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        混凝土氯離子抗?jié)B性測試法研究現(xiàn)狀與未來

        2018-06-25 09:07:50杜留杰
        現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè) 2018年20期
        關(guān)鍵詞:測試法擴散系數(shù)氯離子

        蘇 鵬 杜留杰

        (商丘學院土木工程學院,河南 商丘 476000)

        1 引言

        自混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生以來,至今已有數(shù)百年歷史。隨著建筑業(yè)的發(fā)展,工程中發(fā)現(xiàn)許多沿海城市建筑建成后不久,在遠低于設(shè)計使用年限前就因為耐久性原因而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷和局部破裂。結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi),出現(xiàn)耐久性失效,不僅影響人們生活質(zhì)量,而且會造成數(shù)倍于原建筑投資費用的損失。

        世界著名專家p.K.Metha指出,混凝土材料破壞的最突出的是鋼筋銹蝕,而此與混凝土抗?jié)B性有關(guān)。而海工結(jié)構(gòu)的混凝土直接遭受海水侵蝕或遭受海霧的侵蝕等諸多現(xiàn)象與氯離子滲透有關(guān)。因此,快速、準確的測定出混凝土的抵抗氯離子的滲透性能對于混凝土的耐久性防護具有十分重要的意義。

        氯離子滲透進入混凝土材料本身是一個很復雜的過程,其中包括通過孔結(jié)構(gòu)和毛細孔的自然滲透、毛細水吸力、擴散作用和電化學遷移,并且還伴隨著物理吸附和化學結(jié)合作用。除此之外,其他離子成分也會進入到混凝土材料中。那么在混凝土的孔隙液中,不平衡的化學離子會產(chǎn)生靜電勢差,從而會引導氯離子的擴散。

        自從1980年早期,為了研究氯離子擴散進入混凝土的機理,世界各地的實驗機構(gòu)和研究領(lǐng)域的專家開展了許多不同的實驗研究方法。

        2 試驗方法及存在的問題

        2.1 離子自然擴散

        對于離子自然擴散,當前有兩大主流測試法被普遍用來測試氯離子滲透混凝土。一個是鹽池實驗法(AASHTO T259 or ASTM C1543),另一個是容積擴散實驗法(Nordtest NT Build 443 or ASTM C1556)。

        圖1 AASHTO T259實驗圖

        圖2 NT Build443 實驗圖

        然而這兩種方法對測試周期時間的消耗是巨大的。尤其對于高性能混凝土,為了使混凝土內(nèi)部擴散足夠的氯離子濃度,兩種試驗周期可能會持續(xù)90d甚至更久。

        2.2 混凝土氯離子快速擴散性能測試法(Rapid chloride permeability,RCp)和非穩(wěn)態(tài)混凝土氯離子快速遷移測試法(Rapid chloride migration,RCM)

        為了減少實驗測試周期,離子擴散基于電化學擴散測試法被發(fā)明了出來,其中包括混凝土氯離子快速擴散性能測試法(Rapid chloride permeability,RCp)和非穩(wěn)態(tài)混凝土氯離子快速遷移測試法(Rapid chloride migration,RCM)。

        圖3 3RCp實驗圖

        RCp最初是由Whiting在1981年提出,此方法主要通過直接測定混凝土的電導率或間接測定電阻率從而推定混凝土氯離子的抵抗能力。先后被美國公路運輸局和美國試驗與材料協(xié)會采納為(AASHTO T277)和(ASTM C1202)標準。這種方法的主要弊端是電導率或電阻率的測試結(jié)果并不能準確的反映氯離子的擴散性能,因為氯離子在混凝土中的擴散性能主要取決于混凝土的孔結(jié)構(gòu),然而電導率或電阻率不僅僅取決于混凝土的孔結(jié)構(gòu)而且還與混凝土孔隙液的導電性有很大關(guān)系。當測試混凝土中如果含有粉煤灰、硅灰、大比例的減水劑或者添加劑的時候,測試結(jié)果和真實值會有很大的偏差。

        圖4 RCM實驗圖

        RCM測試法是由唐路平和Nilsson在CTH高校提出,而后分別被Nordtest和AASHTO采納為NT Build492和試行標準Tp64。RCM測試法大體上類似于RCp測試法,然而RCM采用的是直接測量氯離子的滲透深度取代了RCp的總傳遞電量從而表征氯離子的滲透性能。但是RCM測試法在計算氯離子擴散系數(shù)的時候需要氯離子在混凝土中的滲透深度,而這是很難測定的。在目前操作規(guī)程中,測定深度依賴于一維擴散系數(shù)方程的解即理論上混凝土內(nèi)部氯離子滲透面的濃度曲線來預測。然而有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)RCM測試法中的混凝土氯離子濃度曲線測定值與理論上的濃度曲線預測值有較大的差距。除此之外RCM實驗要求混凝土內(nèi)部不含氯離子。如果在實驗之初混凝土內(nèi)部已經(jīng)含有氯離子,在RCM的實驗過程中,內(nèi)部氯離子將產(chǎn)生兩種作用:①在電場環(huán)境下它們會發(fā)生遷移;②它們也和指示劑反應。這兩種作用會影響到RCM實驗結(jié)果的準確性,嚴重時采用RCM的實驗方法將不能測出氯離子擴散系數(shù)。

        3 實驗改進與未來

        對于上述實驗存在的問題,一些學者專家提出了改進的意見。如:通過研究元素周期表,發(fā)現(xiàn)氯離子和碘離子具有極其相似的特性,那么將電遷移離子用碘離子替代氯離子(因為混凝土本身和侵蝕過程中并不含碘離子),并且將RCM顯色方法依據(jù)碘離子顯色進行改進,最終形成了RIM(Rapid Iodine Migration)混凝土碘離子擴散系數(shù)快速測定方法。此方法對于混凝土氯離子抗氯離子滲透系數(shù)測定精度大大提高。另外也有專家學者建立了暴露站,利用真實環(huán)境下混凝土侵蝕,為準確的測定實驗數(shù)據(jù)提供了方便。

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