氯離子對(duì)混凝土的侵蝕及混凝土滲透性試驗(yàn)方法

李帥 呂振經(jīng)張雄

（1、河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038 2、中建七局安裝工程有限公司煙臺(tái)分公司，山東 煙臺(tái) 264000）

前言

氯鹽是引起的鋼筋銹蝕影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最主要的因素之一。氯鹽不但通過對(duì)鋼筋的銹蝕作用而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，而且對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土本身也有一定的破壞作用[1]。只有正確的認(rèn)識(shí)Cl-進(jìn)入混凝土方式、在混凝土中的遷移方式以及對(duì)混凝土的破壞機(jī)理，很好的掌握混凝土滲透性試驗(yàn)的方法、分類以及每種試驗(yàn)方法的特點(diǎn)，才能夠?qū)崿F(xiàn)更好的耐久性配制出更好耐久性的混凝土。

1 進(jìn)入途徑及遷移方式

1.1 進(jìn)入途徑

Cl-可以通過以下途徑進(jìn)入混凝土：（a）作為混凝土的組分，（b）通過擴(kuò)散作用，（c）在干濕條件下通過毛細(xì)管吸入，（d）在水壓力的作用下滲透。

1.2 遷移方式

Cl-在混凝土中的遷移能力較強(qiáng)。一般認(rèn)為，Cl-在混凝土中遷移主要有三種方式，即擴(kuò)散、毛細(xì)孔吸入（吸附）和滲透。擴(kuò)散是由于溶液中Cl-濃度梯度引起的：毛細(xì)孔吸入是Cl-隨著水一起連通毛細(xì)孔中遷移；滲透則是在壓力作用下，Cl-隨水一起進(jìn)入混凝土。三種遷移形式一般是同時(shí)存在的，其中毛細(xì)孔吸入是遷移速度最快的方式。

2 氯鹽侵蝕作用機(jī)理

Cl-對(duì)鋼筋的腐蝕作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：

（1）作為去鈍化劑，破壞鋼筋表面的保護(hù)性鈍化膜。

（2）在鋼筋表面形成腐蝕電池，造成局部坑蝕或均勻腐蝕。

（3）與陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物生成可溶性物質(zhì)的去極化作用，加速腐蝕進(jìn)程。

（4）形成Cl-通道，降低陰陽(yáng)極間的歐姆電阻，提高銹蝕速率。

當(dāng)由于種種原因，結(jié)構(gòu)混凝土中具有充分的可溶性Cl-時(shí)，鋼筋表面的鈍化將會(huì)遭到破壞，并導(dǎo)致鋼筋腐蝕、混凝土開裂，在嚴(yán)重的情況下，還能導(dǎo)致混凝土保護(hù)層的脫落。鋼筋銹蝕過程的主要反應(yīng)如下式所示：Fe→Fe2++2e-

Fe2++2Cl-+4H2O→FeCl2·4H2O

FeCl2·4H2O→Fe(OH)2+2Cl-+2H++2H2O

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4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

從以上反應(yīng)可以看出,Cl-本身雖然并不能構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物，在腐蝕中也不會(huì)被消耗，但Cl-為整個(gè)腐蝕過程進(jìn)行起到了加速催化的作用。應(yīng)該注意的是，Cl-到達(dá)鋼筋表面有不均勻性，特別是Cl-作用于鋼筋局部區(qū)域時(shí)，形成大陰極小陽(yáng)極而導(dǎo)致鋼筋坑蝕。鋼筋坑蝕深度可達(dá)到平均深度的10倍左右，因而危害會(huì)更大。

由于Cl-半徑相對(duì)很小，電負(fù)性強(qiáng)，因而其吸附性和擴(kuò)散穿透力強(qiáng)。Cl-是一種鋼筋活化劑，即使在混凝土保護(hù)層未被中性化的情況下也會(huì)破壞鋼筋鈍化膜而引起鋼筋銹蝕。

3 試驗(yàn)原理[2]

3.1 滲透系數(shù)法

是利用流體在一定壓力條件下通過被測(cè)對(duì)象的孔隙，從一端向另一端逐漸滲透的原理研究混凝土滲透性，定量地測(cè)出流體在不同的壓力差下透過的速率，并利用達(dá)西定律計(jì)算混凝土的滲透系數(shù)。

3.2 離子擴(kuò)散系數(shù)法

是利用當(dāng)物質(zhì)有濃度差而無(wú)壓力差時(shí)物質(zhì)在介質(zhì)中傳播的形式。依據(jù)的是德國(guó)學(xué)者Fick的兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)定量描述的。

3.3 電參數(shù)法

是利用混凝土的滲透性和一些電參數(shù)（電通量、電導(dǎo)率）有一定的相關(guān)性而進(jìn)行定量測(cè)量的一種方法。

4 試驗(yàn)方法

4.1 分類總結(jié)

注：表中的“備注”項(xiàng)中包含的內(nèi)容有這種測(cè)試方法被某個(gè)規(guī)范采用、某個(gè)國(guó)家或者是某個(gè)人使用等描述

表1 滲透系數(shù)法

表2 離子擴(kuò)散系數(shù)法

表3 電參數(shù)法

4.2 國(guó)內(nèi)主推的試驗(yàn)方法

混凝土滲透性的方法多種多樣，已在前面的內(nèi)容部分進(jìn)行了闡述，國(guó)內(nèi)主要以RCM法、電通量法和NEL法為主，試驗(yàn)的基本過程試驗(yàn)儀器的關(guān)鍵部分簡(jiǎn)單介紹。

4.2.1 RCM法

將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的混凝土切成100±1mm×50±2mm的試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室水池中浸泡4d，然后進(jìn)行試驗(yàn)，在橡膠筒中注入約

300mL的0.2mol/L的KOH溶液，使陽(yáng)極板和試件表面均浸沒于溶液中。在試驗(yàn)槽中注入含5%NaCl的0.2mol/L的KOH溶液，直至與橡膠筒中的KOH溶液的液面齊平。打開電源，記錄時(shí)間，立即同步測(cè)定并聯(lián)電壓，串聯(lián)電流和電解液初始溫度。試驗(yàn)需要的時(shí)間按測(cè)得的初始電路確定。取出試件后，劈成兩半，利用化學(xué)方法測(cè)定Cl-的擴(kuò)散深度。

4.2.2 電通量法

混凝土試件養(yǎng)護(hù)28d后，切成50mm厚、100mm直徑的試件，在真空條件下進(jìn)行飽水。然后固定在水槽上，兩端水槽所用的溶液分別是3.0%NaCl溶液和0.3mol/LNaOH溶液，在60V的外加電場(chǎng)下，每隔30min記錄一次電流，持續(xù)6h，由電流—時(shí)間函數(shù)曲線計(jì)算通過的總電量，來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的Cl-滲透性。

4.2.3 電導(dǎo)率法

將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)或水中養(yǎng)護(hù)28d的混凝土切成100mm×100mm×50mm或100mm×50mm的試件，上下表面應(yīng)平整。取其中三塊試件在NEL型真空飽鹽設(shè)備中用4mol/L的NaCl溶液真空飽鹽。擦去飽鹽試件表面鹽水并置于試件夾具上尺寸為50mm的兩個(gè)紫銅電極之間，利用NEL型Cl-擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)在低壓下對(duì)飽鹽試件的Cl-擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

結(jié)論

1、Cl-不但會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋進(jìn)行銹蝕而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，而且對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土本身也有一定的破壞作用。

2、混凝土滲透性試驗(yàn)的方法多種多樣，其測(cè)試原理和適用范圍有所不同，所獲得的擴(kuò)散系數(shù)方法也不同，應(yīng)予合理選擇。

3、目前測(cè)試混凝土滲透性的方法都或多或少存在缺陷，所獲得的擴(kuò)散系數(shù)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的壽命，有待進(jìn)一步的研究和完善。

[1]趙卓，蔣曉東.受腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)診斷[M].河南：黃河水利出版社，2006.

[2]趙鐵軍.混凝土滲透性[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[3]GBJ82-1985普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法[S].

[4]NT Build 492.Concrete，Mortar and Cement Based Repair Materials：Chloride Migration Coefficient from Non-Steady-State Migration Cell Experiments，1997.

[5]ASTM C1202-91.Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration.

[6]王曉東，張鵬，趙鐵軍.混凝土Cl-滲透性試驗(yàn)方法[J].工程設(shè)計(jì)與建設(shè)，2005，37(5).