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(shí)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(lái)的。若對(duì)質(zhì)量嚴(yán)加控制可以暫時(shí)不考慮第一個(gè)，因此氯離子滲透性的研究通常集中在第二個(gè)上。第二種類(lèi)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(jì)并采用一些適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法以達(dá)到研究目的[1]。本文主要對(duì)混凝土抗氯離子滲透性的兩種常用測(cè)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(huì)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(shí)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(jì)算出氯離子滲透系數(shù)[2]。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照混凝土材料相關(guān)國(guó)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(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 （GB/T50344-2004）進(jìn)行操作，對(duì)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(cè)定儀測(cè)試混凝土中的氯離子含量。這種方法缺點(diǎn)是試樣處理比較繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。采用快速測(cè)定儀不能直接測(cè)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(guò)濾定容，測(cè)溶液的氯離子含量，推算原固體物質(zhì)中氯離子含量；測(cè)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(cè)試，高濃度溶液可稀釋后用儀器測(cè)試。

使用氯離子含量快速測(cè)定儀測(cè)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(shí)，經(jīng)常使用者每天用后擦干，用前活化1小時(shí)即可，并且打開(kāi)設(shè)備電源預(yù)熱半個(gè)小時(shí)，將電極接入設(shè)備，然后測(cè)量配置溶液，待測(cè)溶液已與NaCl 標(biāo)準(zhǔn)溶液同室室溫放置24h，測(cè)定三次取平均值作為待測(cè)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(yàn)方法，它的前身是快速氯離子滲透試驗(yàn)方法(RCPT)[2]。此裝置受到在溶液中電場(chǎng)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?yàn)榇朔椒ɑㄙM(fèi)時(shí)間較短，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室是可持續(xù)利用的，節(jié)省資源。后來(lái)美國(guó)公路運(yùn)輸局和材料協(xié)會(huì)ASTM 選定該方法為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，并命名為AASHTO T277。

AASHTO T277 試驗(yàn)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(shí)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(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)混凝土的電量差異來(lái)判斷[6]。

雖然電量法具有快速、便捷等優(yōu)點(diǎn)被推廣使用，但是在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中也存在著一些問(wèn)題：

1)試驗(yàn)過(guò)程施加的電源電壓為60V 的直流電，過(guò)高的電壓使溶液濃度溫度升高的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致試件兩側(cè)的NaOH 和NaCl 溶液電離，產(chǎn)生的試驗(yàn)誤差對(duì)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(huì)導(dǎo)電分離，所以通過(guò)的試件的電量不僅只和氯離子有關(guān)，那么，測(cè)得電通量值不再是單獨(dú)的氯離子通過(guò)量。

3)對(duì)于高性能混凝土來(lái)說(shuō)，試件真空飽水度不宜控制，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)電流值達(dá)不到穩(wěn)定的狀態(tài)，測(cè)得試驗(yàn)結(jié)果是氯離子穩(wěn)定狀態(tài)的值，有一定的試驗(yàn)誤差存在。

該方法通過(guò)測(cè)量直流電壓下混凝土的電值來(lái)評(píng)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(píng)估混凝土的密實(shí)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(cè)試電壓等因素會(huì)引起電極反應(yīng)，這些負(fù)面效應(yīng)不僅會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，還會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)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(cè)時(shí)，實(shí)際操作中，可能會(huì)由于試件密實(shí)度過(guò)高、電阻值增大、檢測(cè)電流時(shí)間短，而無(wú)法保證結(jié)果持續(xù)穩(wěn)定在一個(gè)具備參考價(jià)值的數(shù)值之內(nèi)，同時(shí)，也會(huì)給檢測(cè)過(guò)程帶來(lái)很多阻礙，致使結(jié)果無(wú)法被精確的檢測(cè)到。同時(shí)在ASTMC1202 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(shí)驗(yàn)方法就會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)性結(jié)果的出現(xiàn)較大誤差，這個(gè)問(wèn)題無(wú)法避免，因此必須要特別注意。

詳細(xì)試驗(yàn)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(yàn)齡期，每組做3 個(gè)試件。

2）將試件置于空氣中，直到表面水分蒸發(fā)完畢。在測(cè)試件的側(cè)面涂硅橡膠或樹(shù)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(cè)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(dòng)真空泵，真空度小于113PPa，保持真空度3 小時(shí)，保持真空度并插入足夠的 直到試驗(yàn)件淹沒(méi)為止的蒸餾水量。將試件浸泡1 小時(shí)后，將恢復(fù)正常壓力，并浸泡18±2 小時(shí)。

4）在室溫條件下，從水中取出測(cè)試件，清洗更多的水，將測(cè)試件安裝在測(cè)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(gè)測(cè)試釘和螺釘?shù)奈谋炯Ｈ绻麤](méi)有泄漏，則將測(cè)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(gè)試件槽中，注入NaCl 的試劑槽內(nèi)的銅導(dǎo)線(xiàn)接電源負(fù)極，NaOH 的接正極。

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

試驗(yàn)結(jié)果處理：

1）根據(jù)得到的數(shù)據(jù)繪制出電流與時(shí)間變化的關(guān)系圖。將描出的點(diǎn)用不間斷的平滑曲線(xiàn)連接，用積分的方法計(jì)算曲線(xiàn)面積，或者根據(jù)梯形方法對(duì)面積進(jìn)行積分，即可在6 小時(shí)內(nèi)獲得通過(guò)測(cè)試的電。 通過(guò)表1 確定混凝土的氯離子滲透率。

2）取同一組中3 個(gè)試件的通過(guò)電流平均值作為該組試件的通量。 當(dāng)三個(gè)試樣中的一個(gè)超過(guò)平均值的15%時(shí)，將另兩個(gè)試樣的平均值作為一組試樣的通量。 當(dāng)3 個(gè)試件中有2 個(gè)超過(guò)平均15%時(shí)，該測(cè)試無(wú)效。

混凝土滲透性測(cè)試方法多種多樣、種類(lèi)豐富，檢測(cè)人員可以依據(jù)實(shí)際需要以及檢測(cè)混凝土組分類(lèi)別進(jìn)行科學(xué)對(duì)應(yīng)，以保證檢測(cè)結(jié)果的精確。但是需要注意的一點(diǎn)是，有些混凝土滲透性測(cè)試方法雖然名字或參與組分看似差不多，但是檢測(cè)原理、適用范圍卻大相徑庭，因此，在檢測(cè)混凝土，尤其是高強(qiáng)高性能混凝土的滲透性時(shí)，必須保證檢測(cè)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(cè)過(guò)程中較為常見(jiàn)且常用。尤其是用于粒徑在C30～C50 之間的混凝土檢測(cè)中，故可進(jìn)行大范圍推廣。將技術(shù)研究重點(diǎn)放置在此種檢測(cè)手法上，能夠保證檢測(cè)結(jié)果更為精確的同時(shí)，縮減需要落實(shí)的步驟。再有，伴隨檢測(cè)原理儀器性能的技術(shù)發(fā)展，在對(duì)混凝土抗氯離子滲透性進(jìn)行快速評(píng)定時(shí)，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(shí)，可以獲得良好的檢測(cè)結(jié)果。與此同時(shí)，這兩種檢測(cè)方法在現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)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(zhǎng)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(jiǎn)便，技術(shù)方法的價(jià)值發(fā)揮也受外界環(huán)境影響較小。