冻融循环后混凝土抗氯离子渗透性能试验研究

叶其业，杜乃红，米胜东

（1.天津市塘沽区滨海建筑工程质量检测中心有限公司，天津 300456；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222）

所谓的“南锈北冻”是导致港口钢筋混凝土结构破坏的主要原因。然而，根据混凝土结构耐久性综合调查结果，在北方，不仅存在冻害也同样存在严重的钢筋锈蚀；在南方如江浙一带，存在着钢筋锈蚀的同时也存在冻害[1]。

当混凝土结构遭受冻融时，将会在混凝土中产生破坏，如裂缝裂纹等，这就为氯离子的渗透提供了通道，加速和加深了氯离子在混凝土内部的渗透，从而加快钢筋的锈蚀及结构的破坏。

本文通过室内试验，研究了经过冻融循环后的混凝土的抗氯离子渗透性能。

1 研究方案

1.1 研究思路

研究混凝土抗氯离子渗透性能的指标主要有氯离子渗透系数法（RCM）和电通量法[2]。而根据有关研究资料表明，混凝土电通量与检测电通量时的初始电流存在良好的线性关系，可以采用初始电流计算电通量[3]。那么，冻融循环后的混凝土电通量的测定，就能如冻融试验测定动弹模量一样，即到达某一冻融循环后，测定完试件的初始电流，就可以进行下一次的冻融试验。如此，不仅能减少试件的数量，更能保证试验数据的可比性和准确性。

1.2 试验方案

本试验方案分为两部分，一是为了研究冻融循环对混凝土电通量的影响，采用的试件是施工过程中混凝土质量检测用的试件；另一个是为了研究冻融循环后混凝土强度（动弹模量）与混凝土电通量的关系，采用的是试验室内设计和拌制的混凝土试件。

具体的试验过程是：

1）将混凝土试件按《混凝土耐久性试验方法》中电通量试验方法的要求进行取芯，加工成规范要求尺寸的试件，并编号；

2） 将已编号的试件按顺序依次放入冻融试验用的试桶中，并在试件与试件之间用5～10 mm厚十字架型铁片间隔开；

3） 按冻融循环试验方法进行冻融试验，当达到规定冻融次数后，取出，按电通量试验方法进行安装，测试混凝土试件的初始电流；

4） 测完初始电流后，即拆卸试件，进行下一阶段的冻融试验。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

室内设计的配比及冻融试验结果见表1和表2。冻融循环后测得的初始电流见表3。

表1 室内设计的混凝土配比

表2 室内设计的混凝土冻融试验结果

表3 冻融循环后测得的初始电流mA

2.2 数据分析

2.2.1 冻融循环后的初始电流变化情况

冻融循环后的初始电流变化情况如图1，图中共18个试件。

从图1可看出，经冻融循环后，所有试件的初始电流都不同程度地加大，说明了冻融劣化了混凝土的抗氯离子渗透性能；同时，劣化都呈线性趋势，但是不同组的混凝土劣化程度不一样，说明与混凝土本身性质存在较大关系。将图中18组数据进行线性回归，并令截距为1，可以得出如表4的斜率和相关系数。可见，混凝土冻融循环的劣化程度，可以用其斜率表示。

表4 混凝土试件冻融循环后初始电流线性回归结果

2.2.2 冻融循环后的强度（动弹模量）、初始电流情况

图2是混凝土配比P1～P3的冻融循环后的强度（动弹模量）、初始电流的变化情况。两者的劣化基本都呈现出线性关系，同时，试件的抗氯离子渗透性能（初始电流）的劣化程度明显大于强度（动弹模量）。

图3是各个配比的动弹模量和初始电流的关系。图4是3个配比试件的动弹模量和初始电流的关系。从两图中都可以看出，冻融后的初始电流和动弹模量两者存在一定的线性关系。

2.2.3 混凝土冻融循环损伤后的愈合

从表3中，可以明显地看出，混凝土试件在冻融循环200次后，再放入水中养护28 d，再次测得的初始电流明显比冻融循环200次后立即检测得到的初始电流偏小。由于该批试件冻融试验时采用的溶液是淡水，因此不可能是冻融试验的溶液得到稀释而造成的。说明混凝土冻融循环损伤后，在一定的养护条件下，是有一定的愈合能力的[4-6]。

以表4中的斜率作为混凝土试件经受冻融循环后的劣化系数，以冻融循环200次后水中养护28 d的初始电流对应于冻融200次后直接检测的初始电流的降低比例作为混凝土试件的愈合能力，两者的关系如图5所示。可以看出，混凝土冻融循环后，劣化程度越大，在既有劣化基础上自愈的程度越明显。

3 结语

1） 经冻融循环的混凝土试件，按电通量法测得的初始电流都不同程度的加大，说明了混凝土的抗氯离子渗透性能劣化；劣化程度与冻融循环次数有一定的关系，可以用回归得出的斜率来表示混凝土冻融循环的劣化程度。

2） 冻融循环后混凝土强度（动弹模量） 与抗氯离子渗透性能（初始电流）具有一定的线性关系，同时，抗氯离子渗透性能（初始电流）的劣化程度明显大于强度（动弹模量）。

3） 混凝土冻融循环损伤后，在一定的养护条件下，是有一定的愈合能力的。愈合能力可以用冻融循环一定次数后水中养护28 d的初始电流对应于该次冻融后直接检测的初始电流的降低比例来表示。

4）混凝土冻融循环后，劣化越大愈合能力越强。

5） 混凝土冻融循环后的劣化性能和愈合能力有必要进一步研究，因为这将影响到钢筋混凝土保护层厚度的设计和钢筋混凝土结构耐久性性能的评价。

[1]全国水工建筑物耐久性及病害处理调查报表[R].水利水电科学研究所，1986.

[2]GB/T 50082—2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S].

[3] 叶其业，杜乃红，张珩瑜.混凝土氯离子渗透试验研究[J].中国港湾建设，2011（4）：35-37.

[4]洪雷，唐晓东.冻融循环对高性能混凝土氯离子渗透性的影响[J].武汉理工大学学报，2010，32（18）：41-44.

[5] 方璟，王宏，武世翔.混凝土冻融破坏后的养护自愈[J].混凝土与制品，2003（6）：14-15.

[6]徐路军.大掺量粉煤灰混凝土抗冻及冻后自愈合性能的试验研究[D].咸阳：西北农林科技大学，2010.