干湿交替对混凝土氯离子扩散行为的影响研究

潘婷

摘 要：桥墩、承台等海上工程中的部位，经常处于干湿交替工作环境，其耐久性受到工作条件的影响很大。本文采用模拟干湿交替的试验方法，研究了混凝土浸泡在3%浓度Nacl溶液中的氯离子扩散情况。结果表明：混凝土试件表层的氯离子浓度随干湿交替次数的增加而增加，且随着混凝土深度的增加氯离子浓度减少。

关键词：干湿交替；氯离子；混凝土；耐久性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.102

0 引言

沿海工程中，氯离子侵蚀是引起混凝土剥落、钢筋锈蚀等一系列耐久性问题的主要因素之一。大量工程发现，干湿交替部位混凝土结构损伤最为严重，已成为水工混凝土耐久性设计的重要依据。

关于干湿交替下混凝土内部氯离子侵蚀的特性，国内外学者进行了一系列的现场测定及试验研究。其中，对国内某码头对处于干湿交替区域混凝土构件的氯离子侵蚀进行了现场监测分析，研究探讨了氯离子含分布随高程的变化规律及计算模型[1-2]；徐现正[3]等认为干湿时间比是对氯盐扩散影响最大的因素之一；姬永生[4]建立了干湿循环作用下氯离子传输速度模型，可为实际工况使用寿命提供参考。

1 试验概况

1.1 试件制作

试件的制作方法及养护条件按照《水工混凝土试验规程》规定进行，配合比及抗压强度如表1所示。

实验采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，细骨料采用河砂，细度模数为2.62，粗骨料采用粒径为5～20mm连续级配的碎石，各种材料的质量均符合国家和行业规范要求。

制备直径为100mm，高度为50mm的圆柱体试件。混凝土的制作方法为：将各种材料按照比例称重拌合，在震动台震动时间为30s左右，成型后的带膜试件用塑料薄膜覆盖，48h拆模，其后在水池中养护28d。

1.2 试验设备

试验设备采用CLU-H型氯离子含量快速测定仪，如图1所示，本设备氯离子浓度测量范围：1～5*10-5Mol/L，PH范围：4～10pH，温度范围：0～40℃。结构混凝土中氯离子含量的测试，对于结构安全性的评估起到很大作用，同时也可为旧结构改造和修补提供依据。

1.3 试验过程

首先确定试验方案，进行试件干湿交替循环模拟水工混凝土在海洋干湿交替区域。先将试件置于60℃的烘箱中干燥4小时，在将其置于质量分数为3%的NaCl溶液中浸泡20小时，试验周期为1d。试验共取样5次，分别为0、15、30、45、60次，将其编号为G0、G15、G30、G45、G60，每组保证至少有3个有效数据。

试件取样之前，先将试件置于干燥处晾干3d，随后用直径16mm的冲击钻分别在试件表面处钻孔取粉，同一位置沿深度方向，每隔5mm取一次粉样，如图2。

将粉末试样分别过0.63mm筛，并装入铝盒中，置于100℃烘箱中烘2h，取出后冷却室温，取2g试样粉末溶于100ml蒸馏水中，使用CLU-H型氯离子含量快速测定儀设备、磁力搅拌器测定其氯离子浓度。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

（1）混凝土表层氯离子浓度。混凝土试件表层的氯离子浓度随干湿交替次数变化的测定数据如图3所示。

从图3可看出，混凝土试件表层的氯离子浓度随干湿交替a次数的增加而增加，且早期增长速率较快，且干湿交替60次之后混凝土表层的氯离子浓度比溶液氯离子浓度大。

（2）混凝土内氯离子浓度分布。混凝土中氯离子浓度断面分布测定的数据如图4所示。

从图4可以看出，由于混凝土时由混凝土表面向内进入，混凝中氯离子的含量由外到内逐渐降低。G60初始浓度最大，比G0初始浓度大40.91%。试件在G0、G15条件下深度20mm处以测不带氯离子浓度，说明氯离子并未扩散到该深度。

3 结论

通过本试验可得出如下结论：

（1）混凝土试件表层的氯离子浓度随干湿交替次数的增加而增加。（2）干湿交替区域是混凝土耐久性设计需重点考虑部位，干湿交替部位的混凝土氯离子渗透性与干湿交替次数有关。

参考文献：

[1]张奕，姚昌建，金伟良.干湿交替区域混凝土中氯离子分布随高程的变化规律[J].浙江大学学报（工学版），2009，43（02）：360-365.

[2]金伟良，金立兵，延永东，姚昌建.海水干湿交替区氯离子对混凝土侵入作用的现场检测和分析[J].水利学报，2009，40（03）：364-371.

[3]徐现正，刘荣桂，延永东，李琮琦.干湿时间比对海工混凝土结构氯盐扩散的影响研究[J].硅酸盐通报，2016，35（11）：3529-3535.

[4]姬永生，袁迎曙.干湿循环作用下氯离子在混凝土中的侵蚀过程分析[J].工业建筑，2006（12）：16-19+23.