海港工程混凝土電通量和RCM擴散系數相關性研究

楊清泉 王 穎

(中交一航局第三工程有限公司， 遼寧 大連 116000)

海港工程混凝土電通量和RCM擴散系數相關性研究

楊清泉 王 穎

(中交一航局第三工程有限公司， 遼寧 大連 116000)

本文通過大量試驗數據探索出電通量法和RCM法的相關性，在實際工程中，采用一種方法的測試數據推算另一種方法數據，在一定程度上節省人力、物力，避免重復試驗。因此建立混凝土抗氯離子滲透性能電通量法和抗氯離子擴散系數之間的相互關系十分必要。

電通量法； RCM法； 相關性； 海港工程

1 引 言

隨著混凝土跨海大橋和海港工程的日益增多，混凝土的耐久性難題逐漸凸顯。海港工程混凝土由于長期處于惡劣的海洋環境中，受到海水各種鹽類侵蝕，尤其是海水中氯離子對混凝土的侵蝕，進而引起混凝土中鋼筋腐蝕，導致混凝土結構的耐久性下降，嚴重威脅混凝土的正常使用壽命。中國東北部地區三面環海，海港工程較多，對混凝土抗氯離子性能有較高的要求。

混凝土抗氯離子滲透性能的測試方法很多，目前在很多工程中都要求同時采用電通量法和RCM擴散系數法分別評價混凝土的抗氯離子滲透性能。兩種試驗方法各有特點，筆者認為，如果能夠通過大量的試驗數據探索出電通量法和RCM法的相關聯性，在實際工程中，用一種方法的測試數據推斷另一種方法的數據，可以在一定程度上節省人力、物力，避免重復試驗。所以，建立混凝土抗氯離子滲透性能電通量法和抗氯離子RCM擴散系數之間的相互關系十分必要。

2 試驗方法簡介

目前，國內測試混凝土抗氯離子性能試驗方法大致可以概括為慢速法、快速法和其他方法[1]。

慢速法最初采用浸泡法或擴散槽法。浸泡法是指經過一定時間的浸泡或擴散，通過測量混凝土試件不同深度的氯離子含量來計算混凝土中氯離子遷移速度。擴散槽法是指通過計算測量槽中溶液濃度的變化來計算氯離子的傳輸速度。這兩種方法試驗周期長，影響試驗結果的因素較多，在工程中缺少實際應用價值。

快速法是近些年各國研究人員開發研究的，在短時間內獲得混凝土抗氯離子滲透性能的試驗方法。通過采取以下幾種措施來快速測定氯離子在混凝土中的滲透性：?施外加電場；?測量混凝土試塊在保水(鹽)情況下的電化學指標(電導率、電阻率、電通量等)；?增加溶液水頭或壓力。快速試驗方法雖然與氯離子在混凝土中真實的擴散過程有所差異，但在一定范圍內與實際情況具有良好的一致性，省時省力，易于操作，目前在行業內得到一致認可。其中常用的幾種典型的快速測試方法包括：電通量法、電遷移法、RCM法、NTB法、NEL法、交流阻抗譜法和滲透壓力法等。

此外，近些年來一些研究還提出幾種新的試驗方法，如氣體擴散法、吸收率法、異丙醇替代法等，均取得初步成果，筆者在此不一一敘述。

從對混凝土配合比篩選和質量控制等角度來看，電通量法、RCM法是切實可行的。結合設備情況和工作實際，通常采電通量法和RCM法來評價混凝土的抗氯離子性能。其中，電通量試驗方法參照(JTS 202-2—2012)《水運工程混凝土質量控制標準》附錄A[2]。RCM擴散系數試驗方法參照(JTS 257-2—2012)《海港工程高性能混凝土質量控制標準》附錄B[3]。

電通量法最早由美國硅酸鹽水泥協會的Whiting提出，基本原理是利用外加電場加速試件兩端溶液離子遷移速度，在直流電作用下，溶液中離子能夠快速滲透，向正極方向移動，測量一定時間內通過的電量即可反映該混凝土試件的抗氯離子滲透能力。試驗采用直徑95±2mm、厚度51±3mm的素混凝土試件或芯樣，在標準條件下養護28d或90d后，暴露于空氣中至其表面干燥，并以硅橡膠或樹脂密封材料施涂于試件側面，必要時填補涂層中的孔洞。在測試前，進行真空保水。保水完成后，將試件安裝于試驗槽內，用橡膠密封環或其他密封膠密封，用螺桿將兩試驗槽和試件夾緊；將試驗裝置放在20℃～23℃的流動冷水槽中，使水面低于裝置頂面5mm。在試件兩端施加60V直流恒電壓，兩端容器中的溶液分別為0.3mol/L的NaOH(正極)和3.0%的NaCl(負極)，試驗持續6h，測定通過混凝土試件的總電量。該試驗方法不適用于摻亞硝酸鹽和鋼纖維等良導電材料的混凝土。

試驗裝置示意圖如圖1所示，試驗槽結構如圖2所示，試驗儀器如下頁圖3所示。

圖1 試驗裝置示意圖1-直流穩壓電源；2-電流表；3-試驗槽；4-紫銅墊板和銅網；5-混凝土試件；6-3%NaCl溶液；7-0.3mol /L NaOH溶液

圖2 試驗槽結構 (單位：mm)

圖3 電通量法試驗儀器(混凝土滲透性快速測定儀)

氯離子擴散系數快速測定法即RCM法(rapid chloride migration test)，最早由唐路平[4]教授提出，后被北歐定為標準方法。該方法通過給混凝土施加一外加電場，加速氯離子在混凝土中遷移速度，測定一定時間內氯離子在混凝土中滲透深度，結合Nernst-Plank方程計算氯離子在混凝土中的擴散系數。試驗需要制作直徑100mm、厚度100mm、骨料最大粒徑不大于25mm的混凝土試件，或對硬化混凝土鉆芯取樣。達到齡期后，切成兩個直徑100mm、厚度50mm的圓柱形試件，清洗表面，在空氣中暴露至表面干燥后，抽真空處理，介質為飽和Ca(OH)2。待真空處理結束后，將試件塞進橡膠套筒內，并放入電解質水槽中。陰極電解質水槽中為10%的NaCl溶液，陽極橡膠套筒內為0.3mol/L的NaOH溶液。施加回路電壓30V，確定試驗時間。通電結束后，用試驗機將試塊沿軸向劈裂成兩半，在新劈裂的斷面噴涂0.1mol/L的AgNO3溶液，放置15min，用游標卡尺測量白色AgCl標示的滲透深度，計算出該混凝土試塊的擴散系數。

試驗裝置如圖4所示，RCM法試驗儀器如圖5所示。

圖4 RCM法試驗裝置示意圖1-陽極；2-陽極溶液；3-試件；4-陰極溶液；5-電解質水槽；6-有機玻璃支架；7-陰極架；8-陰極；9-不銹鋼管卡；10-橡膠套筒；11-直流穩壓電源

3 試驗數據與分析

3.1 試驗用原材料

a. 水泥采用某P·O 42.5水泥，產地A。P·O 42.5水泥指標見下頁表1。

b. 細集料采用河沙，產地B。河沙指標見表2。

c. 粗集料采用碎石，產地C。碎石指標見表3。

d. 粉煤灰采用C家生產的Ⅰ級灰。粉煤灰指標見表4。

e. 礦渣粉采用D家生產的S95級礦渣粉。礦渣粉指標見表5。

f. 水采用飲用水。用水指標見表6。

g. 減水劑采用F家生產的聚羧酸高性能減水劑SW-A。

h. 引氣劑采用E家PC-2型松香熱聚物引氣劑。

3.2 試驗數據

試驗分別選取0.30、0.32、0.34、0.35和0.36五種水膠比，采集不同粉煤灰、礦渣粉摻量的28d、56d和90d三個齡期的電通量及擴散系數數據，具體數據由于篇幅所限，在此略去。

表1 P·O 42.5水泥指標

表2 河沙指標

表3 碎石指標

表4 粉煤灰指標

表5 礦渣粉指標

表6 用水指標

3.3 數據分析

對不同水膠比和不同齡期的電通量、擴散系數進行初步整理歸納，見表7。

表7 整理數據

對表7試驗數據進行初步分析，得到如圖6～圖9所示的結論。

圖6 相同水膠比情況下電通量隨齡期變化

圖7 相同水膠比情況下擴散系數隨齡期變化

圖8 相同齡期情況下電通量隨水膠比變化

圖9 相同齡期情況下擴散系數隨水膠比變化

對不同水膠比、齡期的電通量以及擴散系數數據進行回歸分析，得到如圖10～圖13所示的結論。

圖10 混凝土試塊28d齡期電通量與擴散系數關系

圖11 混凝土試塊56d齡期電通量與擴散系數關系

圖12 混凝土試塊90d齡期電通量與擴散系數關系

圖13 混凝土試塊所有齡期電通量與擴散系數關系

4 結論分析

4.1 齡期對混凝土抗氯離子性能的影響

從圖6和圖7所示曲線可以看出，在水膠比不變情況下，混凝土電通量與擴散系數均隨著齡期的增大而減小。這說明隨著齡期增長，混凝土內部更加密實，抵抗氯離子滲透能力加強。

4.2 水膠比對混凝土抗氯離子性能的影響

水膠比是影響電通量與擴散系數的重要因素，從圖8和圖9所示曲線可以看出，在同一齡期下，水膠比越大，對應的混凝土電通量和擴散系數均呈增大趨勢。

4.3 電通量與擴散系數的相關性

通過對所有數據相關分析，希望得到電通量和擴散系數兩者之間的關系，探索衡量混凝土抗氯離子性能兩種方法的相關程度，并用一條直線來近似表示兩者的相關性。

如圖10所示，得到28d齡期下電通量和擴散系數的回歸方程為y=287.67x-10.86；確定系數R2為0.43。

如圖11所示，得到56d齡期下電通量和擴散系數的回歸方程為y=263.94x+93.73；確定系數R2為0.46。

如圖12所示，得到90d齡期下電通量和擴散系數的回歸方程為y=256.62x+115.47；確定系數R2為0.80。

如圖13所示，得到所有齡期的電通量和擴散系數的回歸方程為y=231.88x+140.98；確定系數R2為0.92。

從圖中可以看出，齡期為90d的數據在圖表中較為集中，齡期為56d的較為分散，齡期為28d的更為分散。而從確定系數來看，圖12中所示曲線的確定系數R2為0.80，擬合程度較高。圖13所有數據綜合曲線確定系數R2為0.92，方程中變量x對y的解釋度達92.4%。解釋度越高，方程越有意義。

由此，筆者建議，對于已知兩種評價方法中任意一種數據，可以通過此方程來推斷另一種試驗方法數據，為評價混凝土抗氯離子性能提供有效的參考和依據。

[1] 冷發光，田冠飛.混凝土抗氯離子滲透性試驗方法[J].東南大學學報(自然科學版),2006(S2).

[2] JTS 202-2—2012水運工程混凝土質量控制標準[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3] JTS 257-2—2012海港工程高性能混凝土質量控制標準[S].北京：人民交通出版社，2012.

[4] Tang L,Nilsson L.Chloride diffusivity in high strength concrete [J].Nordic Concrete Research,1997,27(2):293-302.

Research on correlation between concrete electric flux and RCM diffusion coefficient in harbor projects

YANG Qingquan, WANG Ying

(No.3EngineeringCompanyLtd.ofCCCCFirstHarborEngineeringCompanyLtd.,Dalian116000,China)

In the paper, the correlation of electric flux method and RCM method is explored through a large number of experimental data. The experimental data of one method is adopted for deducing the data of another method in actual projects, and the method can save manpower and material resources to certain extent, and avoid repeated trials. Therefore, it is very necessary to establish the mutual relationship between concrete chloride ion penetration resistance electric flux method and chloride ion diffusion resistance coefficient.

electric flux method; RCM method; correlation; port works

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.011

TV431

A

1005-4774(2017)06- 0042- 06