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作者与研究背景
本文的主要作者包括朱纪华（Ji-hua Zhu）、苏美妮（Mei-ni Su）、黄家毅（Jia-yi Huang）、上田多门（Tamon Ueda）和邢峰（Feng Xing）。他们分别隶属于深圳大学土木工程学院、英国曼彻斯特大学机械、航空与土木工程学院以及日本北海道大学工程维护系统实验室。该研究发表于《Construction and Building Materials》期刊，2018年第167卷，页码范围为669-679。
本研究属于土木工程领域，特别是钢筋混凝土结构的修复与加固技术。随着沿海地区基础设施的增加，钢筋腐蚀问题成为影响钢筋混凝土（RC）结构耐久性和安全性的重要因素。腐蚀会导致钢筋截面积减少，从而降低结构承载能力，甚至引发严重的安全问题和经济损失。目前，纤维增强聚合物（FRP）包裹法是常用的加固方法，但这种方法无法阻止钢筋的进一步腐蚀。此外，阴极保护（Cathodic Protection, CP）技术在防止钢筋腐蚀方面具有显著效果，但单独使用也无法恢复因腐蚀而损失的承载能力。因此，本研究旨在结合阴极保护技术和结构加固技术，提出一种双功能修复方法——即“外加电流阴极保护-结构加固技术”（ICCP-SS），以同时解决腐蚀防护和承载能力恢复的问题。
研究流程与实验设计
本研究包含以下几个主要步骤：
1. 试件制备与分组
研究共设计了10个短柱试件，分为五组：
- 一组未添加氯化钠（NaCl）的对照试件（CO）；
- 两组添加NaCl但未进行任何修复处理的对照试件（CO-C 和 CO-C-R）；
- 三组添加NaCl并采用ICCP技术修复的试件；
- 一组添加NaCl并采用SS技术修复的试件（CO-C-F1）；
- 三组添加NaCl并采用ICCP-SS技术修复的试件。
所有试件均为直径200毫米、高度750毫米的圆形短柱，内部配有典型的纵向钢筋和箍筋。混凝土混合料中添加了3%的NaCl（按水泥质量计算），以加速腐蚀过程。
加速腐蚀程序
试件经过28天的标准养护后，进入加速腐蚀阶段。腐蚀过程通过湿干循环实现，每周两次湿干循环，每次循环包括两天半的湿润时间和一天的干燥时间，持续100天。
ICCP操作
在加速腐蚀后，部分试件表面粘贴了一层碳纤维网（Carbon Fiber Mesh），并施加外加电流阴极保护（ICCP）。碳纤维网作为阳极材料，通过直流电源连接到钢筋（阴极）。研究设置了两种电流密度：26 mA/m²（小电流密度）和80 mA/m²（大电流密度），以评估不同电流密度对修复效果的影响。
压缩测试
所有试件均进行了压缩测试，以评估其承载能力和变形性能。测试设备包括伺服控制液压试验机、线性可变差动变压器（LVDT）和应变片。数据记录频率为每秒一次。
主要结果与分析
1. ICCP效果
在100天的ICCP操作期间，研究人员监测了钢筋的开路电位值。结果显示，未经ICCP处理的试件电位值逐渐下降，表明腐蚀活动加剧；而经过ICCP处理的试件电位值逐渐上升，接近-126 mV的安全阈值，表明腐蚀活动得到有效抑制。此外，压缩测试后观察到，未经ICCP处理的试件钢筋腐蚀明显，而经ICCP处理的试件钢筋基本无腐蚀迹象。
结论与意义
本研究表明，ICCP-SS技术是一种有效的双功能修复方法，能够同时延缓钢筋腐蚀和恢复腐蚀试件的承载能力。这种技术特别适用于沿海地区的钢筋混凝土结构，例如海砂海水混凝土桥梁。此外，研究还发现现有设计规范（如GB、ACI、ISIS和FIB）对修复后试件的承载能力预测偏保守，可能低估了碳纤维网的约束效应和刚度。未来的研究应进一步优化电流密度和加固材料用量，并延长腐蚀和ICCP的时间，以评估长期耐久性。
研究亮点
1. 提出了ICCP-SS技术，结合了阴极保护和结构加固的双重功能。
2. 实验结果表明，ICCP-SS技术在恢复承载能力和延缓腐蚀方面优于单独使用ICCP或SS技术。
3. 研究揭示了现有设计规范在预测修复后试件承载能力方面的不足，为未来规范修订提供了参考。
其他有价值内容
本研究还探讨了碳纤维网在不同环境下的电化学和力学性能，为ICCP-SS技术的实际应用提供了理论支持。此外，研究团队开发了一种新型无机水泥基粘结材料，用于粘贴碳纤维网，表现出优异的粘结性能和耐久性。