蘇 鵬 杜留杰

(商丘學(xué)院土木工程學(xué)院，河南 商丘 476000)

1 引言

自混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生以來，至今已有數(shù)百年歷史。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，工程中發(fā)現(xiàn)許多沿海城市建筑建成后不久，在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)使用年限前就因?yàn)槟途眯栽蚨霈F(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷和局部破裂。結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，出現(xiàn)耐久性失效，不僅影響人們生活質(zhì)量，而且會(huì)造成數(shù)倍于原建筑投資費(fèi)用的損失。

世界著名專家p.K.Metha指出，混凝土材料破壞的最突出的是鋼筋銹蝕，而此與混凝土抗?jié)B性有關(guān)。而海工結(jié)構(gòu)的混凝土直接遭受海水侵蝕或遭受海霧的侵蝕等諸多現(xiàn)象與氯離子滲透有關(guān)。因此，快速、準(zhǔn)確的測定出混凝土的抵抗氯離子的滲透性能對(duì)于混凝土的耐久性防護(hù)具有十分重要的意義。

氯離子滲透進(jìn)入混凝土材料本身是一個(gè)很復(fù)雜的過程，其中包括通過孔結(jié)構(gòu)和毛細(xì)孔的自然滲透、毛細(xì)水吸力、擴(kuò)散作用和電化學(xué)遷移，并且還伴隨著物理吸附和化學(xué)結(jié)合作用。除此之外，其他離子成分也會(huì)進(jìn)入到混凝土材料中。那么在混凝土的孔隙液中，不平衡的化學(xué)離子會(huì)產(chǎn)生靜電勢差，從而會(huì)引導(dǎo)氯離子的擴(kuò)散。

自從1980年早期，為了研究氯離子擴(kuò)散進(jìn)入混凝土的機(jī)理，世界各地的實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)和研究領(lǐng)域的專家開展了許多不同的實(shí)驗(yàn)研究方法。

2 試驗(yàn)方法及存在的問題

2.1 離子自然擴(kuò)散

對(duì)于離子自然擴(kuò)散，當(dāng)前有兩大主流測試法被普遍用來測試氯離子滲透混凝土。一個(gè)是鹽池實(shí)驗(yàn)法(AASHTO T259 or ASTM C1543)，另一個(gè)是容積擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)法(Nordtest NT Build 443 or ASTM C1556)。

圖1 AASHTO T259實(shí)驗(yàn)圖

圖2 NT Build443 實(shí)驗(yàn)圖

然而這兩種方法對(duì)測試周期時(shí)間的消耗是巨大的。尤其對(duì)于高性能混凝土，為了使混凝土內(nèi)部擴(kuò)散足夠的氯離子濃度，兩種試驗(yàn)周期可能會(huì)持續(xù)90d甚至更久。

2.2 混凝土氯離子快速擴(kuò)散性能測試法(Rapid chloride permeability，RCp)和非穩(wěn)態(tài)混凝土氯離子快速遷移測試法(Rapid chloride migration，RCM)

為了減少實(shí)驗(yàn)測試周期，離子擴(kuò)散基于電化學(xué)擴(kuò)散測試法被發(fā)明了出來，其中包括混凝土氯離子快速擴(kuò)散性能測試法(Rapid chloride permeability，RCp)和非穩(wěn)態(tài)混凝土氯離子快速遷移測試法(Rapid chloride migration，RCM)。

圖3 3RCp實(shí)驗(yàn)圖

RCp最初是由Whiting在1981年提出，此方法主要通過直接測定混凝土的電導(dǎo)率或間接測定電阻率從而推定混凝土氯離子的抵抗能力。先后被美國公路運(yùn)輸局和美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)采納為(AASHTO T277)和(ASTM C1202)標(biāo)準(zhǔn)。這種方法的主要弊端是電導(dǎo)率或電阻率的測試結(jié)果并不能準(zhǔn)確的反映氯離子的擴(kuò)散性能，因?yàn)槁入x子在混凝土中的擴(kuò)散性能主要取決于混凝土的孔結(jié)構(gòu)，然而電導(dǎo)率或電阻率不僅僅取決于混凝土的孔結(jié)構(gòu)而且還與混凝土孔隙液的導(dǎo)電性有很大關(guān)系。當(dāng)測試混凝土中如果含有粉煤灰、硅灰、大比例的減水劑或者添加劑的時(shí)候，測試結(jié)果和真實(shí)值會(huì)有很大的偏差。

圖4 RCM實(shí)驗(yàn)圖

RCM測試法是由唐路平和Nilsson在CTH高校提出，而后分別被Nordtest和AASHTO采納為NT Build492和試行標(biāo)準(zhǔn)Tp64。RCM測試法大體上類似于RCp測試法，然而RCM采用的是直接測量氯離子的滲透深度取代了RCp的總傳遞電量從而表征氯離子的滲透性能。但是RCM測試法在計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)的時(shí)候需要氯離子在混凝土中的滲透深度，而這是很難測定的。在目前操作規(guī)程中，測定深度依賴于一維擴(kuò)散系數(shù)方程的解即理論上混凝土內(nèi)部氯離子滲透面的濃度曲線來預(yù)測。然而有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)RCM測試法中的混凝土氯離子濃度曲線測定值與理論上的濃度曲線預(yù)測值有較大的差距。除此之外RCM實(shí)驗(yàn)要求混凝土內(nèi)部不含氯離子。如果在實(shí)驗(yàn)之初混凝土內(nèi)部已經(jīng)含有氯離子，在RCM的實(shí)驗(yàn)過程中，內(nèi)部氯離子將產(chǎn)生兩種作用：①在電場環(huán)境下它們會(huì)發(fā)生遷移；②它們也和指示劑反應(yīng)。這兩種作用會(huì)影響到RCM實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時(shí)采用RCM的實(shí)驗(yàn)方法將不能測出氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與未來

對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)存在的問題，一些學(xué)者專家提出了改進(jìn)的意見。如：通過研究元素周期表，發(fā)現(xiàn)氯離子和碘離子具有極其相似的特性，那么將電遷移離子用碘離子替代氯離子(因?yàn)榛炷帘旧砗颓治g過程中并不含碘離子)，并且將RCM顯色方法依據(jù)碘離子顯色進(jìn)行改進(jìn)，最終形成了RIM(Rapid Iodine Migration)混凝土碘離子擴(kuò)散系數(shù)快速測定方法。此方法對(duì)于混凝土氯離子抗氯離子滲透系數(shù)測定精度大大提高。另外也有專家學(xué)者建立了暴露站，利用真實(shí)環(huán)境下混凝土侵蝕，為準(zhǔn)確的測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了方便。

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