李澤君

（安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學(xué)研究院　安徽蚌埠　230002　安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站　安徽合肥　230088）

引言

目前國內(nèi)外已經(jīng)先后有一批研究學(xué)者通過試驗(yàn)分析等方式證明，大量氯離子利用鋼筋混凝土材料中的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)入其內(nèi)部，會引發(fā)鋼筋出現(xiàn)銹蝕、鋼筋體積膨脹等問題。因此為了能夠有效保障鋼筋混凝土材料的質(zhì)量，需要對進(jìn)入其內(nèi)部的氯離子進(jìn)行有效控制?；诖耍疚膶⑼ㄟ^依托干濕循環(huán)作用，初步探究氯離子對鋼筋混凝土材料的實(shí)際影響，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員以及防范氯離子銹蝕鋼筋混凝土材料提供必要參考。

1　試驗(yàn)分析

1.1　制作試件

為了有效說明干濕循環(huán)條件下氯離子對鋼筋混凝土材料所產(chǎn)生的實(shí)際影響，本文將選擇使用試驗(yàn)分析的方式。將試驗(yàn)使用的鋼筋混凝土材料規(guī)格尺寸設(shè)定為180mm×180mm×400mm，將兩根直徑為16mm的鋼筋安裝在鋼筋混凝土試件的下方位置處，鋼筋兩端頭部位置與導(dǎo)線進(jìn)行牢固焊接。在完成脫模處理后，需要按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對鋼筋混凝土試件進(jìn)行28d的灑水養(yǎng)護(hù)，并使用環(huán)氧樹脂密封試件表面，其側(cè)面以及底面則作為侵蝕面。在進(jìn)行鋼筋混凝土試件的制作過程中，選擇使用等級強(qiáng)度為C30的混凝土，按照水泥、水、砂和石1：0.55：2.8：1.65的比例進(jìn)行水泥的配比。而出于控制試驗(yàn)成本以及方便獲取試驗(yàn)材料等目的，本試驗(yàn)依照就地取材的原則直接使用本地產(chǎn)P·O42.5級水泥與當(dāng)?shù)厮蛑械纳?，通過對其進(jìn)行篩選處理，最終選用粒徑最大值不超過3mm，細(xì)度模數(shù)為2.4的河砂，試驗(yàn)中使用的碎石粒徑最大值為10mm。圖1展示的就是鋼筋混凝土試件制作示意圖。

圖1　試件制作（單位：mm）

1.2　試驗(yàn)制度

為了能夠真實(shí)地表現(xiàn)出干濕循環(huán)條件，本文選擇直接使用人工氣候環(huán)境模擬箱對干濕循環(huán)進(jìn)行真實(shí)模擬。以12h作為一個(gè)循環(huán)，在濕時(shí)使用濃度為5%的氯化鈉溶液，按照從上往下的方向進(jìn)行為時(shí)4h的均勻噴淋，此時(shí)需要將溫度控制在25℃左右，溫度誤差值不超過±5℃。在干時(shí)進(jìn)行為時(shí)8h的電加熱，此時(shí)溫度需要保障在60℃左右，溫度誤差值同樣不允許超過±5℃。

圖2　人工氣候環(huán)境模擬箱

1.3　取樣測試

每經(jīng)過十天的干濕循環(huán)后需要進(jìn)行一次取樣。在實(shí)際取樣時(shí)需要沿著氯離子的侵蝕方向，對距離鋼筋混凝土試件各深度位置處的氯離子含量進(jìn)行精準(zhǔn)測量。隨后通過使用專業(yè)的巖石切割機(jī)對試件進(jìn)行切片處理，本試驗(yàn)中所使用的取樣方式為分層取樣，取樣層共計(jì)六層，分別為0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～30mm、30～40mm 以及 40～50mm。在對各層在切片取樣中產(chǎn)生的粉末進(jìn)行分別收集整理之后，將其作為代表樣品，而后對其進(jìn)行充分研磨，使其可以全部從0.6mm篩網(wǎng)中通過。最后在溫度為105℃左右，溫度誤差值不超過±5℃的烘箱當(dāng)中對樣品進(jìn)行為時(shí)兩個(gè)小時(shí)的烘干處理，再將其取出后立即放置在干燥器中進(jìn)行冷卻處理，使其溫度與室溫基本一致即可。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　干濕循環(huán)條件下氯離子含量分布

通過分析整理干濕循環(huán) 20d、30d、40d、50d、60d以及 70d時(shí)鋼筋混凝土試件當(dāng)中各深度位置處的氯離子濃度分布情況，可知，隨著干濕循環(huán)天數(shù)的不斷增加，試件中每一層氯離子含量也會隨之出現(xiàn)明顯的增加情況。而在與混凝土表層相距1cm的位置處，氯離子濃度最高，即氯離子濃度出現(xiàn)最高峰值。隨后氯離子含量將會開始逐漸減少。而出現(xiàn)這一情況可能與鋼筋混凝土試件在干濕循環(huán)條件下，主要依靠同外界溶液直接接觸的方式，使得氯離子可以逐漸滲透其中有關(guān)。在干時(shí)外部水分大量蒸發(fā)，導(dǎo)致鋼筋混凝土試件表層孔隙液中的鹽分濃度也越來越高，受到濃度差的影響，鹽分將逐漸向內(nèi)擴(kuò)散。此時(shí)氯離子會在試件反復(fù)出于干濕循環(huán)條件下逐漸向其內(nèi)部擴(kuò)散。位于試件表層的氯離子滲透將受到對流以及擴(kuò)散耦合作用，在不斷出于干濕循環(huán)狀態(tài)下，混凝土中的毛細(xì)血管將會逐漸吸收氯離子。當(dāng)其含量達(dá)到最大值后，試件內(nèi)部的氯離子將會因受到濃度差的影響而逐漸向內(nèi)擴(kuò)散。

筆者在參考關(guān)博文、楊濤（2016）等人的研究結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)測得的氯離子含量相對較高[1]。筆者認(rèn)為這與本試驗(yàn)設(shè)計(jì)干濕循環(huán)次數(shù)較多有關(guān)，在每兩天進(jìn)行一次干濕循環(huán)下，干時(shí)最高溫度將達(dá)到60℃，擁有較大的作用強(qiáng)度。當(dāng)風(fēng)干程度逐漸提高時(shí)，鋼筋混凝土將會出現(xiàn)較強(qiáng)的毛細(xì)管吸收作用，從而迅速增加其表層孔隙液的鹽分濃度，加快其內(nèi)部擴(kuò)散速度，使得氯離子得以在鋼筋混凝土材料的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)迅速分布。

2.2　氯離子隨試件側(cè)壁高度變化分布

本試驗(yàn)通過在制備的鋼筋混凝土試件側(cè)壁2cm、9cm以及16cm位置處分別進(jìn)行取樣，并沿著試件側(cè)壁高度方向?qū)β入x子含量分布情況進(jìn)行精準(zhǔn)測定。通過將得到的干濕循環(huán)30天和干濕循環(huán)60天后的鋼筋混凝土試件側(cè)壁高度氯離子含量值進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)在試件側(cè)壁2cm位置處的氯離子含量最少，而在試件側(cè)壁16cm位置處的氯離子含量則最多。沿著試件側(cè)壁從上到下，其每一層的氯離子含量將會逐漸增加。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，在干濕循環(huán)30天時(shí)，試件側(cè)壁2cm位置處的氯離子含量只有0.507%，其側(cè)壁9cm位置處的氯離子含量則增加至0.546%，而在該試件側(cè)壁16cm位置處的氯離子含量則增至0.588%。這主要是由于在實(shí)際噴淋時(shí)滴水受到重力影響，將沿著試件側(cè)壁從上向下流過，并且在向下流的過程中會出現(xiàn)短時(shí)間的堆積停留。而位于混凝土表面的液壓水頭將利用壓力梯度驅(qū)動氯離子向鋼筋混凝土材料內(nèi)部滲流。因此整體來看，結(jié)構(gòu)上方的孔隙液含量明顯小于結(jié)構(gòu)下方孔隙液含量，在結(jié)構(gòu)下方擁有更強(qiáng)的滲流作用和擴(kuò)散作用，為氯離子向鋼筋混凝土材料內(nèi)部的滲流創(chuàng)造了有利條件。根據(jù)試件整體試驗(yàn)結(jié)果可知，其角部位置也就是側(cè)壁16cm左右位置處的氯離子侵蝕情況作為嚴(yán)重，因而在對鋼筋混凝土材料進(jìn)行防腐處理時(shí)需要重點(diǎn)對這一部位加涂防腐材料等，以有效提高其抗銹蝕能力。

2.3　氯離子濃度對于試件的銹蝕影響

有研究顯示，游離在鋼筋混凝土孔隙液中的氯離子含量如果超出規(guī)定限值，將會直接破壞材料的鈍化膜使得鋼筋出現(xiàn)銹蝕的情況。因而眼下在鋼筋混凝土構(gòu)件極限破損狀態(tài)當(dāng)中，人們常常將氯離子濃度與鋼筋臨界銹蝕狀態(tài)相一致視作鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性能徹底喪失的一大重要標(biāo)志。因此想要有效掌握鋼筋混凝土材料的使用性能，并對其使用壽命進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)估，需要切實(shí)掌握這一臨界氯離子濃度值。但考慮到在現(xiàn)實(shí)中難以精準(zhǔn)判斷鋼筋剛剛開始出現(xiàn)銹蝕情況的時(shí)刻，因此比較容易影響臨界氯離子濃度測定的精準(zhǔn)性。因此本文通過假設(shè)混凝土內(nèi)鋼筋表面位置處均勻聚集著一定量的氯離子，此時(shí)鋼筋所產(chǎn)生的銹蝕也具有良好的均勻性。通過選擇出現(xiàn)銹蝕但整體銹蝕情況并不嚴(yán)重的試件對試件中鋼筋和混凝土相互接觸位置處的氯離子濃度進(jìn)行取樣測試。在破型之后對鋼筋銹蝕率進(jìn)行測試，得到如圖3所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖3　鋼筋銹蝕率同周邊氯離子含量的關(guān)系示意圖

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，鋼筋銹蝕率與其周邊氯離子含量呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系，其關(guān)系式為y=0.1262x+0.24，R2=0.9127。在進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理后，鋼筋銹蝕率和鋼筋與混凝土交界位置處的氯離子濃度之間的關(guān)系為C=0.1262ρ+0.24，在這一公式當(dāng)中，ρ代表著鋼筋銹蝕率，單位為%[2]；C代表著鋼筋與混凝土交界位置處的氯離子含量在混凝土質(zhì)量中的占比，單位同樣為%。通過計(jì)算可知，在鋼筋銹蝕率取值為0時(shí)，混凝土質(zhì)量中臨界氯離子含量占比為0.24%，即占水泥質(zhì)量的1.44%。

3　結(jié)論

本文通過對干濕循環(huán)條件下，氯離子對鋼筋混凝土材料的影響進(jìn)行分析，得出：①在干濕循環(huán)條件下，氯離子會在混凝土表層達(dá)到一定深度時(shí)出現(xiàn)峰值。此前主要依靠混凝土毛細(xì)管吸收作用實(shí)現(xiàn)表層氯離子的滲透，在此后則因受到濃度差的影響使得氯離子逐漸向材料內(nèi)部擴(kuò)散。②沿著鋼筋混凝土試件側(cè)壁高度，從上往下氯離子含量將逐漸增加，在角部位置處其含量最高。③在假設(shè)鋼筋表面氯離子有良好均勻性且鋼筋修飾率不高的情況下，鋼筋銹蝕率和鋼筋與混凝土交界位置處的氯離子含量呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系。