第一篇：對混凝土抗氯離子性能試驗(yàn)方法的探討-楊醫(yī)博 梁松 莫海鴻 陳尤雯

對混凝土抗氯離子性能試驗(yàn)方法的探討

楊醫(yī)博 梁松 莫海鴻 陳尤雯（華南理工大學(xué)建筑學(xué)院 510640）

摘要：目前在《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》（CCES 01-2004）中規(guī)定了四種評定混凝土抗氯離子性能的試驗(yàn)方法：RCM法、電量法、NEL法和自然擴(kuò)散法，在該標(biāo)準(zhǔn)中，對RCM法和NEL法進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，而對電量法和自然擴(kuò)散法則未進(jìn)行描述。根據(jù)一般的經(jīng)驗(yàn)，試樣的來源和試樣處理的過程均會(huì)對最終的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。由于這四種方法均是對混凝土抗氯離子性能進(jìn)行測試，因此有必要對可以統(tǒng)一的部分進(jìn)行歸納，以提高四種方法對混凝土抗氯離子性能評估的一致性。根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)方法以及近年來國內(nèi)外文獻(xiàn)，對試樣尺寸和試驗(yàn)方法等內(nèi)容提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：混凝土；氯離子；試驗(yàn)方法

1.概述 2.現(xiàn)行的混凝土抗氯離子性能試驗(yàn)方法

隨著混凝土向高性能發(fā)展以及對耐久性的日1）電量法 益重視，用以評價(jià)高性能混凝土耐久性的試驗(yàn)方電量法是美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1202的簡稱，國法也越來越受到人們的關(guān)注。內(nèi)對其進(jìn)行了少許改進(jìn)。

對于普通混凝土，通常采用抗?jié)B性、抗凍性、美國標(biāo)準(zhǔn)中采用φ102mm×51mm的標(biāo)準(zhǔn)試抗碳化能力等指標(biāo)來表征混凝土的耐久性能。在件，以成型的圓柱體表面的50mm切片作為試件。高性能混凝土中，混凝土的抗凍性和抗碳化能力試驗(yàn)前需進(jìn)行真空飽水，將試件放入真空干燥器，仍可沿用普通混凝土的方法，但由于混凝土中水將內(nèi)部壓力減少至低于133Pa，保持3h，加入水膠比較小，混凝土非常致密，測試混凝土的抗?jié)B后再抽真空1h，然后將試件浸于水中18?2h。壓力耗時(shí)較長，用抗?jié)B壓力來表征混凝土的抗?jié)B國內(nèi)采用φ100mm×50mm或100mm×性能變得非常困難，必須采用其他方法來確定混100mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，加工時(shí)應(yīng)至少切除試凝土的抗?jié)B性能。件表面層20mm。試驗(yàn)前需進(jìn)行真空飽水，將試件為解決這一問題，各國學(xué)者進(jìn)行了很多研究，放入真空干燥器，真空度低于-0.08MPa，保持4h，也提出了多種方法，目前多采用混凝土的抗氯離加入水后再抽真空2h，然后將試件浸于水中子性能來表征高性能混凝土的抗?jié)B性能。在中國16?2h。土木工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工試驗(yàn)采用60V直流電，陽極采用0.3mol/l的指南》（CCES 01-2004）[1]中確定了可以用四種方法氫氧化鈉溶液，陰極采用3％氯化鈉溶液，通電時(shí)（電量法、RCM法、NEL法和自然擴(kuò)散法）來測定間為6h。試驗(yàn)時(shí)定時(shí)測定電流值，計(jì)算6h內(nèi)通過混凝土的抗氯離子性能。試樣的電量值，并據(jù)此判斷混凝土的抗氯離子性由于這四種方法的來源不同，其在樣品制備、能。操作過程等方面存在較大差異，這種差異的存在不2）RCM法 利于不同方法所得數(shù)據(jù)的對比。為改變這一情況，RCM法來源于唐路平博士的方法，但在一些本文從現(xiàn)有的四種試驗(yàn)方法入手，提出一些建議供具體細(xì)節(jié)方面做了改動(dòng)。同行參考。RCM法采用φ100mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，用φ100mm×300mm或150mm×150mm×150mm的試件制成，加工時(shí)應(yīng)至少切除表面層20mm。試驗(yàn)前7d加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)行試驗(yàn)前進(jìn)行15min超聲浴。

試驗(yàn)采用30V直流電，陽極采用約300ml的0.2mol/l的氫氧化鉀溶液，陰極采用含5％氯化鈉的0.2mol/l的氫氧化鉀溶液，根據(jù)初始電流的不同，通電時(shí)間為4h～168h。

試驗(yàn)結(jié)束后，將試件劈開，用0.1mol/l的硝酸銀溶液測定氯離子滲透深度，利用公式計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)。3）NEL法

NEL法是清華大學(xué)提出的方法。

NEL法采用100mm×100mm×50mm或φ100mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，試件需切除表面層20mm以上。

試驗(yàn)前將試件加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，將試件放入真空干燥器，真空度低于-0.08MPa，保持4h，加入4mol/l的氯化鈉溶液后再抽真空2h，繼續(xù)保持試樣浸泡于氯化鈉溶液中至24h。

用NEL型混凝土滲透性電測儀測定氯離子滲透系數(shù)。該方法測試時(shí)間短，只需5-8min。4）自然擴(kuò)散法

自然擴(kuò)散法是最直接的一種方法，其過程是將養(yǎng)護(hù)到一定齡期的試件在含有氯離子的的水中浸泡，浸泡到一定齡期后切片測量不同深度的氯離子含量。

由于研究者不同，所采用的試樣尺寸和浸泡溶液的離子種類和數(shù)量也是多種多樣。

自然擴(kuò)散法的試驗(yàn)時(shí)間較長，通常需在含氯離子的溶液中浸泡90d以上齡期。3.建議的試驗(yàn)方法

從本質(zhì)來看，混凝土是一種不均勻材料，無論是對于成型的混凝土試件還是現(xiàn)場澆筑的混凝土而言，其表面通常都較內(nèi)部更容易滲透，因此，選用什么尺寸的試樣以及用試樣的什么部位進(jìn)行試驗(yàn)都會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

參考現(xiàn)行的上述幾種試驗(yàn)方法，針對試驗(yàn)過程提出如下建議。1）試樣尺寸的選取

從進(jìn)行試驗(yàn)的角度來看，采用的試樣有兩種，一種是成型的試件，其中包含了試驗(yàn)室和工地現(xiàn)場成型的試件兩種，另一種是現(xiàn)場抽芯的試件。

在上述四種試驗(yàn)方法中，除RCM法一定要使用圓柱體試件外，其他方法均可使用長方體試件。

考慮到我國主要采用立方體試件的具體情況，對于成型的試件，建議電量法、NEL法和自然擴(kuò)散法中采用100mm×100mm×100mm的試件，RCM法中采用φ100mm×200mm的試件。每組均為三個(gè)試件。

當(dāng)采用抽芯的試件時(shí)，建議采用φ100mm的試件，試件長度不小于100mm。2）試樣的試驗(yàn)齡期

水泥的水化過程是隨著時(shí)間延長而逐步進(jìn)行的，對于普通混凝土水泥水化主要集中在28d以前，而對于摻加了大量礦物摻合料的混凝土，可能在90d以前水化都在持續(xù)進(jìn)行。

水化程度的不同在微觀上表現(xiàn)為混凝土的密實(shí)度不同，而密實(shí)度的不同將直接影響滲透性的測試結(jié)果。因此，采用何種齡期進(jìn)行測試，對測試結(jié)果影響非常大。

在《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中提出的控制指標(biāo)中，電量法是采用56d齡期的指標(biāo)，而RCM法則采用28d齡期的指標(biāo)。對于同一個(gè)配比的混凝土試樣，其特定齡期的滲透性是一樣的，而不同齡期的滲透性差異則可能非常大，對于不同的試驗(yàn)方法宜采用相同的齡期進(jìn)行混凝土抗氯離子性能的測試和評定。

考慮到現(xiàn)有的高性能混凝土中均摻加了大量的礦物摻合料，而礦物摻合料產(chǎn)生二次水化所需時(shí)間較長，綜合考慮試驗(yàn)時(shí)間和水化過程，建議采用56d齡期的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。3）試樣的切割方法

在上述四種試驗(yàn)方法中，美國標(biāo)準(zhǔn)的電量法采用的是試件表層，自然擴(kuò)散法中可以采用不切割的試件，而其他方法中均采用試件的中部（切除表層20mm以上）。

混凝土試件的表層通常滲透性較大，以表層進(jìn)行試驗(yàn)所得的滲透系數(shù)較大，考慮到混凝土構(gòu)件在實(shí)際工程中都是表面先接觸到有害物質(zhì)，以表層進(jìn)行試驗(yàn)更接近實(shí)際情況。

但采用試件表層進(jìn)行試驗(yàn)存在兩個(gè)問題，一是表層的質(zhì)量不穩(wěn)定，所得的數(shù)據(jù)離散性較大，二是表層不夠光滑，需進(jìn)行打磨。

由于試驗(yàn)必須考慮可重復(fù)性和離散性，希望在試驗(yàn)中采用的樣品性能是較為穩(wěn)定的，因此建議采用試件的中部進(jìn)行試驗(yàn)。

對于成型的試件，當(dāng)采用100mm×100mm×100mm的試件時(shí)，以平行于成型面方向切割試件，切除試件表面層20～30mm；當(dāng)采用φ100mm×200mm的試件時(shí)，切除試件表面層50～60mm。從切除表面層后的試件上表面切取50mm厚試件作為測試用試件。

對于抽芯的試件，切除試件表面層20～30mm，從切除表面層后的試件上表面切取50mm厚試件作為測試用試件。

為保證試件的上下表面平行，建議采用雙刀的巖石切割機(jī)進(jìn)行試件的切割，并在測試前24h取出試件進(jìn)行切割。4）試樣的超聲清洗

目前只有RCM方法中規(guī)定了要對試件進(jìn)行超聲清洗，考慮到試件要進(jìn)行飽水（飽鹽）處理，為保持飽水（飽鹽）設(shè)備的清潔，宜在進(jìn)行飽水（飽鹽）處理前進(jìn)行清洗。

建議的超聲清洗步驟是，將切割好的試件放入40MHz的超聲波清洗器中進(jìn)行15min超聲浴。5）試樣的飽水（飽鹽）過程

由于高性能混凝土的水膠比通常較低，混凝土非常密實(shí)，僅采用浸泡方法，混凝土內(nèi)部很難完全飽水，應(yīng)采取真空處理方法進(jìn)行飽水處理。

根據(jù)清華大學(xué)的研究，高強(qiáng)混凝土在真空度-0.08MPa時(shí)，干抽4h，濕抽2h即可達(dá)到完全飽水的目的。

有些內(nèi)部資料顯示，對于超高強(qiáng)的混凝土，上述真空飽水制度并不能使試件完全飽水。有些學(xué)者認(rèn)為，真空飽水過程破壞了試件原有的孔隙結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)結(jié)果不能真實(shí)反映試件的抗氯離子滲透性。根據(jù)作者的試驗(yàn)結(jié)果，試件的飽水程度不同對電量值的影響非常大，干燥狀態(tài)試件的電量值遠(yuǎn)較飽水狀態(tài)下的低，從保證工程質(zhì)量和試驗(yàn)可重復(fù)性的角度看，宜采用固定的真空飽水制度。

建議的飽水（飽鹽）過程如下，將經(jīng)過超聲清洗的試件放入抽真空裝置中，使試件在真空度為-0.08MPa的條件下保持4h，再加入自來水（NEL法需加入4mol/l的氯化鈉溶液），繼續(xù)在真空度為-0.08MPa的條件下保持2h，關(guān)閉真空泵，保持試件浸于水中16?2h。

由于氯化鈉對設(shè)備有腐蝕，進(jìn)行飽鹽以后需盡快對設(shè)備進(jìn)行清洗。

為防止氯化鈉清洗不干凈對試件造成影響，NEL法的飽鹽設(shè)備需專用，不得與其他方法中試件的飽水過程共用同一設(shè)備。

6）溶液的種類和濃度

在上述四種方法中，溶液的種類和濃度各不相同，其中RCM法、電量法和NEL法中各自確定了本方法中的溶液的種類和濃度，而自然擴(kuò)散法中并未作規(guī)定。

從進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果對比的角度看，四種方法采用相同的溶液種類和濃度是較好的。考慮到RCM法和自然擴(kuò)散法可用于評估混凝土的耐久壽命，而電量法和NEL法僅可用于混凝土抗氯離子性能高低的評定。電量法、RCM法和NEL法已經(jīng)應(yīng)用多時(shí)，改變?nèi)芤褐须x子種類和數(shù)量將需進(jìn)行大量的工作，而自然擴(kuò)散法中目前并無規(guī)定的離子種類和數(shù)量，將自然擴(kuò)散法和RCM法中離子種類和濃度定為相同較為合適。

建議自然擴(kuò)散法中使用的浸泡溶液為含5％氯化鈉的0.2mol/l的氫氧化鉀溶液，試件與溶液體積比為1：2，每1個(gè)月更換一次溶液，試件在溶液中浸泡3個(gè)月以上齡期后，用0.1mol/l的硝酸鹽溶液測定混凝土試件中氯離子滲透深度或切片測量試樣中氯離子濃度。4.結(jié)語

本文從規(guī)范試驗(yàn)過程的角度對混凝土抗氯離子性能試驗(yàn)方法進(jìn)行了探討，提出了一些建議。

必須說明的是，本文提出的建議是從進(jìn)行試驗(yàn)的角度出發(fā)的，其特點(diǎn)是盡可能的將試驗(yàn)條件統(tǒng)一，而并非是將試驗(yàn)條件與實(shí)際工程條件統(tǒng)一。

以自然擴(kuò)散法為例，本文建議的方法是為了和RCM法更好的進(jìn)行對比，如果是為了得到實(shí)際條件下混凝土中氯離子的滲透規(guī)律，則以采用不切割的試件在工程現(xiàn)場條件下進(jìn)行試驗(yàn)為宜。

混凝土抗氯離子性能試驗(yàn)方法的完善需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)工作，本文提出了作者的一些觀點(diǎn)，供同行參考。

參考文獻(xiàn)

1.中國工程院土木水利與建筑學(xué)部工程結(jié)構(gòu)安全性與耐久性研究咨詢項(xiàng)目組，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南，中國建筑工業(yè)出版社，2004

楊醫(yī)博，男，1977-，博士，講師。

廣州 華南理工大學(xué)建筑學(xué)院土木系，郵編510640 電話/傳真：020-87111568

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