海水作用下的混凝土滲透性研究

彭鵬飛，秦憲明，鄢禮傳

（廈門市宏業(yè)工程建設(shè)技術(shù)有限公司，廈門 361000）

氯離子引起的鋼筋銹蝕是導(dǎo)致海工結(jié)構(gòu)混凝土開裂破壞的最主要原因，因此海工混凝土的氯離子滲透性測(cè)試是評(píng)價(jià)海工混凝土耐久性的重要方法，其中的主要指標(biāo)是氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量。近年來，隨著混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量測(cè)試引入到我國國家標(biāo)準(zhǔn)中，相關(guān)的測(cè)試方法及影響因素研究逐漸增多，但普遍的感覺是氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量相關(guān)性較差，想用他們來驗(yàn)證混凝土的耐久性較難。文章通過分析電壓作用下氯離子滲透方向，找出了一些擴(kuò)散系數(shù)和電通量的測(cè)試和評(píng)價(jià)方法。

1 試驗(yàn)原材料與方法

1.1 試驗(yàn)原材料與混凝土配比

水泥：龍麟P.O 42.5，龍巖水泥廠生產(chǎn)；砂：細(xì)河砂，細(xì)度模數(shù)2.1；碎石：5～25mm；減水劑：禾泰HT－120萘系減水劑，減水率25%；水：自來水。

采用大型建筑工程最常見的C30配比進(jìn)行試驗(yàn)，配比見表1。

表1 混凝土配比表

1.2 試驗(yàn)方法

試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，成型面朝上，3塊一組堆放入海水池中（如圖1，每周更換1次海水），至相應(yīng)齡期后取出，沿側(cè)面取芯，切割為2個(gè)Φ100mm×50mm的試塊待測(cè)，做好標(biāo)記，分為正反兩個(gè)方向分別進(jìn)行測(cè)試。正方向?yàn)槭沟猛姇r(shí)測(cè)試溶液中氯離子沿著海水浸泡時(shí)氯離子滲透方向進(jìn)行移動(dòng)，反方向?yàn)槭沟猛姇r(shí)測(cè)試溶液中氯離子逆向海水浸泡時(shí)氯離子滲透方向進(jìn)行移動(dòng)。

混凝土氯離子滲透深度：參照國標(biāo)GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，試件劈開滴幾滴0.1mol/L硝酸銀溶液，用游標(biāo)卡尺測(cè)變色深度。

混凝土電通量測(cè)試方法：參照國標(biāo)GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。所用儀器為北京耐爾儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的NEL－PEU型混凝土電通量測(cè)試儀。

混凝土擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試方法：RCM法，參照國標(biāo)GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。所用儀器為北京耐爾儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的RCM－NTB型氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試儀。

2 試驗(yàn)過程

2.1 氯離子滲透深度

以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d試樣為基準(zhǔn)，放入海水池中至相應(yīng)齡期后，將其劈裂開，噴灑少許0.1mol/L的硝酸銀溶液，5min后測(cè)量試塊的變色深度。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，試樣中氯離子滲透深度逐漸增加，但時(shí)間與滲透深度關(guān)系近似為一條直線，并非預(yù)想中成為一條關(guān)于橫軸的拋物線。原因應(yīng)該是定期更換海水，使得有足夠的外來氯離子補(bǔ)充滲透濃度差。

2.2 強(qiáng)度

各齡期試樣強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖5所示，隨著齡期的增長(zhǎng)，試樣抗壓強(qiáng)度逐漸增加，以28d試樣強(qiáng)度值為基準(zhǔn)，海水浸泡90d、180d和360d后強(qiáng)度增長(zhǎng)分別為8.4%、13.2%和16.4%，較標(biāo)樣試樣強(qiáng)度增長(zhǎng)稍快。原因可能是海水中富含各種離子，使得海水浸泡試樣的密實(shí)度較標(biāo)樣稍高。

2.3 擴(kuò)散系數(shù)比較

各齡期試樣正反方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出，試樣反方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)明顯小于正方向的，隨著海水浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，反方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)逐漸減小，而正方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)逐漸增大，但幅度明顯變小。1年期試樣正方向測(cè)試后氯離子已基本貫穿，而反方向測(cè)試后試樣形成兩條銀白色深度，即中間無氯離子濃度，見圖2、圖3。正方向擴(kuò)散系數(shù)逐漸增大是因?yàn)榇郎y(cè)試樣原有氯離子深度逐漸增大，而反方向逐漸減小是因?yàn)樵嚇与S齡期增長(zhǎng)密實(shí)度提高，氯離子擴(kuò)散變慢。由此可見，試樣反方向擴(kuò)散系數(shù)值與其密實(shí)度相關(guān)，而正方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)值能反映鋼筋混凝土的耐久性。

2.4 電通量比較

各齡期試樣正反方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，隨齡期的增長(zhǎng)，各試樣的電通量明顯減小，反方向測(cè)試的電通量稍小于正方向測(cè)試的電通量值。正反兩個(gè)方向測(cè)試的電通量差別明顯小于擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果，表明混凝土電通量?jī)H與混凝土的密實(shí)度相關(guān)。

3 結(jié)果與討論

a.隨著齡期的增長(zhǎng)，海工混凝土內(nèi)氯離子滲透深度近似成直線增加。

b.混凝土擴(kuò)散系數(shù)和電通量試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土強(qiáng)度越高，密實(shí)度越高，抗?jié)B透性越好，其擴(kuò)散系數(shù)和電通量值越低。擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試值主要由劈開試塊的氯離子擴(kuò)散深度決定，試樣內(nèi)原有氯離子對(duì)結(jié)果影響較大，測(cè)試混凝土擴(kuò)散系數(shù)時(shí)，如果不注意其中氯離子滲透深度方向，隨意加載在儀器上進(jìn)行測(cè)試，易造成數(shù)據(jù)離散，無規(guī)律，無法反映其耐久性；而電通量測(cè)試的是氯離子等在混凝土中的遷移而產(chǎn)生的電量大小，測(cè)試結(jié)果能反映混凝土的密實(shí)度，與其中氯離子含量及分布關(guān)系不大［6］。故逆向混凝土原有氯離子滲透方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)值與其密實(shí)度相關(guān)，而沿著混凝土原有氯離子滲透方向測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)值與其密實(shí)度相關(guān)不大，但能反映鋼筋混凝土的耐久性情況。混凝土的電通量值反映其密實(shí)度情況。

［1］ 張 譽(yù).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［2］ 郝占龍.海工混凝土腐蝕機(jī)理分析及解決方案［J］.商土，2009（6）：62－64.

［3］ Zhang Tiewei，Odd E.Diffusion Behavior of Chloride Ions in Concrete［J］.Cement and Concrete Research，1996，26（6）：907－917.

［4］ 劉建忠，孫 偉.彎曲荷載與鹽溶液復(fù)合作用下混凝土凍融損傷［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，36：243－247.

［5］ 余紅發(fā)，孫 偉.普通混凝土在鹽湖環(huán)境中的抗鹵水凍蝕性與破壞機(jī)理研究［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2003，31（8）：763－769.

［6］ 秦憲明，彭鵬飛.阻銹劑對(duì)混凝土耐久性的影響研究［J］.混凝土，2012（2）：75－80.

［7］ 彭鵬飛，秦憲明，鄢禮傳.利用熱雨試驗(yàn)箱研究混凝土的耐久性［J］.建材世界，2011，32（5）：15－18.