胡呈龍， 陳金華， 郭彥強， 彌海晨

(1.中鐵五局集團 機械化工程有限責(zé)任公司， 湖南 衡陽　421000；　2.西安公路研究院， 陜西 西安　710065)

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除冰鹽對水泥混凝土的損壞及水溶性氯離子含量的測定

胡呈龍1， 陳金華1， 郭彥強2， 彌海晨2

(1.中鐵五局集團 機械化工程有限責(zé)任公司， 湖南 衡陽421000；2.西安公路研究院， 陜西 西安710065)

摘要：通過測定損壞水泥混凝土中殘留的水溶性氯離子含量，分析了氯鹽型除冰鹽對混凝土的損壞問題。試驗結(jié)果表明：損壞的松散混凝土中水溶性氯離子含量大于未損壞的混凝土中水溶性氯離子含量，氯離子含量可以作為混凝土損壞原因的一個判定指標。

關(guān)鍵詞：除冰鹽； 水泥混凝土； 損壞； 氯離子； 測定

我國北方冬季寒冷，降雪量較大，冰凍發(fā)展速度快，持續(xù)時間較長，造成高速公路和城市道路的嚴重堵塞。為了保證路面行車暢通，常常拋撒大量的除冰鹽，在融雪除冰的同時給道路混凝土設(shè)施帶來了極大的凍害，引起混凝土的嚴重剝蝕、橋梁鋼筋的銹蝕[1，2]等病害。研究結(jié)果表明：寒冷地區(qū)除冰鹽引起的鹽凍剝蝕破壞和鋼筋銹蝕破壞是道橋設(shè)施破壞或失效的最主要原因[3]。

各國學(xué)者高度重視混凝土在鹽凍環(huán)境下的破壞情況，開展大量實驗研究，混凝土凍融研究多以室內(nèi)研究為主，對凍融后的混凝土進行力學(xué)性能試驗研究，而對實體道路水泥混凝土工程設(shè)施的損壞是否由使用除冰鹽造成的相關(guān)研究較少。當(dāng)?shù)缆吩O(shè)施既有結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)破壞時，常會在是混凝土施工質(zhì)量差還是由于使用除冰鹽造成鹽凍剝蝕破壞引起的之間存在爭議。

1除冰鹽的特點及對混凝土的危害

目前，常用的除冰鹽(化冰鹽、除冰鹽)大致分為三類：第一類是氯鹽型，例如氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉等；第二類是非氯鹽型，有機鹽或無機鹽，例如鈣鎂乙酸鹽、乙酸鉀等；第三類是混合型，氯鹽+非氯鹽、氯鹽+非氯鹽+阻銹劑[4]等。公路上所使用的除冰鹽大多是以“氯鹽”為主要成分的無機工業(yè)鹽，如氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等，這類產(chǎn)品降低冰點性能好，且價格低廉，常見的除冰鹽冰點降低實驗數(shù)值[5]如表1所示，常用除冰鹽不同溫度下的溶解度如表2所示。

表1 冰點降低試驗數(shù)據(jù)℃溶質(zhì)冰點降低值4%8%15%20%30%氯化鈉-1.8-3.6-8.9-13.3-23.5無水氯化鈣-2.5-5.3-12.0-19.1-32.8(28%)無水氯化鎂-2.3-4.6-9.0-12.6-20.8

表2 常用除冰鹽的溶解度表溫度/℃溶解度/(g·(100g水)-1)氯化鈉氯化鈣氯化鎂035.759.552.91035.864.753.62036.074.554.6

含氯離子除冰鹽均易溶于水，會電離出水溶性氯離子。大量拋灑在道路上的除冰鹽隨雨、雪水進入道路設(shè)施，引起工程設(shè)施的破壞，同時還引起環(huán)境污染和植物的壞死等，表3給出了國外相關(guān)資料

表3 常用除冰鹽的性能與影響評價表影響類別氯化鈉氯化鈣氯化鎂對金屬的腐蝕100%50%～70%40%～60%對水泥的腐蝕強烈破壞100%強烈破壞250%輕微破壞5%對土壤的影響造成土壤板結(jié)輕微板結(jié)影響很小

中常用除冰鹽的性能與影響的評價[6]。因此，可以通過水溶性氯離子含量的檢測，來表征道路設(shè)施的損壞是否因為除冰鹽所引起。

2混凝土損壞工程實例

例如西北某高速公路交付通車1年半，在現(xiàn)場巡查中發(fā)現(xiàn)混凝土路肩、碎落臺、水溝蓋板、路緣石等松散破壞情況，路肩、碎落臺及水溝蓋板損壞照片如圖1、圖2所示，破壞從表層逐步向內(nèi)部發(fā)展，表面砂漿層剝落，骨料暴露。

圖1　路肩、碎落臺損壞照片

圖2　水溝蓋板照片(左：未損壞；右：損壞)

初步分析：此段落處于高山地段，海拔高、風(fēng)雪大，路面積雪嚴重且因氣溫低不易融化。養(yǎng)護單位為了保障行車安全，對積雪采用灑鹽進行化雪處理，鹽對水泥混凝土產(chǎn)生腐蝕，含有大量氯鹽的雪水滲入到水泥混凝土中產(chǎn)生凍融循環(huán)導(dǎo)致混凝土的松散破壞。

針對上述問題，期望通過現(xiàn)場情況調(diào)研、混凝土剝蝕破壞特征表觀及測定損壞水泥混凝土中殘留的水溶性氯離子含量來說明氯鹽型除冰鹽對混凝土的損壞問題。

3損壞水泥混凝土中水溶性氯離子含量的測定

按《JGJ/T 322-2013混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》既有結(jié)構(gòu)混凝土的取樣方法從路肩、水溝蓋板損壞處取樣，取未損壞處水溝蓋板混凝土樣品做空白對比，采用上述規(guī)程附錄C—硝酸銀滴定法，對路肩、水溝蓋板混凝土中水溶性氯離子含量進行測定。

3.1水泥混凝土試樣

縱向并購：縱向并購又分為向前縱向并購和向后縱向并購，向前并購是指企業(yè)為了打開銷售市場，獲得更好的銷售渠道，從而并購其下游企業(yè)的方式。向后并購是指企業(yè)為了降低自己的生產(chǎn)成本或者為了更好地提高生產(chǎn)能力，從而并購其上游企業(yè)的方式。

路肩水泥混凝土強度等級C20，塌落度70～90 mm，水溝蓋板水泥混凝土強度等級C30，塌落度70～90 mm，它們的混凝土配合比如表4所示；取樣樣品及照片如表5和圖3所示。

表4 路肩、水溝蓋板水泥混凝土配比表材料混凝土配合比路肩水溝蓋板P.O42.5水泥341412中砂6796405～31.5碎石12061138水174210

表5 路肩、水溝蓋板取樣樣品編號樁號樣品0/未損壞水溝蓋板混凝土1K395+710右填方路肩松散混凝土2K395+810右水溝蓋板松散混凝土3K402+500左填方路肩松散混凝土

圖3　路肩、水溝蓋板水泥混凝土取樣照片

3.2試樣中水溶性氯離子含量的測定

采用硝酸銀滴定法，試驗原理為：在中性至弱堿性范圍內(nèi)(pH6.5～10.5)，以K2CrO4為指示劑，用AgNO3標準溶液滴定Cl-時，由于AgCl的溶解度比Ag2CrO4溶解度小，因此滴定時首先析出AgCl白色沉淀，當(dāng)Cl-完全反應(yīng)后，過量的Ag+與K2CrO4反應(yīng)生成磚紅色的Ag2CrO4，達到滴定終點。該沉淀滴定的反應(yīng)如下：

3.2.1水泥混凝土試樣制備

將混凝土試樣破碎，剔除石子，研磨至全部通過篩孔公稱直徑為0.16 mm的篩，研磨后的砂漿粉末置于105 ℃±5 ℃烘箱中烘2 h，取出試樣放入干燥器中冷卻至室溫備用，如圖4所示。

圖4　0～3號砂漿粉末試樣照片

稱取20.00 g磨細的砂漿粉末，精確至0.01 g，置于三角燒瓶中，并加入100 mL(V1)蒸餾水，搖勻后，蓋好表面皿后放到帶石棉網(wǎng)的試驗電爐或其他加熱裝置上沸煮5 min，停止加熱，蓋好瓶塞，靜置24 h后，以快速定量濾紙過濾，獲取濾液，如圖5所示。

圖5　0～3號試樣濾液照片

分別移取兩份濾液20 mL(V2)，置于2個三角瓶中，各加兩滴酚酞指示劑，再用硝酸溶液中和至剛好無色；滴定前分別向兩份濾液中加入10滴鉻酸鉀指示劑，然后用硝酸銀標準溶液滴至略帶桃紅色的黃色不消失，終點的顏色判定必須保持一致，滴定過程中濾液顏色變化如圖6所示。分別記錄各自消耗的硝酸銀標準溶液體積V31和V32，取兩者的平均值V3作為測定結(jié)果。

左：濾液中滴加酚酞再用硝酸溶液中和至剛好無色；

中：滴定前向濾液中加入滴鉻酸鉀指示劑后呈黃色；

右：滴定終點略帶桃紅色的黃色

圖6滴定過程中濾液顏色變化

3.2.3結(jié)果計算

硬化混凝土中水溶性氯離子含量按下式(1)計算：

(1)

在已知混凝土配比時，硬化混凝土中水溶性氯離子含量占水泥質(zhì)量的百分比按下式(2)計算：

(2)

4結(jié)果與討論

根據(jù)上述試驗方法，測得混凝土試樣中水溶性氯離子含量結(jié)果如表6所示。

由表6可見：

1) 1、2、3號損壞路肩和水溝蓋板松散混凝土中水溶性氯離子含量大于0號未損壞的水溝蓋板混凝土中水溶性氯離子含量。分析原因，可以初步說明水溶性氯離子含量高是混凝土損壞的一個原因，而水溶性氯離子主要來源于除冰鹽，也就說明除冰鹽是混凝土損壞的一個原因。

2) 1、3號損壞路肩松散混凝土中水溶性氯離子含量均大于2號損壞水溝蓋板松散混凝土中水溶性氯離子含量。分析原因，可能是水溝蓋板因為下部懸空，不管是融雪階段還是后期雨水沖刷階段，水溶性氯離子都更容易流失。

3)根據(jù)《JGJ/T 322-2013混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》檢測方法與結(jié)果評定要求，既有結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土中水溶性氯離子含量應(yīng)符合現(xiàn)

表6 混凝土試樣中水溶性氯離子含量結(jié)果編號強度等級取樣處V1/mLV2/mLV3/mL12平均值CCl-/(mol·L-1)WWCl-/%WCCl-/%0C30水溝蓋板10020.002.12.12.100.001490.02640.0811C20路肩10020.004.34.24.250.003020.05350.3672C30水溝蓋板10020.003.83.93.850.002730.04850.1493C20路肩10020.005.35.45.350.003800.06730.462 注:CCl-為混凝土濾液試樣的水溶性氯離子濃度;WWCl-為硬化混凝土中水溶性氯離子占砂漿試樣質(zhì)量的百分比;WCCl-為硬化混凝土中水溶性氯離子含量占水泥質(zhì)量的百分比。

行國家標準《GB50164-2011混凝土質(zhì)量控制標準》的有關(guān)規(guī)定?！禛B50164-2011混凝土質(zhì)量控制標準》中在除冰鹽等侵蝕性物質(zhì)的腐蝕環(huán)境下混凝土拌合物中水溶性氯離子占水泥質(zhì)量百分比最大含量依次為：鋼筋混凝土0.06%、預(yù)應(yīng)力混凝土0.06%、素混凝土1.00%。而《GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中設(shè)計使用年限為50 a的混凝土結(jié)構(gòu)在暴露的環(huán)境三a(嚴寒和寒冷地區(qū))、三b(受除冰鹽作用環(huán)境)下，混凝土中的氯離子占膠凝材料總量的百分比最大含量為0.10%～0.15%。上述可知，不同的標準、規(guī)范中對氯離子含量的指標規(guī)定的不完全相同、環(huán)境作業(yè)描述不完全相同，參考《GB 14902-2003預(yù)拌混凝土》、《JGJ55-2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》及《GB 50476-2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》中對氯離子最大含量的要求，本試驗結(jié)果評定認為以除冰鹽等侵蝕性物質(zhì)的腐蝕環(huán)境下，氯離子占膠凝材料總量的百分比最大含量為0.10%較為合理。因為除冰鹽中水溶性氯離子在混凝土中滲透遷移，存在不同部位氯離子含量不同的情況；自然條件下，雨雪沖刷對混凝土中氯離子含量也有影響；盡管如此，1、2、3號損壞路肩和水溝蓋板松散混凝土中水溶性氯離子含量均仍大于0.10%，由此說明，該路段使用了含有水溶性氯離子的除冰鹽。

4) 實際路況觀察表明，損壞的路肩和水溝蓋板混凝土表面砂漿層剝落，骨料暴露，表面凹凸不平，符合除冰鹽對混凝土剝蝕破壞的表觀，其破壞原因趨向于除冰鹽對混凝土凍融剝蝕破壞。

綜上，混凝土中水溶性氯離子含量檢測從一定角度上能說明混凝土的損壞是否由除冰鹽對混凝土凍融剝蝕破壞引起，混凝土中水溶性氯離子含量可以作為混凝土損壞原因的一個判定指標。

5結(jié)論

1) 損壞的松散混凝土中水溶性氯離子含量大于未損壞的混凝土中水溶性氯離子含量；損壞的路肩松散混凝土中水溶性氯離子含量大于損壞的水溝蓋板松散混凝土中水溶性氯離子含量。

2) 混凝土中水溶性氯離子含量可以作為混凝土損壞原因的一個判定指標，但是，為了能更好的說明問題，還需做更加全面的檢測。

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文章編號：1008-844X(2016)02-0072-04

收稿日期:2015-11-26

作者簡介:胡呈龍( 1976-) ，男，工程師，主要從事高速公路建設(shè)施工管理工作。

中圖分類號：U 414

文獻標識碼：B