淺談RCM方法對混凝土開裂試件自愈合效果評價的適用性

(華南理工大學土木與交通學院 廣東 廣州 510640)

一、混凝土自愈合

混凝土自愈合的概念起源于19世紀20年代，學者Abram發(fā)現(xiàn)開裂的混凝土在戶外自然放置八年后出現(xiàn)了裂縫愈合的現(xiàn)象，這引起了該專業(yè)領域的極大關注，世界各國學者開始研究混凝土裂紋自防護，并提出了各種不同的方法。九十年代以來，在自愈合混凝土上的研究更是逐漸變得多元化，出現(xiàn)了在混凝土內(nèi)置含修復劑的容器、模擬生物結(jié)構(gòu)在混凝土內(nèi)加入編織纖維網(wǎng)、添加形狀記憶合金等等一系列自愈合技術。盡管實現(xiàn)自愈合的方式繁多，但核心的基本邏輯是令混凝土裂縫部位的間隙被新的物質(zhì)填充，使之更密實，材料在微觀整體性方面得到恢復。

二、RCM方法原理

RCM方法全稱非穩(wěn)態(tài)快速氯離子電遷移測定法(Rapid Chloride Migration)，是基于試件內(nèi)部氯離子非穩(wěn)態(tài)電遷移的一種試驗方法，通過試驗期間測得的氯離子滲透深度來計算氯離子的擴散性[1]。

通過氯離子的擴散性強弱，可以直觀得知混凝土的密實程度，而基于這一點認識，也就可以繼而轉(zhuǎn)化使用在混凝土開裂試件的自愈合效果評價上，即混凝土開裂試件經(jīng)過一定時期的自愈合過程之后，裂縫被填充，混凝土自身的密實程度得到提升，則氯離子在該混凝土試件的擴散性則必然相對弱化。

RCM方法的主要原理是利用外加電場的作用使試件外部的的氯離子向試件內(nèi)部遷移，經(jīng)過一段時間后，將該試件沿軸向劈裂，在新劈開的斷面上噴灑硝酸銀溶液，根據(jù)生成的白色氯化銀沉淀測量氯離子滲透的深度，以此計算出混凝土氯離子擴散系數(shù)[2]。

三、國外關于采用RCM方法對開裂混凝土的報導

近年不少專家學者對自愈合混凝土做了力學性能恢復效果和水滲透性能恢復效果的試驗，但鮮有研究混凝土在氯離子環(huán)境中的自愈合效果。

Mathias Maes等人[3]對聚酯胺膠囊自愈合混凝土做了抗氯離子滲透試驗，發(fā)現(xiàn)聚酯胺膠囊可以阻止氯離子在裂縫中的進一步擴散，愈合效率達到83%，氯離子滲透系數(shù)較愈合之前降低。

Scott Jones等人[4]用填充劑來填補修復普通混凝土的裂縫，也用了氯離子滲透系數(shù)作為愈合劑修補效果的評價標準，并通過氯離子擴散系數(shù)預測了混凝土使用壽命，但其方法更在于是探究氯離子擴散到鋼筋處時的擴散系數(shù)，并非單純地采用RCM方法。

H.X.D.Lee等人[5]用具有具有超強吸收能力的聚合物作為混凝土愈合劑分別加入水泥砂漿和混凝土，澆筑小試件，通過力學方法制造貫穿裂縫，自愈合后自制儀器以測試試件對含氯離子液體流速的阻礙作用，以此作為評價自愈合效果的標準，并分析了聚合物用量、裂縫寬度、聚合物種類對流速的影響。

Pa Pa Win等人[6]澆筑預應力混凝土梁，人為生成裂縫，并浸入氯化鈉溶液，用電子探針顯微分析和比色測試的方法總結(jié)出氯離子侵入概述。

Mustafa S等人[7]制作了一批鋼筋砂漿梁，并采用彎裂方式使梁試件開裂，然后置試件于濃度3%的NaCl溶液中浸泡30d，測量其裂縫寬度及不同裂縫深度下的砂漿含氯梁，利用Fick第二定律，用氯離子有效擴散系數(shù)De對砂漿自愈合效果進行了評價，并且結(jié)合XRD等微觀手段，判斷了CaCO3在裂縫自愈合的過程中起到的貢獻效果。

由上可窺見，國外采用RCM方法對混凝土開裂的研究不在少數(shù)，但對于采用RCM方法、目標明確地評價自愈合混凝土的愈合性能的研究則相對較少。

四、采用RCM方法評價自愈合混凝土的適用性

(一)RCM方法能夠反映內(nèi)部宏觀愈合效果

評價混凝土自愈合效果的方法有很多，如拍攝混凝土試件裂縫表觀變化圖像，反映混凝土表層的愈合情況，但該方法不能反映混凝土裂縫內(nèi)部的愈合情況；如SEM、XRD、EDS等微觀設備方法，其反映的是微觀愈合產(chǎn)物的生長情況，往往只能反映某一個位點的愈合情況，亦難以展現(xiàn)整體的效果。因此，對于宏觀層面以及內(nèi)部愈合效果的評價，采用RCM方法可以作為補充。

(二)RCM方法能夠推廣至結(jié)構(gòu)壽命預測

RCM方法得出的成果是氯離子擴散系數(shù)DRCM，該系數(shù)是目前建立結(jié)構(gòu)壽命預測的一個關鍵系數(shù)。經(jīng)自愈合的混凝土開裂試件采用RCM方法檢測，在得出DRCM后，能夠進一步拓展應用范疇，轉(zhuǎn)化使用至整體結(jié)構(gòu)性的使用壽命評估當中。

(三)RCM方法能夠反映實際應用場景

混凝土自愈合的本質(zhì)就在于混凝土耐久性的有效恢復，這也包含了混凝土抵御外界離子入侵腐蝕鋼筋的能力。而在實際應用場景中，不論是一般民用的建筑，還是用途特殊的工業(yè)建筑、海港建筑乃至鹽堿地的特殊建筑等，鋼筋都需要混凝土來保護抵御有害離子引起的銹蝕，其中RCM方法是氯離子檢測中最為成熟可靠的方法，因此能夠適應實際建筑功能需要，亦能夠反映實際應用場景的需求。

五、總結(jié)

綜上所述，國外有研究學者使用RCM方法對帶裂縫的混凝土進行氯離子侵蝕評估，亦有學者考慮到混凝土的愈合情況，但總體上，該領域目前仍較少人研究，而這些研究的方法本質(zhì)是一致的。采用RCM方法研究混凝土自愈合情況，不但能夠充分反映裂縫內(nèi)部的愈合總體情況，避免過于微觀或表層，而且還能由此推廣至評估混凝土自愈合后的結(jié)構(gòu)壽命狀況，更能反映建筑物結(jié)構(gòu)實際應用場景的需求。