电渗脉冲在混凝土结构抗渗防潮中的应用

余志贤，周立民,王冲

（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015；2重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045）

电渗脉冲在混凝土结构抗渗防潮中的应用

余志贤1，周立民2,王冲2

（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015；2重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045）

混凝土结构的抗渗及防潮一直是土木工程领域需要克服的重要技术难题之一，该文介绍了电渗脉冲技术用于混凝土结构抗渗防潮的一种新技术。通过试验分析，研究了电渗脉冲用于混凝土结构抗渗防潮的影响因素，如脉冲电压、混凝土水灰比等，实际观测了电渗脉冲作用下实际潮湿房间混凝土地板的排水效果。研究结果表明，电渗脉冲完全可用于水泥混凝土结构的抗渗防潮。

电渗脉冲；混凝土；抗渗防潮；新技术；电源阴阳极；电势差

1 电渗脉冲技术背景

地下空间结构的防潮、防水及抗渗一直是土木工程领域需要克服的重要技术难题之一。目前地下建筑的防水排水的方式主要有涂刷防水涂料法、覆盖防水卷材法、添加防水剂法、应用水泵或除湿装置法及外部排水设施法等。但各有一定的局限性，如防潮不够彻底、建筑性能降低、成本高、寿命短、翻修率高等[1-2]。

电渗脉冲技术是防潮抗渗的一种新技术。混凝土材料内部孔隙内充满液相环境，液相中包含有多种离子。利用电渗原理，在外加电源阴阳极之间产生电势差，在正电压脉冲作用下，促使阳离子带动水分子向阴极流动，从而使水分通过混凝土结构内毛细孔排出，从而达到地下结构防潮、抗渗和除湿的目的。1998年，美国陆军结构工程研究实验室Vincent Hock等人[3]始研究将电渗脉冲技术用于防止地下混凝土结构与粘土材料的水分渗透，发现这一技术不但阻止水的渗漏效果很好，而且能够降低地下建筑中的空气湿度。在美国、挪威等地已成功安装了1650个电渗脉冲钢筋除潮防蚀系统，其中包括公共、私人建筑如军事设施、银行地下金库、图书馆、学校、医院、体育中心、私人住宅。

电渗脉冲用于混凝土结构抗渗防潮技术原理如图1。混凝土中存在许多毛细孔，毛细孔壁表面带负电荷，而孔壁周围的水膜中的水分子因极化而带正电，当对混凝土施加外电场后，由于毛细孔壁是固定的，双电层中的正离子向阴极迁移，同时对溶剂施加单向推力，使之同向流动，产生电渗[3]。

图1 电渗脉冲用于混凝土结构抗渗防潮的技术原理图[4]

除个别文献[1]外，国内对此项技术研究甚少。本研究的目的，通过试验评价电渗脉冲技术在混凝土结构抗渗防潮的应用效果。

2 试验原材料及试验装置

2.1 实验原材料

水泥为重庆生产的42.5R的普通硅酸盐水泥。细集料采用河砂，表观密度2650 kg/m3；粗集料采用粒径≤20mm的碎石，表观密度2750 kg/m3。

2.2 实验装置

可行性试验采用自制玻璃箱装置，玻璃厚度为5mm，玻璃箱规格为400mm×300mm×400mm，上面开口，每个实验箱被平均分为3个实验舱，每个实验舱容积尺寸为100mm×400mm× 400mm，用来容纳100mm×100mm×400mm的混凝土试件，每个实验舱一端离开口处30 mm位置开一直径为5mm的圆孔用以排水，装置如图2。

图2 混凝土渗水实验装置

图3脉冲发生器

图2 中，在混凝土两侧安装铜片电极板，连接电源线。试验中用玻璃胶使混凝土与试验箱之间密封，在试验箱内混凝土两侧加水。在一切准备好以后，就可以接通脉冲发生器，并调电压为10V、30V、50V进行实验，通过观测试验箱两端水位高度差或渗水量分析排水效果。

脉冲发生器为重庆某公司定制(如图3)，调压范围0～60V，试验电压为10～50V，脉冲频率为10～20s，配有6个输入输出端口，脉冲波形图如图4所示。

图4 脉冲波形示意图

3 实验结果及分析

3.1 电渗脉冲作用下混凝土水分渗透试验

脉冲电渗试验系统安装完毕，连接电源，过一段时间后即可观察到如下现象：

（1）通电后阴极处发出咝咝的声音，且在阴极附近有大量气泡冒出，混凝土表面亦出现大量的小气泡。出现这种现象的原因在于水被电解。

（2）通电一段时间后，阳极开始出现腐蚀，3天后腐蚀开始变得严重，试验完毕后，可以观察到阳极表面锈蚀严重。

（3）通电一段时间后，即开始有水分从排水孔内流出。

混凝土水灰比不同，混凝土内部孔隙结构大小不一样，因此水份的迁移与渗透自然不一样。试验测试了电渗脉冲作用下不同水胶比混凝土渗水量，试验电压为10V，脉冲频率为10s，试验中混凝土环境为自来水。试验结果示如图5。

图5 不同水灰比下混凝土渗水量

从图5中可以看出，混凝土的水灰比大小对渗水量影响明显。脉冲电压相同、混凝土环境介质相同情况下，水灰比分别为0.45、0.50和0.55的混凝土7天总渗水量随着水灰比的增加而增加。这主要是由于水灰比增加，混凝土内部孔隙率增加，电渗作用下混凝土内部水分迁移更加容易，因此渗水量增加。

3.2 电渗脉冲作用下混凝土力学性能变化

电渗脉冲作用下混凝土内水分迁移，对混凝土微观结构与性能可能造成一定影响。为此，研究了不同脉冲电压对混凝土力学性能的影响。测试了电压分别为11V和15V下混凝土的抗压强度和抗折强度。试验中，电渗脉冲作用下混凝土试件所处环境为自来水。另将相同配合比的混凝土试件置于相同环境下的水中以作为比较基准。试验结果示如图6和图7。

图6 不同脉冲电压条件下混凝土抗压强度

图7 不同脉冲电压条件下混凝土抗折强度

从以上试验结果可以看到，同基准（不受电场作用）混凝土相比，电渗脉冲作用下混凝土的抗压强度和抗折强度变化都不大。以不同脉冲电压下通电14为例，11V和15V电压作用下抗压强度分别为53.3MPa和55.0MPa，其11V和15V电压作用下的抗折强度分别为8.07MPa和7.77MPa。同样时间内，不受电场作用下水养护的混凝土抗压强度为53.1 MPa、抗折强度为7.98 MPa，无电渗脉冲作用混凝土强度与电渗脉冲作用下的混凝土强度接近。结果表明，本研究条件下，以水为介质环境，电渗脉冲作用下对混凝土结构与性能并未产生不利影响。

3.3 电渗脉冲作用下建筑结构抗渗防潮的实际应用

为了探究电渗脉冲在实际潮湿环境中是否有抗渗排水效果，利用一潮湿房间进行实际应用效果试验。潮湿房间原先作为实验室材料库房使用，但因年久失修，下雨时房间地板渗水严重，严重影响了材料的堆放。潮湿房间情况示如图8。

图8 应用试验用潮湿房间

潮湿堆放混凝土地板上安装上石墨电极4根，在屋外也相应安装上石墨电极4根。将脉冲发生器的阳极接在小屋内的石墨电极，而阴极与屋外的石墨电极相接。在屋内保持相同环境的条件下先观察不接通电源情况下屋内湿度变化情况，然后再接通电源施加脉冲电压，外加上30V的脉冲电压，脉冲频率调为10s，观察屋内湿度变化情况。试验结果示如图9和图10。

图9 潮湿房间地板未加脉冲电压之前

图10 潮湿房间地板施加脉冲电压2天后

从图9与图10可以看出，在施加脉冲电压后，房间内地板湿度变化非常大，施加脉冲电压后地板明显干燥很多，特别是电极位置的周围，基本没有潮湿水分。这是由于预埋在屋内的阳极和预埋在屋外的阴极在脉冲发生器的作用下形成脉冲电场，将混凝土地板表面的水分从屋内拍到屋外，降低了小屋内的湿度。结果表明，电渗脉冲完全可用于混凝土结构的抗渗防潮。

4 结论与讨论

通过试验研究取得以下结论：

（1）在施加脉冲电压的情况下，混凝土试件透水性良好，电脉冲并未对水泥混凝土力学性能产生负面影响，电渗脉冲用于水泥混凝土结构的抗渗防潮具有可行性。

（2）将电渗脉冲作用于现有潮湿多水的混凝土地面，结果显示防潮作用明显。

[1]王冲,刘焕芹,林鸿斌，等.电渗脉冲用于混凝土结构抗渗防潮技术研究[J].土木建筑与环境工程,2011,33(2):132-136.

[2]程丽华，初元璋，韩静涛.地下与半地下建筑电渗脉冲防潮技术初探[J].中国建筑防水，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.

责任编辑：孙苏，李红

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

余志贤（1972-），男，重庆人，本科，工程师，主要从事建筑施工管理工作。