葉其業(yè)，杜乃紅，張珩瑜

（1.天津塘沽區(qū)濱海建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，天津 300456；2.中石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司黃島油庫(kù)，山東 青島 266500）

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前建筑工程中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，但是大量混凝土工程實(shí)例說(shuō)明，許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種原因而提前失效，達(dá)不到預(yù)定的服役年限，這其中主要是由于結(jié)構(gòu)的耐久性不足導(dǎo)致的[1-2]。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在一定條件下是相對(duì)耐久的，然而，由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的某些缺陷和隨著時(shí)間的推移及環(huán)境的惡化，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)暴露出了耐久性方面的問(wèn)題。有關(guān)專家指出我國(guó)混凝土破壞的主要原因是“南銹北凍”[3-4]。

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性綜合調(diào)查結(jié)果表明，在北方，不僅存在凍害也同樣存在嚴(yán)重的銹蝕。因此，可以進(jìn)一步將“鋼筋銹蝕”排在影響混凝土耐久性因素的首位，而海洋環(huán)境和使用除冰鹽中的氯離子，又是造成鋼筋銹蝕的主要原因[5]。

在實(shí)際工程中，造成鋼筋銹蝕的氯離子的主要來(lái)源分為內(nèi)在的和滲入的兩方面，即：組成混凝土的原材料（砂石、水泥、外加劑、水、摻合料）及施工過(guò)程中帶入的內(nèi)在方面的原因，和更主要的，在氯鹽環(huán)境中，通過(guò)混凝土表面氯離子滲入的原因。

為此，在我國(guó)各行業(yè)現(xiàn)行的混凝土設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工驗(yàn)收規(guī)范中，均對(duì)混凝土原材料及混凝土本身氯離子限值提出了具體嚴(yán)格規(guī)定，從一個(gè)方面有效地降低了混凝土內(nèi)部自身的氯離子含量。另一方面，對(duì)不同環(huán)境條件下的混凝土的抗氯離子滲透性能提出了明確要求，以提高結(jié)構(gòu)抵御氯離子滲透的能力，避免引起鋼筋銹蝕使結(jié)構(gòu)破壞。

本文結(jié)合工程施工，對(duì)混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)進(jìn)行研究和總結(jié)，對(duì)滲透性試驗(yàn)中的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析。

1 混凝土氯離子滲透性的試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)方法

我國(guó)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土耐久性指標(biāo)中，氯離子滲透性的檢測(cè)采用電通量法和RCM滲透系數(shù)法兩種，本文依據(jù)這兩種方法開展試驗(yàn)研究。

1.1.1 電通量法

電通量法于1983年被美國(guó)公路運(yùn)輸局定為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，即AASHTOT277，緊接著又被美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)ASTM選定為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。試驗(yàn)的具體方法：50 mm厚，100 mm直徑的水飽和混凝土試件，兩端水槽所用溶液分別為3.0%NaCl和0.3 mol NaOH，在60 V的外加電場(chǎng)下持續(xù)通電6 h，以該時(shí)間內(nèi)通過(guò)混凝土電量的高低來(lái)判斷混凝土的抗氯離子滲透能力。

1.1.2 滲透系數(shù)（RCM）法

滲透系數(shù)（RCM）法是 Tang Luping等基于Nernst-Planck方程，首先從理論建立了濃度、通量、滲透深度、滲透系數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。其中，Tang Luping的試驗(yàn)方法已經(jīng)被歐盟廣泛接受，并推薦為歐盟規(guī)范。具體方法是：采用30 V直流電，加速氯離子的滲透，以劈裂試件測(cè)量氯離子的滲透高度，計(jì)算滲透系數(shù)。

1.2 研究過(guò)程

本文的試驗(yàn)研究是結(jié)合混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程檢測(cè)進(jìn)行的，主要研究?jī)?nèi)容如下：

1）電通量試驗(yàn)時(shí)，研究了電流和電通量的關(guān)系；

2） 對(duì)比電通量試驗(yàn)時(shí)的電通量和滲透系數(shù)的關(guān)系（即對(duì)所有電通量試驗(yàn)后的試件都進(jìn)行劈裂和按RCM法測(cè)定電通量試驗(yàn)后的氯離子滲透系數(shù)）；同時(shí)，為了解通電時(shí)間對(duì)滲透系數(shù)的影響，安排部分試件在電通量試驗(yàn)后繼續(xù)通電到RCM法試驗(yàn)；

3）研究電流和氯離子滲透系數(shù)的關(guān)系；

4）用同組試件研究了電通量和RCM法滲透系數(shù)的關(guān)系；

5）研究齡期對(duì)氯離子滲透性能的影響。

1.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

1.3.1 初始電流和電通量

共進(jìn)行了59個(gè)電通量試驗(yàn)，齡期7~190 d，強(qiáng)度等級(jí)C35~C50。圖1為電通量與初始電流的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

由試驗(yàn)可知，電通量與初始電流、終了電流、平均電流的關(guān)系的回歸系數(shù)均達(dá)0.998，具有很強(qiáng)的相關(guān)性。采用初始電流直接測(cè)量電通量是可行的。

1.3.2 電通量-滲透的關(guān)系

對(duì)同組試件（40組）同時(shí)進(jìn)行了電通量和滲透試驗(yàn)，兩者的關(guān)系如圖2所示。

對(duì)上述試件中的37組，在電通量試驗(yàn)后，進(jìn)行滲透測(cè)試，得出電通量試驗(yàn)時(shí)的電通量-滲透（電通量后）、滲透-滲透（電通量后）的關(guān)系，如圖3、圖4。

從以上可以看出，三種情況下（即：①、同組試件同時(shí)檢測(cè)電通量和滲透系數(shù)，如圖2；②、?、僦须娡吭囼?yàn)后的試件劈裂后測(cè)定滲透系數(shù)和電通量，如圖3；③、②中的電通量試驗(yàn)后測(cè)定滲透系數(shù)和①中直接測(cè)定滲透系數(shù)，如圖4）所得的電通量和滲透系數(shù)的關(guān)系都較好，相關(guān)性也大致相同。但是，進(jìn)行定量劃分混凝土抗氯離子滲透性能等級(jí)時(shí)，兩者之間則相差很大，應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1.3.3 電通量和滲透試驗(yàn)時(shí)兩者初始電流值的關(guān)系

1.3.3.1 電通量試驗(yàn)時(shí)電壓變化后的電流變化

因?yàn)殡娡吭囼?yàn)時(shí)的電壓是60 V，而滲透試驗(yàn)時(shí)則需根據(jù)初始電流的不同而采用不同電壓，一般多用30 V。圖5是同一試件用電通量法分別測(cè)30 V和60 V的初始電流。

從以上可看出，電通量試驗(yàn)時(shí)，電壓與初始電流是按線性變化的，即采用60 V的試驗(yàn)電壓時(shí)，可以用圖5中的線性方程換算成30 V時(shí)的初始電流。

1.3.3.2 同組試件電通量和滲透試驗(yàn)時(shí)的初始電流關(guān)系

圖6是37組試件同時(shí)進(jìn)行電通量和滲透（30 V）試驗(yàn)時(shí)的兩者初始電流關(guān)系。

可以看出，兩者的初始電流關(guān)系明顯，因而可以從滲透試驗(yàn)時(shí)的初始電流計(jì)算電通量的初始電流。

1.3.4 電通量、滲透系數(shù)與齡期的關(guān)系

在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行了不同齡期的電通量和滲透系數(shù)的測(cè)試，并采用origin8進(jìn)行擬合，兩者與齡期的關(guān)系分別如圖7、8。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以得出：

1） 電通量試驗(yàn)時(shí)，電流和電通量存在良好的線性關(guān)系，因此可以采用初始電流按圖1的線性方程計(jì)算電通量，這樣可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)快速的檢測(cè)。這也為大量的類似實(shí)驗(yàn)研究所驗(yàn)證。

2） 電通量和滲透系數(shù)之間存在一定的線性關(guān)系，但許多資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果均有差別，如采用電通量來(lái)計(jì)算滲透系數(shù)，還需積累數(shù)據(jù)和進(jìn)一步驗(yàn)證。

3）電通量試驗(yàn)后按RCM法測(cè)得的滲透系數(shù)分別與電通量和滲透系數(shù)兩者都具有較好的相關(guān)性，見圖3和圖4。然而，電通量試驗(yàn)后按RCM法測(cè)試的滲透系數(shù)明顯大于直接以RCM法測(cè)得的滲透系數(shù)，本人認(rèn)為主要原因是通電時(shí)間問(wèn)題。同時(shí)，根據(jù)1）可以得出初始電流大，電通量也必然大，此試件用RCM法測(cè)定時(shí)，初始電流也一定偏大，按規(guī)范的試驗(yàn)方法，需根據(jù)初始電流劃分不同等級(jí)而確定通電時(shí)間。那么：①成倍減少了通電時(shí)間，滲透高度不會(huì)成倍減少。②RCM法滲透系數(shù)的計(jì)算中，滲透系數(shù)DRCM，0與通電時(shí)間 t和滲透高度 Xd存在如下關(guān)系：DRCM，0∝（Xd-aXd1/2）/t，那么對(duì)于初始電流小的試件，因減少通電時(shí)間，必然使計(jì)算的滲透系數(shù)數(shù)值偏大。③關(guān)于RCM法測(cè)定時(shí)，根據(jù)不同初始電流劃分不同等級(jí)而確定通電時(shí)間，有關(guān)這方面的資料較少，有待于進(jìn)一步研究。

4）RCM法進(jìn)行滲透試驗(yàn)時(shí)的初始電流和電通量試驗(yàn)時(shí)的初始電流存在很好的相關(guān)性，采用滲透試驗(yàn)的初始電流，并按圖6和圖1中的線性方程式計(jì)算電通量，與實(shí)測(cè)電通量的比較如圖9?？梢钥闯觯瑑烧呶呛闲粤己?。因此，可以采用RCM法滲透試驗(yàn)時(shí)的初始電流計(jì)算電通量。

5） 可以采用圖7和圖8的線性方程式來(lái)預(yù)測(cè)混凝土不同齡期的電通量和滲透系數(shù)，以滿足施工進(jìn)度和提前質(zhì)量控制要求。

6） 建議采用綜合法進(jìn)行電通量和滲透試驗(yàn)，即：試驗(yàn)采用RCM法滲透試驗(yàn)的介質(zhì)和裝置，試驗(yàn)時(shí)間和電壓統(tǒng)一為6 h和60 V，并測(cè)定初始電流，用初始電流計(jì)算電通量，用劈裂法測(cè)定滲透系數(shù)，從而使兩者統(tǒng)一。

[1] 趙國(guó)藩，金偉良，貢金鑫.結(jié)構(gòu)可靠度理論[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]金偉良，趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[3] 陳肇元.結(jié)構(gòu)安全性與可靠度設(shè)計(jì)方法[C]//土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性科技論壇，2001.

[4]水利水電科學(xué)研究所.全國(guó)水工建筑物耐久性及病害處理調(diào)查報(bào)告[R].1986.

[5] 萬(wàn)德友.我國(guó)鐵路橋梁病害淺談及對(duì)策[C]//中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)橋梁病害診斷及剩余壽命評(píng)估學(xué)術(shù)討論會(huì).大連，1995.