本研究的目的，通過試驗評價電滲脈沖技術在混凝土結構抗滲防潮的應用效果。

2 試驗原材料及試驗裝置

2.1 實驗原材料

水泥為重慶生產的42.5R的普通硅酸鹽水泥。細集料采用河砂，表觀密度2650 kg/m3；粗集料采用粒徑≤20mm的碎石，表觀密度2750 kg/m3。

2.2 實驗裝置

可行性試驗采用自制玻璃箱裝置，玻璃厚度為5mm，玻璃箱規格為400mm×300mm×400mm，上面開口，每個實驗箱被平均分為3個實驗艙，每個實驗艙容積尺寸為100mm×400mm× 400mm，用來容納100mm×100mm×400mm的混凝土試件，每個實驗艙一端離開口處30 mm位置開一直徑為5mm的圓孔用以排水，裝置如圖2。

圖2 混凝土滲水實驗裝置

圖3脈沖發生器

圖2 中，在混凝土兩側安裝銅片電極板，連接電源線。試驗中用玻璃膠使混凝土與試驗箱之間密封，在試驗箱內混凝土兩側加水。在一切準備好以后，就可以接通脈沖發生器，并調電壓為10V、30V、50V進行實驗，通過觀測試驗箱兩端水位高度差或滲水量分析排水效果。

脈沖發生器為重慶某公司定制(如圖3)，調壓范圍0～60V，試驗電壓為10～50V，脈沖頻率為10～20s，配有6個輸入輸出端口，脈沖波形圖如圖4所示。

圖4 脈沖波形示意圖

3 實驗結果及分析

3.1 電滲脈沖作用下混凝土水分滲透試驗

脈沖電滲試驗系統安裝完畢，連接電源，過一段時間后即可觀察到如下現象：

（1）通電后陰極處發出咝咝的聲音，且在陰極附近有大量氣泡冒出，混凝土表面亦出現大量的小氣泡。出現這種現象的原因在于水被電解。

（2）通電一段時間后，陽極開始出現腐蝕，3天后腐蝕開始變得嚴重，試驗完畢后，可以觀察到陽極表面銹蝕嚴重。

（3）通電一段時間后，即開始有水分從排水孔內流出。

混凝土水灰比不同，混凝土內部孔隙結構大小不一樣，因此水份的遷移與滲透自然不一樣。試驗測試了電滲脈沖作用下不同水膠比混凝土滲水量，試驗電壓為10V，脈沖頻率為10s，試驗中混凝土環境為自來水。試驗結果示如圖5。

圖5 不同水灰比下混凝土滲水量

從圖5中可以看出，混凝土的水灰比大小對滲水量影響明顯。脈沖電壓相同、混凝土環境介質相同情況下，水灰比分別為0.45、0.50和0.55的混凝土7天總滲水量隨著水灰比的增加而增加。這主要是由于水灰比增加，混凝土內部孔隙率增加，電滲作用下混凝土內部水分遷移更加容易，因此滲水量增加。

3.2 電滲脈沖作用下混凝土力學性能變化

電滲脈沖作用下混凝土內水分遷移，對混凝土微觀結構與性能可能造成一定影響。為此，研究了不同脈沖電壓對混凝土力學性能的影響。測試了電壓分別為11V和15V下混凝土的抗壓強度和抗折強度。試驗中，電滲脈沖作用下混凝土試件所處環境為自來水。另將相同配合比的混凝土試件置于相同環境下的水中以作為比較基準。試驗結果示如圖6和圖7。

圖6 不同脈沖電壓條件下混凝土抗壓強度

圖7 不同脈沖電壓條件下混凝土抗折強度

從以上試驗結果可以看到，同基準（不受電場作用）混凝土相比，電滲脈沖作用下混凝土的抗壓強度和抗折強度變化都不大。以不同脈沖電壓下通電14為例，11V和15V電壓作用下抗壓強度分別為53.3MPa和55.0MPa，其11V和15V電壓作用下的抗折強度分別為8.07MPa和7.77MPa。同樣時間內，不受電場作用下水養護的混凝土抗壓強度為53.1 MPa、抗折強度為7.98 MPa，無電滲脈沖作用混凝土強度與電滲脈沖作用下的混凝土強度接近。結果表明，本研究條件下，以水為介質環境，電滲脈沖作用下對混凝土結構與性能并未產生不利影響。

3.3 電滲脈沖作用下建筑結構抗滲防潮的實際應用

為了探究電滲脈沖在實際潮濕環境中是否有抗滲排水效果，利用一潮濕房間進行實際應用效果試驗。潮濕房間原先作為實驗室材料庫房使用，但因年久失修，下雨時房間地板滲水嚴重，嚴重影響了材料的堆放。潮濕房間情況示如圖8。

圖8 應用試驗用潮濕房間

潮濕堆放混凝土地板上安裝上石墨電極4根，在屋外也相應安裝上石墨電極4根。將脈沖發生器的陽極接在小屋內的石墨電極，而陰極與屋外的石墨電極相接。在屋內保持相同環境的條件下先觀察不接通電源情況下屋內濕度變化情況，然后再接通電源施加脈沖電壓，外加上30V的脈沖電壓，脈沖頻率調為10s，觀察屋內濕度變化情況。試驗結果示如圖9和圖10。

圖9 潮濕房間地板未加脈沖電壓之前

圖10 潮濕房間地板施加脈沖電壓2天后

從圖9與圖10可以看出，在施加脈沖電壓后，房間內地板濕度變化非常大，施加脈沖電壓后地板明顯干燥很多，特別是電極位置的周圍，基本沒有潮濕水分。這是由于預埋在屋內的陽極和預埋在屋外的陰極在脈沖發生器的作用下形成脈沖電場，將混凝土地板表面的水分從屋內拍到屋外，降低了小屋內的濕度。結果表明，電滲脈沖完全可用于混凝土結構的抗滲防潮。

4 結論與討論

通過試驗研究取得以下結論：

（1）在施加脈沖電壓的情況下，混凝土試件透水性良好，電脈沖并未對水泥混凝土力學性能產生負面影響，電滲脈沖用于水泥混凝土結構的抗滲防潮具有可行性。

（2）將電滲脈沖作用于現有潮濕多水的混凝土地面，結果顯示防潮作用明顯。

[1]王沖,劉煥芹,林鴻斌，等.電滲脈沖用于混凝土結構抗滲防潮技術研究[J].土木建筑與環境工程,2011,33(2):132-136.

[2]程麗華，初元璋，韓靜濤.地下與半地下建筑電滲脈沖防潮技術初探[J].中國建筑防水，2005.

[3]V.F.Hock，M.K.Mclnerney，E.Kirstein，et al.Demonstration of Electro-Osmotic Pulse Technology for Groundwater Intrusion Cintrol in Concrete Structures[R].CERL-TR-98/68，Construction Engineering Research Laboratoratories，Champaign，IL，April，1988.

[4]Vincent Hock，Sean Morefield，Michael Mclnerney，et al. Control of Water Migration Through Concret Using Electro-osmosis[J].Materials Performance，2005，44(7): 42-47.

[5]Michael K.Mclnerney，Sean Morefield，Sondra Coope.Electro-Osmotic Pulse (EOP)TechnologyforControlofWater Seepage in Concrete Structures[R].ERDC/ CERL TR-02-21，2002，8.

[6]V Hock S，Morefield S，Bushman J.B，et al.Evaluating the performance of the electro-osmotic pulse basement dewatering system[J].Materials Performance，2006，45 (1):24-28.

責任編輯：孫蘇，李紅

Application of Electro-osmosis and Pulse in Anti-osmosis and Moisture Resistance of Concrete Structure

The anti-osmosis and moisture resistance of concrete structure has been one of the important technological difficulties in civil engineering. The electro-osmosis and pulse technology is introduced as a new technology applied in anti-osmosis and moisture resistance.Through experiment and analysis,the influential factors like pulse voltage and concrete water cement ratio of electro-osmosis and pulse application are studied,and the drainage effect of concrete floor in moist rooms under electro-osmosis and pulse is also inspected.The study shows that electro-osmosis and pulse can be applied in concrete structures for anti-osmosis and moisture resistance.

electro-osmosis and pulse;concrete;anti-osmosis and moisture-proof;new technology;cathode and anode of power source;potential difference

TU503

A

1671-9107（2014）07-0055-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.07.055

2014-03-13

余志賢（1972-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事建筑施工管理工作。