混凝土抗氯离子渗透性能的测试方法分析

郭 慧 李香兰 张 聪 江俊焰 吴鹏飞 吴 杰

（江西科技学院城市建设学院）

能够引起钢筋腐蚀以及锈蚀的原因很多，最主要的就是由氯离子引起的去钝化作用，而氯离子被引入混凝土中通常有两种情况。其中一种是在混凝土进行拌合的时候，以拌和物的组分进入，另一种是由外界因素影响渗入进来的。若对质量严加控制可以暂时不考虑第一个，因此氯离子渗透性的研究通常集中在第二个上。第二种类型通常与氯离子渗透到混凝土中有关。由于有必要研究固体从外部环境渗入混凝土的机理和现象，因此有必要设计并采用一些适当的测试方法以达到研究目的[1]。本文主要对混凝土抗氯离子渗透性的两种常用测试方法进行了系统性总结。

混凝土抗氯离子渗透性研究一般会运用自然渗透法，首先在含氯盐的水中浸泡混凝土，浸泡一段时间以后采用钻取芯样或切片的方式得到样品。氯离子浓度与渗透距离的关系是运用化学分析方法，最后利用Fick 第二定律计算出氯离子渗透系数[2]。

实验时，按照混凝土材料相关国家标准制备混凝土试件，在标准条件下养护28 天后，在饱和NaCl 溶液中继续进行养护。养护到一定龄期后，参照《建筑结构检测技术标准》 （GB/T50344-2004）进行操作，对试件在不同深度处进行钻芯取样，利用SSWY-810 混凝土氯离子含量快速测定仪测试混凝土中的氯离子含量。这种方法缺点是试样处理比较繁琐，费时费力。采用快速测定仪不能直接测试固体物质，需将固体物质（如混凝土结构物）加工成粉末，浸水6h 以上[3]或者浸水24h[4]，再过滤定容，测溶液的氯离子含量，推算原固体物质中氯离子含量；测试水泥混凝土中氯离子含量，需提供原混凝土配合比[5]。液体物质可以直接用仪器测试，高浓度溶液可稀释后用仪器测试。

使用氯离子含量快速测定仪测定溶液的氯离子含量前，把氯离子电极放10-3mol/L 的NaCl 溶液中活化2 小时，经常使用者每天用后擦干，用前活化1小时即可，并且打开设备电源预热半个小时，将电极接入设备，然后测量配置溶液，待测溶液已与NaCl 标准溶液同室室温放置24h，测定三次取平均值作为待测试样中的氯离子含量值。

1981年，Whiting 发明了氯离子在直流电加速下扩散的试验方法，它的前身是快速氯离子渗透试验方法(RCPT)[2]。此装置受到在溶液中电场的作用下的离子可以很快渗透入混凝土的启发。在电压为60V 的条件下工作。之所以采用这种方法，是因为此方法花费时间较短，同时在实验室是可持续利用的，节省资源。后来美国公路运输局和材料协会ASTM 选定该方法为标准试验方法，并命名为AASHTO T277。

AASHTO T277 试验的具体方法：水饱和混凝土试件厚度为50mm，直径为100mm，分别将浓度为3.0%NaCl 和0.3mol/L 的NaOH 注入到水槽的两端，保持60V 电压条件下进行6 小时的连续充电，混凝土的抗氯离子渗透能力就可以根据规定时间内经过混凝土的电量差异来判断[6]。

虽然电量法具有快速、便捷等优点被推广使用，但是在实际运用过程中也存在着一些问题：

1)试验过程施加的电源电压为60V 的直流电，过高的电压使溶液浓度温度升高的同时，也会导致试件两侧的NaOH 和NaCl 溶液电离，产生的试验误差对结果产生影响。

2)试件两侧为NaCl 溶液和NaOH 溶液，这两种溶液也会导电分离，所以通过的试件的电量不仅只和氯离子有关，那么，测得电通量值不再是单独的氯离子通过量。

3)对于高性能混凝土来说，试件真空饱水度不宜控制，试验结束时电流值达不到稳定的状态，测得试验结果是氯离子稳定状态的值，有一定的试验误差存在。

该方法通过测量直流电压下混凝土的电值来评估不同原料和配合比的混凝土的氯离子渗透性，也可用于间接评估混凝土的密实度；适用于直径95-102mm，厚度51mm±3mm 的普通混凝土芯样品。

原因是混凝土试件孔溶液、离子浓度测试电压等因素会引起电极反应，这些负面效应不仅会影响实验效果，还会导致检测结果产生较大误差，致使结果不具备较强的参考性。所以，如果在用此种方法进行高性能混凝土检测时，实际操作中，可能会由于试件密实度过高、电阻值增大、检测电流时间短，而无法保证结果持续稳定在一个具备参考价值的数值之内，同时，也会给检测过程带来很多阻碍，致使结果无法被精确的检测到。同时在ASTMC1202 标准中对相关干扰因素进行了明确规定，如果混凝土中掺有亚硝酸钙或其他组分，采用这种实验方法就会导致误导性结果的出现较大误差，这个问题无法避免，因此必须要特别注意。

详细试验步骤：

1）试件的直径应为95-102mm，厚度约为51mm（±3mm）的混凝土试件，养护至目标的试验龄期，每组做3 个试件。

2）将试件置于空气中，直到表面水分蒸发完毕。在测试件的侧面涂硅橡胶或树脂密封材料。如有必要，在顶盖中填充孔，以确保探针侧完全闭合。

3）测试前应证明真空饱和水。将试件放入1000mL 烧杯中，然后放入真空干燥机中，在几分钟内启动真空泵，真空度小于113PPa，保持真空度3 小时，保持真空度并插入足够的 直到试验件淹没为止的蒸馏水量。将试件浸泡1 小时后，将恢复正常压力，并浸泡18±2 小时。

4）在室温条件下，从水中取出测试件，清洗更多的水，将测试件安装在测试箱中，用橡胶密封圈或其他密封剂密封，并确保有一块带有两个测试钉和螺钉的文本件。如果没有泄漏，则将测试设备放在运行于20°C 至23°C 的循环冷水箱中。水位应在设备表面以下5mm 处。

5）将氢氧化钠溶液（0.3mol/L）与氯化钠溶液（3%）分别放置于两个试件槽中，注入NaCl 的试剂槽内的铜导线接电源负极，NaOH 的接正极。

6）打开电源，在上方的两个铜栅上施加60V 恒定电压，并记录当前电源的开始读数，打开电源并保持测试溶液充满溶液。最初，当前值每分钟记录一次。当前值变化不大时，每10 分钟记录一次当前值。

试验结果处理：

1）根据得到的数据绘制出电流与时间变化的关系图。将描出的点用不间断的平滑曲线连接，用积分的方法计算曲线面积，或者根据梯形方法对面积进行积分，即可在6 小时内获得通过测试的电。 通过表1 确定混凝土的氯离子渗透率。

2）取同一组中3 个试件的通过电流平均值作为该组试件的通量。 当三个试样中的一个超过平均值的15%时，将另两个试样的平均值作为一组试样的通量。 当3 个试件中有2 个超过平均15%时，该测试无效。

混凝土渗透性测试方法多种多样、种类丰富，检测人员可以依据实际需要以及检测混凝土组分类别进行科学对应，以保证检测结果的精确。但是需要注意的一点是，有些混凝土渗透性测试方法虽然名字或参与组分看似差不多，但是检测原理、适用范围却大相径庭，因此，在检测混凝土，尤其是高强高性能混凝土的渗透性时，必须保证检测方法的适配性与科学性。通常情况下，电量法在常规混凝土抗氯离子渗透性的检测过程中较为常见且常用。尤其是用于粒径在C30～C50 之间的混凝土检测中，故可进行大范围推广。将技术研究重点放置在此种检测手法上，能够保证检测结果更为精确的同时，缩减需要落实的步骤。再有，伴随检测原理仪器性能的技术发展，在对混凝土抗氯离子渗透性进行快速评定时，还可选择氯离子扩散系数法或电阻率法，这些方法同样拥有较高的环境适配度。同时，可以获得良好的检测结果。与此同时，这两种检测方法在现场快速评定混凝土抗氯离子渗透性技术方向上拥有良好的前景。而那些老混凝土的耐久性或剩余使用年限较长的混凝土，最好使用自然浸泡法，这种技术方法可以保证结果的准确性，技术操作手法较为简便，技术方法的价值发挥也受外界环境影响较小。