混凝土抗氯離子滲透性能的測試方法分析

郭 慧 李香蘭 張 聰 江俊焰 吳鵬飛 吳 杰

（江西科技學院城市建設學院）

能夠引起鋼筋腐蝕以及銹蝕的原因很多，最主要的就是由氯離子引起的去鈍化作用，而氯離子被引入混凝土中通常有兩種情況。其中一種是在混凝土進行拌合的時候，以拌和物的組分進入，另一種是由外界因素影響滲入進來的。若對質量嚴加控制可以暫時不考慮第一個，因此氯離子滲透性的研究通常集中在第二個上。第二種類型通常與氯離子滲透到混凝土中有關。由于有必要研究固體從外部環境滲入混凝土的機理和現象，因此有必要設計并采用一些適當的測試方法以達到研究目的[1]。本文主要對混凝土抗氯離子滲透性的兩種常用測試方法進行了系統性總結。

混凝土抗氯離子滲透性研究一般會運用自然滲透法，首先在含氯鹽的水中浸泡混凝土，浸泡一段時間以后采用鉆取芯樣或切片的方式得到樣品。氯離子濃度與滲透距離的關系是運用化學分析方法，最后利用Fick 第二定律計算出氯離子滲透系數[2]。

實驗時，按照混凝土材料相關國家標準制備混凝土試件，在標準條件下養護28 天后，在飽和NaCl 溶液中繼續進行養護。養護到一定齡期后，參照《建筑結構檢測技術標準》 （GB/T50344-2004）進行操作，對試件在不同深度處進行鉆芯取樣，利用SSWY-810 混凝土氯離子含量快速測定儀測試混凝土中的氯離子含量。這種方法缺點是試樣處理比較繁瑣，費時費力。采用快速測定儀不能直接測試固體物質，需將固體物質（如混凝土結構物）加工成粉末，浸水6h 以上[3]或者浸水24h[4]，再過濾定容，測溶液的氯離子含量，推算原固體物質中氯離子含量；測試水泥混凝土中氯離子含量，需提供原混凝土配合比[5]。液體物質可以直接用儀器測試，高濃度溶液可稀釋后用儀器測試。

使用氯離子含量快速測定儀測定溶液的氯離子含量前，把氯離子電極放10-3mol/L 的NaCl 溶液中活化2 小時，經常使用者每天用后擦干，用前活化1小時即可，并且打開設備電源預熱半個小時，將電極接入設備，然后測量配置溶液，待測溶液已與NaCl 標準溶液同室室溫放置24h，測定三次取平均值作為待測試樣中的氯離子含量值。

1981年，Whiting 發明了氯離子在直流電加速下擴散的試驗方法，它的前身是快速氯離子滲透試驗方法(RCPT)[2]。此裝置受到在溶液中電場的作用下的離子可以很快滲透入混凝土的啟發。在電壓為60V 的條件下工作。之所以采用這種方法，是因為此方法花費時間較短，同時在實驗室是可持續利用的，節省資源。后來美國公路運輸局和材料協會ASTM 選定該方法為標準試驗方法，并命名為AASHTO T277。

AASHTO T277 試驗的具體方法：水飽和混凝土試件厚度為50mm，直徑為100mm，分別將濃度為3.0%NaCl 和0.3mol/L 的NaOH 注入到水槽的兩端，保持60V 電壓條件下進行6 小時的連續充電，混凝土的抗氯離子滲透能力就可以根據規定時間內經過混凝土的電量差異來判斷[6]。

雖然電量法具有快速、便捷等優點被推廣使用，但是在實際運用過程中也存在著一些問題：

1)試驗過程施加的電源電壓為60V 的直流電，過高的電壓使溶液濃度溫度升高的同時，也會導致試件兩側的NaOH 和NaCl 溶液電離，產生的試驗誤差對結果產生影響。

2)試件兩側為NaCl 溶液和NaOH 溶液，這兩種溶液也會導電分離，所以通過的試件的電量不僅只和氯離子有關，那么，測得電通量值不再是單獨的氯離子通過量。

3)對于高性能混凝土來說，試件真空飽水度不宜控制，試驗結束時電流值達不到穩定的狀態，測得試驗結果是氯離子穩定狀態的值，有一定的試驗誤差存在。

該方法通過測量直流電壓下混凝土的電值來評估不同原料和配合比的混凝土的氯離子滲透性，也可用于間接評估混凝土的密實度；適用于直徑95-102mm，厚度51mm±3mm 的普通混凝土芯樣品。

原因是混凝土試件孔溶液、離子濃度測試電壓等因素會引起電極反應，這些負面效應不僅會影響實驗效果，還會導致檢測結果產生較大誤差，致使結果不具備較強的參考性。所以，如果在用此種方法進行高性能混凝土檢測時，實際操作中，可能會由于試件密實度過高、電阻值增大、檢測電流時間短，而無法保證結果持續穩定在一個具備參考價值的數值之內，同時，也會給檢測過程帶來很多阻礙，致使結果無法被精確的檢測到。同時在ASTMC1202 標準中對相關干擾因素進行了明確規定，如果混凝土中摻有亞硝酸鈣或其他組分，采用這種實驗方法就會導致誤導性結果的出現較大誤差，這個問題無法避免，因此必須要特別注意。

詳細試驗步驟：

1）試件的直徑應為95-102mm，厚度約為51mm（±3mm）的混凝土試件，養護至目標的試驗齡期，每組做3 個試件。

2）將試件置于空氣中，直到表面水分蒸發完畢。在測試件的側面涂硅橡膠或樹脂密封材料。如有必要，在頂蓋中填充孔，以確保探針側完全閉合。

3）測試前應證明真空飽和水。將試件放入1000mL 燒杯中，然后放入真空干燥機中，在幾分鐘內啟動真空泵，真空度小于113PPa，保持真空度3 小時，保持真空度并插入足夠的 直到試驗件淹沒為止的蒸餾水量。將試件浸泡1 小時后，將恢復正常壓力，并浸泡18±2 小時。

4）在室溫條件下，從水中取出測試件，清洗更多的水，將測試件安裝在測試箱中，用橡膠密封圈或其他密封劑密封，并確保有一塊帶有兩個測試釘和螺釘的文本件。如果沒有泄漏，則將測試設備放在運行于20°C 至23°C 的循環冷水箱中。水位應在設備表面以下5mm 處。

5）將氫氧化鈉溶液（0.3mol/L）與氯化鈉溶液（3%）分別放置于兩個試件槽中，注入NaCl 的試劑槽內的銅導線接電源負極，NaOH 的接正極。

6）打開電源，在上方的兩個銅柵上施加60V 恒定電壓，并記錄當前電源的開始讀數，打開電源并保持測試溶液充滿溶液。最初，當前值每分鐘記錄一次。當前值變化不大時，每10 分鐘記錄一次當前值。

試驗結果處理：

1）根據得到的數據繪制出電流與時間變化的關系圖。將描出的點用不間斷的平滑曲線連接，用積分的方法計算曲線面積，或者根據梯形方法對面積進行積分，即可在6 小時內獲得通過測試的電。 通過表1 確定混凝土的氯離子滲透率。

2）取同一組中3 個試件的通過電流平均值作為該組試件的通量。 當三個試樣中的一個超過平均值的15%時，將另兩個試樣的平均值作為一組試樣的通量。 當3 個試件中有2 個超過平均15%時，該測試無效。

混凝土滲透性測試方法多種多樣、種類豐富，檢測人員可以依據實際需要以及檢測混凝土組分類別進行科學對應，以保證檢測結果的精確。但是需要注意的一點是，有些混凝土滲透性測試方法雖然名字或參與組分看似差不多，但是檢測原理、適用范圍卻大相徑庭，因此，在檢測混凝土，尤其是高強高性能混凝土的滲透性時，必須保證檢測方法的適配性與科學性。通常情況下，電量法在常規混凝土抗氯離子滲透性的檢測過程中較為常見且常用。尤其是用于粒徑在C30～C50 之間的混凝土檢測中，故可進行大范圍推廣。將技術研究重點放置在此種檢測手法上，能夠保證檢測結果更為精確的同時，縮減需要落實的步驟。再有，伴隨檢測原理儀器性能的技術發展，在對混凝土抗氯離子滲透性進行快速評定時，還可選擇氯離子擴散系數法或電阻率法，這些方法同樣擁有較高的環境適配度。同時，可以獲得良好的檢測結果。與此同時，這兩種檢測方法在現場快速評定混凝土抗氯離子滲透性技術方向上擁有良好的前景。而那些老混凝土的耐久性或剩余使用年限較長的混凝土，最好使用自然浸泡法，這種技術方法可以保證結果的準確性，技術操作手法較為簡便，技術方法的價值發揮也受外界環境影響較小。