邢志強(qiáng)

(盤(pán)錦市大洼區(qū)水利服務(wù)中心，遼寧 盤(pán)錦 124214)

0 引 言

現(xiàn)階段檢測(cè)混凝土耐久性的方法主要是利用與結(jié)構(gòu)相同配合比的混凝土試件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室成型室內(nèi)完成相應(yīng)的測(cè)試。然而，由于邊界效應(yīng)、尺寸效應(yīng)以及工程實(shí)際與室內(nèi)外荷載、環(huán)境、試驗(yàn)條件的差異等因素，實(shí)體結(jié)構(gòu)的取芯檢測(cè)結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果往往相差較大[3-4]。專項(xiàng)檢測(cè)實(shí)體結(jié)構(gòu)的耐久性既能夠?yàn)槭褂脡勖A(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持，還可以全面、真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)狀況，并為科學(xué)制定維修加固方案和管養(yǎng)措施提供依據(jù)。文章整理歸納了水工混凝土常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)和技術(shù)，并進(jìn)一步對(duì)比了各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)極其使用范圍，重點(diǎn)探討了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備及技術(shù)，為海洋水工混凝土耐久性監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。

1 水工混凝土常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)

水工混凝土耐久性檢測(cè)除了鋼筋銹蝕狀況、保護(hù)層厚度、裂縫狀況、抗壓強(qiáng)度等常規(guī)指標(biāo)外，還有抗?jié)B性能和氯離子等專項(xiàng)指標(biāo)，其中常規(guī)檢測(cè)內(nèi)容(如混凝土裂縫、強(qiáng)度等)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)部分專項(xiàng)指標(biāo)以取粉微損檢測(cè)和取芯有損檢測(cè)為主，無(wú)損檢測(cè)相對(duì)較少[5]。無(wú)損檢測(cè)可以有效提高實(shí)體結(jié)構(gòu)的檢測(cè)效率，最大程度地降低水工結(jié)構(gòu)受檢測(cè)工作的干擾，從而防止外界腐蝕介質(zhì)因有損檢測(cè)的侵入，并為揭示水工結(jié)構(gòu)性能變化特征提供數(shù)據(jù)支持。

目前，混凝土耐久性常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍見(jiàn)表1，各項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的研究應(yīng)用已比較成熟，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求選擇合適的檢測(cè)方法。

表1 水工混凝土性能常規(guī)

2 海洋水工混凝土耐久性檢測(cè)技術(shù)

2.1 RCT法檢測(cè)氯離子含量

工程中主要選用佛爾哈德法、硝酸鹽滴定法及RCT離子電極法檢測(cè)水工混凝土氯離子含量，見(jiàn)表2?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)一般選用RCT法，該方法對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體的擾動(dòng)較小，其檢測(cè)原理是利用液相中的氯離子濃度與電極作用下不含任何雜質(zhì)的氯離子溶液電位差成正比的關(guān)系，來(lái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)氯離子含量[6-7]。開(kāi)始檢測(cè)前，為界定混凝土碳化區(qū)域需要先測(cè)量測(cè)點(diǎn)處的碳化深度，將特定的萃取液和刮取的未碳化區(qū)混凝土粉末相混合，提取灰粉中的氯離子測(cè)定萃取后溶液的電壓值，然后對(duì)比電位差標(biāo)準(zhǔn)曲線(純?nèi)芤褐械穆入x子濃度已知)，從而獲取相應(yīng)的氯離子含量。RCT法具有檢測(cè)時(shí)間段、設(shè)備小巧、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，除RCT儀器外無(wú)需其他設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)混凝土中氯離子含量的快速測(cè)定，并且檢測(cè)結(jié)果清晰、準(zhǔn)確，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試精度要求。測(cè)試過(guò)程中應(yīng)先測(cè)定溶液電位差，故校準(zhǔn)RCT儀器電極直接決定著電極對(duì)溶液反應(yīng)的敏感度和標(biāo)準(zhǔn)電位曲線的精度，對(duì)其具有較高要求。

表2 氯離子含量檢測(cè)技術(shù)

目前，微損檢測(cè)RCT法已廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程領(lǐng)域，如嘉興港某碼頭利用RCT法檢測(cè)不同高度處海水干濕交替區(qū)的混凝土氯離子含量，研究揭示了隨高程變化混凝土中的氯離子分布規(guī)律[8]。

2.2 混凝土抗?jié)B性檢測(cè)技術(shù)

工程中多選用室內(nèi)試驗(yàn)、實(shí)體結(jié)構(gòu)取樣的有損檢測(cè)法評(píng)價(jià)混凝土抗?jié)B性能，但缺少可供參考的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)規(guī)范?？傮w上，可以將抗?jié)B性能檢測(cè)技術(shù)劃分成氣體、離子以及抗水滲透法3類，見(jiàn)表3。由于抗水滲透法對(duì)高強(qiáng)混凝土的適用性差且多為室內(nèi)成型試件，實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到一定的限制，一般不作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。目前，氣體和離子滲透法已有諸多研究成果，在部分工程中其微損、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)均已得到應(yīng)用。

表3 抗?jié)B性檢測(cè)技術(shù)

續(xù)表3 抗?jié)B性檢測(cè)技術(shù)

2.2.1 離子滲透法

Permit法因具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、時(shí)間段、設(shè)備便攜等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，這也是迄今唯一的能夠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定氯離子滲透性的方法。Permit離子遷移儀有兩個(gè)同心溶液室(相互隔離)，內(nèi)、外室電極分別為陰極和陽(yáng)極，陰極材質(zhì)多為不銹鋼而陽(yáng)極材質(zhì)多為普通低碳鋼，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

圖1 Permit離子遷移儀結(jié)構(gòu)圖

測(cè)試過(guò)程中，采用夾鉗或螺栓將測(cè)試器固定在被待測(cè)區(qū)，通過(guò)內(nèi)、外室間施加電壓離子能夠從內(nèi)室遷移至外室，布設(shè)于外室的探頭可以每隔1-15min測(cè)定一次電導(dǎo)，然后利用氯離子濃度與溶液電導(dǎo)率之間的關(guān)系能夠計(jì)算出外室的氯離子濃度。試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下，依據(jù)穩(wěn)態(tài)電遷移理論和Nemst-Planck方程測(cè)定氯離子單位時(shí)間遷移量，并進(jìn)一步確定氯離子遷移系數(shù)。該方法可以準(zhǔn)確反映混凝土表層抗氯離子滲透性，試驗(yàn)前需要將待測(cè)構(gòu)件用去離子水浸泡24h，使混凝土表面達(dá)到保水狀態(tài)，檢測(cè)過(guò)程中待測(cè)區(qū)表面要保持平整，表面鉆孔并用Φ6mm螺栓將測(cè)試器固定。實(shí)際測(cè)試時(shí)該方法也存在許多不足，具體如下：①對(duì)構(gòu)件內(nèi)部離子的影響較小只能保證表層15mm深的測(cè)試精度，內(nèi)部檢測(cè)困難；②從主觀上界定的穩(wěn)態(tài)階段具有一定差異，由此測(cè)定的電導(dǎo)變化率和氯離子遷移系數(shù)存在較大差異；③構(gòu)件表面保水程度越低則達(dá)到穩(wěn)態(tài)遷移的時(shí)間越長(zhǎng)，試驗(yàn)時(shí)間也就越長(zhǎng)。

2.2.2 抗水滲透法

抗水滲透性能主要包括滲水高度法和抗?jié)B標(biāo)號(hào)法等方法，實(shí)際工程中大多選用抗?jié)B標(biāo)號(hào)法，該方法采取在水工結(jié)構(gòu)上鉆芯取多組試樣或?qū)嶒?yàn)室成型試樣，然后室內(nèi)檢測(cè)，故不適用于高強(qiáng)混凝土，結(jié)構(gòu)易受到較大擾動(dòng)，在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍[9]。

2.2.3 氣體滲透系數(shù)法

因具有計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)度高、試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，氣壓差值法是諸多氣體滲透性能測(cè)試方法中被國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用較多的方法，如法國(guó)研發(fā)的氣體滲透系數(shù)檢測(cè)技術(shù)已成功應(yīng)用于實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)，在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)和核電站燃料水池混凝土層中也有應(yīng)用。該技術(shù)使用前需在構(gòu)件內(nèi)鉆孔埋設(shè)或預(yù)埋探針，探針可重復(fù)、長(zhǎng)期使用且對(duì)構(gòu)件性能無(wú)影響。檢測(cè)過(guò)程中將惰性氣體注入探頭內(nèi)，經(jīng)特殊的多孔探針將氣體滲透至構(gòu)件內(nèi)部；壓力達(dá)到穩(wěn)定后，將進(jìn)氣閥關(guān)閉，構(gòu)件內(nèi)的氣體不斷擴(kuò)散，氣壓逐漸下降，選取與明顯小于進(jìn)氣壓的氣壓降測(cè)量該氣壓降達(dá)成時(shí)間；然后利用達(dá)西法則即可確定氣體滲透系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)氣體滲透性能無(wú)損、長(zhǎng)期且現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)[10-11]。

混凝土自身的水飽和度對(duì)氣體滲透系數(shù)具有較大影響，但其自身的水飽和度很難在工程現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)測(cè)出。所以，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前需要在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定混凝土不同水飽和度的氣體滲透系數(shù)，由此以來(lái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果既可以獲取其水飽和度，還能夠精準(zhǔn)測(cè)定氣體滲透系數(shù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)使用壽命，揭示混凝土性能劣化規(guī)律等具有重要意義[12-13]。

采用氣壓差值法形成的氣體滲透系數(shù)檢測(cè)技術(shù)相對(duì)于其它混凝土滲透性測(cè)量方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)、結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)程度低、可操作性強(qiáng)、檢測(cè)流程簡(jiǎn)單、結(jié)果直觀、惰性氣體不改變混凝土組成和微觀結(jié)構(gòu)。目前，對(duì)于水工結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估與檢測(cè)，現(xiàn)有規(guī)范主要是通過(guò)檢測(cè)主要構(gòu)件性能來(lái)評(píng)估工程結(jié)構(gòu)的整體狀況。研究認(rèn)為，水工結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估與檢測(cè)可采用更為科學(xué)、全面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析方法，如現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與模態(tài)分析相結(jié)合的方法，從而提高結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)能力。

3 結(jié) 語(yǔ)

研究及推廣應(yīng)用海洋水工混凝土耐久性的現(xiàn)場(chǎng)微損或無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于水利工程項(xiàng)目的全周期運(yùn)營(yíng)管理、養(yǎng)護(hù)和建設(shè)等具有重要意義，文章結(jié)合研究現(xiàn)狀提出以下幾點(diǎn)建議：①考慮到氣體滲透系數(shù)檢測(cè)技術(shù)尚無(wú)可供參考規(guī)范的實(shí)際情況，通過(guò)研究現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)與以上指標(biāo)的關(guān)系，建議在混凝土管理養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中納入無(wú)損檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)；②采用優(yōu)化計(jì)算的方式促進(jìn)在混凝土結(jié)構(gòu)剩余使用壽命預(yù)測(cè)以及長(zhǎng)期性能劣化規(guī)律研究中耐久性指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的應(yīng)用；③潮差區(qū)的混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)性能劣化情況非常嚴(yán)重，該條件下因無(wú)法反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況Permit法已不再適用，因此研究氣體滲透系數(shù)與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性也是亟待解決的問(wèn)題。