混凝土抗氯離子滲透性能的測試方法分析

郭 慧 李香蘭 張 聰 江俊焰 吳鵬飛 吳 杰

（江西科技學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院）

能夠引起鋼筋腐蝕以及銹蝕的原因很多，最主要的就是由氯離子引起的去鈍化作用，而氯離子被引入混凝土中通常有兩種情況。其中一種是在混凝土進(jìn)行拌合的時候，以拌和物的組分進(jìn)入，另一種是由外界因素影響滲入進(jìn)來的。若對質(zhì)量嚴(yán)加控制可以暫時不考慮第一個，因此氯離子滲透性的研究通常集中在第二個上。第二種類型通常與氯離子滲透到混凝土中有關(guān)。由于有必要研究固體從外部環(huán)境滲入混凝土的機(jī)理和現(xiàn)象，因此有必要設(shè)計并采用一些適當(dāng)?shù)臏y試方法以達(dá)到研究目的[1]。本文主要對混凝土抗氯離子滲透性的兩種常用測試方法進(jìn)行了系統(tǒng)性總結(jié)。

混凝土抗氯離子滲透性研究一般會運(yùn)用自然滲透法，首先在含氯鹽的水中浸泡混凝土，浸泡一段時間以后采用鉆取芯樣或切片的方式得到樣品。氯離子濃度與滲透距離的關(guān)系是運(yùn)用化學(xué)分析方法，最后利用Fick 第二定律計算出氯離子滲透系數(shù)[2]。

實驗時，按照混凝土材料相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)制備混凝土試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 天后，在飽和NaCl 溶液中繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)到一定齡期后，參照《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 （GB/T50344-2004）進(jìn)行操作，對試件在不同深度處進(jìn)行鉆芯取樣，利用SSWY-810 混凝土氯離子含量快速測定儀測試混凝土中的氯離子含量。這種方法缺點是試樣處理比較繁瑣，費時費力。采用快速測定儀不能直接測試固體物質(zhì)，需將固體物質(zhì)（如混凝土結(jié)構(gòu)物）加工成粉末，浸水6h 以上[3]或者浸水24h[4]，再過濾定容，測溶液的氯離子含量，推算原固體物質(zhì)中氯離子含量；測試水泥混凝土中氯離子含量，需提供原混凝土配合比[5]。液體物質(zhì)可以直接用儀器測試，高濃度溶液可稀釋后用儀器測試。

使用氯離子含量快速測定儀測定溶液的氯離子含量前，把氯離子電極放10-3mol/L 的NaCl 溶液中活化2 小時，經(jīng)常使用者每天用后擦干，用前活化1小時即可，并且打開設(shè)備電源預(yù)熱半個小時，將電極接入設(shè)備，然后測量配置溶液，待測溶液已與NaCl 標(biāo)準(zhǔn)溶液同室室溫放置24h，測定三次取平均值作為待測試樣中的氯離子含量值。

1981年，Whiting 發(fā)明了氯離子在直流電加速下擴(kuò)散的試驗方法，它的前身是快速氯離子滲透試驗方法(RCPT)[2]。此裝置受到在溶液中電場的作用下的離子可以很快滲透入混凝土的啟發(fā)。在電壓為60V 的條件下工作。之所以采用這種方法，是因為此方法花費時間較短，同時在實驗室是可持續(xù)利用的，節(jié)省資源。后來美國公路運(yùn)輸局和材料協(xié)會ASTM 選定該方法為標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，并命名為AASHTO T277。

AASHTO T277 試驗的具體方法：水飽和混凝土試件厚度為50mm，直徑為100mm，分別將濃度為3.0%NaCl 和0.3mol/L 的NaOH 注入到水槽的兩端，保持60V 電壓條件下進(jìn)行6 小時的連續(xù)充電，混凝土的抗氯離子滲透能力就可以根據(jù)規(guī)定時間內(nèi)經(jīng)過混凝土的電量差異來判斷[6]。

雖然電量法具有快速、便捷等優(yōu)點被推廣使用，但是在實際運(yùn)用過程中也存在著一些問題：

1)試驗過程施加的電源電壓為60V 的直流電，過高的電壓使溶液濃度溫度升高的同時，也會導(dǎo)致試件兩側(cè)的NaOH 和NaCl 溶液電離，產(chǎn)生的試驗誤差對結(jié)果產(chǎn)生影響。

2)試件兩側(cè)為NaCl 溶液和NaOH 溶液，這兩種溶液也會導(dǎo)電分離，所以通過的試件的電量不僅只和氯離子有關(guān)，那么，測得電通量值不再是單獨的氯離子通過量。

3)對于高性能混凝土來說，試件真空飽水度不宜控制，試驗結(jié)束時電流值達(dá)不到穩(wěn)定的狀態(tài)，測得試驗結(jié)果是氯離子穩(wěn)定狀態(tài)的值，有一定的試驗誤差存在。

該方法通過測量直流電壓下混凝土的電值來評估不同原料和配合比的混凝土的氯離子滲透性，也可用于間接評估混凝土的密實度；適用于直徑95-102mm，厚度51mm±3mm 的普通混凝土芯樣品。

原因是混凝土試件孔溶液、離子濃度測試電壓等因素會引起電極反應(yīng)，這些負(fù)面效應(yīng)不僅會影響實驗效果，還會導(dǎo)致檢測結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，致使結(jié)果不具備較強(qiáng)的參考性。所以，如果在用此種方法進(jìn)行高性能混凝土檢測時，實際操作中，可能會由于試件密實度過高、電阻值增大、檢測電流時間短，而無法保證結(jié)果持續(xù)穩(wěn)定在一個具備參考價值的數(shù)值之內(nèi)，同時，也會給檢測過程帶來很多阻礙，致使結(jié)果無法被精確的檢測到。同時在ASTMC1202 標(biāo)準(zhǔn)中對相關(guān)干擾因素進(jìn)行了明確規(guī)定，如果混凝土中摻有亞硝酸鈣或其他組分，采用這種實驗方法就會導(dǎo)致誤導(dǎo)性結(jié)果的出現(xiàn)較大誤差，這個問題無法避免，因此必須要特別注意。

詳細(xì)試驗步驟：

1）試件的直徑應(yīng)為95-102mm，厚度約為51mm（±3mm）的混凝土試件，養(yǎng)護(hù)至目標(biāo)的試驗齡期，每組做3 個試件。

2）將試件置于空氣中，直到表面水分蒸發(fā)完畢。在測試件的側(cè)面涂硅橡膠或樹脂密封材料。如有必要，在頂蓋中填充孔，以確保探針側(cè)完全閉合。

3）測試前應(yīng)證明真空飽和水。將試件放入1000mL 燒杯中，然后放入真空干燥機(jī)中，在幾分鐘內(nèi)啟動真空泵，真空度小于113PPa，保持真空度3 小時，保持真空度并插入足夠的 直到試驗件淹沒為止的蒸餾水量。將試件浸泡1 小時后，將恢復(fù)正常壓力，并浸泡18±2 小時。

4）在室溫條件下，從水中取出測試件，清洗更多的水，將測試件安裝在測試箱中，用橡膠密封圈或其他密封劑密封，并確保有一塊帶有兩個測試釘和螺釘?shù)奈谋炯?。如果沒有泄漏，則將測試設(shè)備放在運(yùn)行于20°C 至23°C 的循環(huán)冷水箱中。水位應(yīng)在設(shè)備表面以下5mm 處。

5）將氫氧化鈉溶液（0.3mol/L）與氯化鈉溶液（3%）分別放置于兩個試件槽中，注入NaCl 的試劑槽內(nèi)的銅導(dǎo)線接電源負(fù)極，NaOH 的接正極。

6）打開電源，在上方的兩個銅柵上施加60V 恒定電壓，并記錄當(dāng)前電源的開始讀數(shù)，打開電源并保持測試溶液充滿溶液。最初，當(dāng)前值每分鐘記錄一次。當(dāng)前值變化不大時，每10 分鐘記錄一次當(dāng)前值。

試驗結(jié)果處理：

1）根據(jù)得到的數(shù)據(jù)繪制出電流與時間變化的關(guān)系圖。將描出的點用不間斷的平滑曲線連接，用積分的方法計算曲線面積，或者根據(jù)梯形方法對面積進(jìn)行積分，即可在6 小時內(nèi)獲得通過測試的電。 通過表1 確定混凝土的氯離子滲透率。

2）取同一組中3 個試件的通過電流平均值作為該組試件的通量。 當(dāng)三個試樣中的一個超過平均值的15%時，將另兩個試樣的平均值作為一組試樣的通量。 當(dāng)3 個試件中有2 個超過平均15%時，該測試無效。

混凝土滲透性測試方法多種多樣、種類豐富，檢測人員可以依據(jù)實際需要以及檢測混凝土組分類別進(jìn)行科學(xué)對應(yīng)，以保證檢測結(jié)果的精確。但是需要注意的一點是，有些混凝土滲透性測試方法雖然名字或參與組分看似差不多，但是檢測原理、適用范圍卻大相徑庭，因此，在檢測混凝土，尤其是高強(qiáng)高性能混凝土的滲透性時，必須保證檢測方法的適配性與科學(xué)性。通常情況下，電量法在常規(guī)混凝土抗氯離子滲透性的檢測過程中較為常見且常用。尤其是用于粒徑在C30～C50 之間的混凝土檢測中，故可進(jìn)行大范圍推廣。將技術(shù)研究重點放置在此種檢測手法上，能夠保證檢測結(jié)果更為精確的同時，縮減需要落實的步驟。再有，伴隨檢測原理儀器性能的技術(shù)發(fā)展，在對混凝土抗氯離子滲透性進(jìn)行快速評定時，還可選擇氯離子擴(kuò)散系數(shù)法或電阻率法，這些方法同樣擁有較高的環(huán)境適配度。同時，可以獲得良好的檢測結(jié)果。與此同時，這兩種檢測方法在現(xiàn)場快速評定混凝土抗氯離子滲透性技術(shù)方向上擁有良好的前景。而那些老混凝土的耐久性或剩余使用年限較長的混凝土，最好使用自然浸泡法，這種技術(shù)方法可以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，技術(shù)操作手法較為簡便，技術(shù)方法的價值發(fā)揮也受外界環(huán)境影響較小。