PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性試驗(yàn)

□文 /沈平邦

氯離子對(duì)鋼筋混凝土的侵蝕危害已在業(yè)內(nèi)引起廣泛重視。氯離子對(duì)混凝土構(gòu)筑物的侵害主要包括：加速鋼筋銹蝕、降低混凝土的抗化學(xué)侵蝕性能、降低耐磨性能和降低抗折強(qiáng)度。每項(xiàng)侵害都是致命的，因此檢測(cè)混凝土是否具有抗氯離子侵蝕能力非常必要。

目前，我國(guó)用于表征混凝土抗氯離子侵蝕能力的檢測(cè)項(xiàng)目為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)》中的電通量法和RCM法。這兩種方法雖然能夠檢測(cè)混凝土的抗氯離子侵蝕能力，但需要在工程現(xiàn)場(chǎng)混凝土試件上鉆芯取樣后運(yùn)至試驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)，既不能快速反映混凝土抗氯離子侵蝕能力又對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定的破壞。由英國(guó)女王大學(xué)開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備——PERMIT氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，不僅能快速檢測(cè)混凝土抗氯離子侵蝕能力，而且能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測(cè)。

但在我國(guó)，判定混凝土抗氯離子侵蝕能力的指標(biāo)是以電通量法或RCM法測(cè)得數(shù)據(jù)為依據(jù)的；PERMIT法檢測(cè)沒有定量的指標(biāo)。因此，本文通過試驗(yàn)，研究PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性。

1 不同原材料下相關(guān)性分析

1.1 礦物摻合料

對(duì)天津地區(qū)常見的礦物摻合料混凝土進(jìn)行PERMIT法和RCM法試驗(yàn)，齡期28 d，試驗(yàn)基礎(chǔ)配合比見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。研究不同礦物摻合料下PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性，見圖1。

表1 混凝土配合比1 kg/m3

表2 不同礦物摻合料PERMIT法與RCM法試驗(yàn)

由圖1可以看出，不同產(chǎn)地礦物摻合料下，RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)為0.79且二者的線性斜率為0.298 6。

1.2 水泥

對(duì)使用不同品種水泥的混凝土進(jìn)行PERMIT法和RCM法試驗(yàn)，齡期28 d，試驗(yàn)基礎(chǔ)配合比見表3，試驗(yàn)結(jié)果見表4。研究不同品種水泥下PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性，見圖2。

表3 混凝土配合比2 kg/m3

表4 不同品種水泥PERMIT法與RCM法試驗(yàn)

圖2 不同品種水泥下RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

由圖2可以看出，不同品種水泥下，RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)達(dá)到0.97以上且二者的線性斜率為0.306 8。

1.3 減水劑

對(duì)使用不同減水劑的混凝土進(jìn)行PERMIT法和RCM法試驗(yàn)。試驗(yàn)齡期為28 d，試驗(yàn)基礎(chǔ)配合比見表5，試驗(yàn)結(jié)果見表6。研究不同品種減水劑下PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性，見圖3。

表5 混凝土配合比3 kg/m3

由圖3可以看出，摻加不同減水劑的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)達(dá)到0.77以上且二者的線性斜率為0.298 7。

表6 摻加不同減水劑PERMIT法與RCM法試驗(yàn)

圖3 不同減水劑下RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

1.4 細(xì)骨料

對(duì)摻加不同細(xì)骨料的混凝土進(jìn)行PERMIT法和RCM法試驗(yàn)。試驗(yàn)齡期為28 d，試驗(yàn)基礎(chǔ)配合比見表3，試驗(yàn)結(jié)果見表7。研究不同細(xì)骨料下PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性，見圖4。

表7 摻加不同減水劑PERMIT法與RCM法試驗(yàn)

圖4 不用細(xì)骨料下RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

由圖4可以看出，摻加不同細(xì)骨料的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)達(dá)到0.899且二者的線性斜率為0.295 7。

1.5 原材料品種及產(chǎn)地

基于表2、表4、表6和表7，研究不同原材料品種及產(chǎn)地下PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性，見圖5。

圖5 不同原材料品種及產(chǎn)地時(shí)RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

由圖5可以看出，不同原材料品種及產(chǎn)地的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)達(dá)到0.92以上且二者的線性斜率為0.299 7。

2 不同配合比下相關(guān)性分析

通過正交試驗(yàn)，研究不同影響混凝土抗氯離子性能因素下（水膠比、砂率、礦物摻合料摻量及外加劑品種），PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)性，見表8和圖6。

表8 正交因素及結(jié)果

續(xù)表8

圖6 不同配合比下RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

由圖6可以看出，不同配合比的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)達(dá)到0.98以上且二者的線性斜率為0.300 3。

3 不同養(yǎng)護(hù)齡期下相關(guān)性分析

基于表8的混凝土配合比，研究標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為14、28、60、90、180 d 時(shí)，PERMIT法與 RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性，見表9和圖7-圖10，28 d時(shí)的擬合曲線見圖6。

表9 養(yǎng)護(hù)不同齡期Permit法與RCM法試驗(yàn)

續(xù)表9

圖7 14 d時(shí)RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

圖8 60 d時(shí)RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

圖9 90 d時(shí)RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

圖10 180 d時(shí)RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

由圖6-圖10可以看出，不同齡期的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)達(dá)到0.97以上。說明這兩種方法均能較好地測(cè)試混凝土的抗氯離子滲透性。

4 不同養(yǎng)護(hù)條件下相關(guān)性分析

基于表8的混凝土配合比，研究標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性，見表10和圖11-圖12。

表10 不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)PERMIT法和RCM法試驗(yàn)結(jié)果的影響

圖11 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

圖12 自然養(yǎng)護(hù)下RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

由圖11和12可以看，不同養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土，RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)均存在線性關(guān)系，但自然養(yǎng)護(hù)條件下的判定系數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的判定系數(shù)且在自然養(yǎng)護(hù)條件下PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)＞2.5×10-12m2/s時(shí)，散點(diǎn)位置不在趨勢(shì)線上。根據(jù)表9和表10可知，PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)＞2.5×10-12m2/s時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于30 MPa，說明當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于30 MPa時(shí)兩者線性關(guān)系不明顯；但在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)存在顯著的線性關(guān)系。

5 各種試驗(yàn)條件下PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)分析

基于以上試驗(yàn)結(jié)果，研究上述各種試驗(yàn)因素下，混凝土PERMIT法與RCM法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性，見圖13。

圖13 RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)的擬合曲線

由圖13可以看出，不同因素的混凝土，RCM法與PERMIT法氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性擬合，其判定系數(shù)達(dá)到0.95以上，說明兩者存在線性關(guān)系；但當(dāng)PERMIT氯離子擴(kuò)散系數(shù)＞2.5×10-12m2/s時(shí)，其散點(diǎn)位置不在趨勢(shì)線上，兩者線性關(guān)系不明顯。

6 結(jié)果

基于上述測(cè)試結(jié)果，建立PERMIT離子遷移方法與RCM快速氯離子遷移方法的數(shù)值關(guān)系

需要注意的是，當(dāng)自然養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于30 MPa時(shí)，本公式不適用。

7 結(jié)論

從測(cè)試原理來說，PERMIT離子遷移方法與RCM快速氯離子遷移方法同屬電遷移方法，但兩者的測(cè)試階段不同。PERMIT離子遷移方法基于穩(wěn)態(tài)電遷移理論，在離子傳輸?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)階段后所得數(shù)據(jù)方為有效；RCM快速氯離子遷移方法基于非穩(wěn)態(tài)電遷移理論，這可能是造成這兩種方法所得氯離子遷移系數(shù)有所差別的主要原因[1]。PERMIT離子遷移方法與RCM快速氯離子遷移方法之間關(guān)系的建立，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、無損的方式檢測(cè)混凝土抗氯離子侵蝕能力，為現(xiàn)場(chǎng)工程檢測(cè)提供便利，從而有助于提高土建工程結(jié)構(gòu)的耐久性。