氯離子對混凝土的侵蝕及混凝土滲透性試驗方法

李帥 呂振經張雄

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

前言

氯鹽是引起的鋼筋銹蝕影響混凝土結構耐久性最主要的因素之一。氯鹽不但通過對鋼筋的銹蝕作用而導致混凝土結構的破壞，而且對結構混凝土本身也有一定的破壞作用[1]。只有正確的認識Cl-進入混凝土方式、在混凝土中的遷移方式以及對混凝土的破壞機理，很好的掌握混凝土滲透性試驗的方法、分類以及每種試驗方法的特點，才能夠實現更好的耐久性配制出更好耐久性的混凝土。

1 進入途徑及遷移方式

1.1 進入途徑

Cl-可以通過以下途徑進入混凝土：（a）作為混凝土的組分，（b）通過擴散作用，（c）在干濕條件下通過毛細管吸入，（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。一般認為，Cl-在混凝土中遷移主要有三種方式，即擴散、毛細孔吸入（吸附）和滲透。擴散是由于溶液中Cl-濃度梯度引起的：毛細孔吸入是Cl-隨著水一起連通毛細孔中遷移；滲透則是在壓力作用下，Cl-隨水一起進入混凝土。三種遷移形式一般是同時存在的，其中毛細孔吸入是遷移速度最快的方式。

2 氯鹽侵蝕作用機理

Cl-對鋼筋的腐蝕作用主要體現在以下幾個方面[1]：

（1）作為去鈍化劑，破壞鋼筋表面的保護性鈍化膜。

（2）在鋼筋表面形成腐蝕電池，造成局部坑蝕或均勻腐蝕。

（3）與陽極反應產物生成可溶性物質的去極化作用，加速腐蝕進程。

（4）形成Cl-通道，降低陰陽極間的歐姆電阻，提高銹蝕速率。

當由于種種原因，結構混凝土中具有充分的可溶性Cl-時，鋼筋表面的鈍化將會遭到破壞，并導致鋼筋腐蝕、混凝土開裂，在嚴重的情況下，還能導致混凝土保護層的脫落。鋼筋銹蝕過程的主要反應如下式所示：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

從以上反應可以看出,Cl-本身雖然并不能構成腐蝕產物，在腐蝕中也不會被消耗，但Cl-為整個腐蝕過程進行起到了加速催化的作用。應該注意的是，Cl-到達鋼筋表面有不均勻性，特別是Cl-作用于鋼筋局部區域時，形成大陰極小陽極而導致鋼筋坑蝕。鋼筋坑蝕深度可達到平均深度的10倍左右，因而危害會更大。

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

3 試驗原理[2]

3.1 滲透系數法

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

3.2 離子擴散系數法

是利用當物質有濃度差而無壓力差時物質在介質中傳播的形式。依據的是德國學者Fick的兩個經驗公式來定量描述的。

3.3 電參數法

是利用混凝土的滲透性和一些電參數（電通量、電導率）有一定的相關性而進行定量測量的一種方法。

4 試驗方法

4.1 分類總結

注：表中的“備注”項中包含的內容有這種測試方法被某個規范采用、某個國家或者是某個人使用等描述

表1 滲透系數法

表2 離子擴散系數法

表3 電參數法

4.2 國內主推的試驗方法

混凝土滲透性的方法多種多樣，已在前面的內容部分進行了闡述，國內主要以RCM法、電通量法和NEL法為主，試驗的基本過程試驗儀器的關鍵部分簡單介紹。

4.2.1 RCM法

將標準養護28d的混凝土切成100±1mm×50±2mm的試件，在標準養護室水池中浸泡4d，然后進行試驗，在橡膠筒中注入約

300mL的0.2mol/L的KOH溶液，使陽極板和試件表面均浸沒于溶液中。在試驗槽中注入含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，記錄時間，立即同步測定并聯電壓，串聯電流和電解液初始溫度。試驗需要的時間按測得的初始電路確定。取出試件后，劈成兩半，利用化學方法測定Cl-的擴散深度。

4.2.2 電通量法

混凝土試件養護28d后，切成50mm厚、100mm直徑的試件，在真空條件下進行飽水。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的外加電場下，每隔30min記錄一次電流，持續6h，由電流—時間函數曲線計算通過的總電量，來評價混凝土的Cl-滲透性。

4.2.3 電導率法

將標準養護或水中養護28d的混凝土切成100mm×100mm×50mm或100mm×50mm的試件，上下表面應平整。取其中三塊試件在NEL型真空飽鹽設備中用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的兩個紫銅電極之間，利用NEL型Cl-擴散系數測試系統在低壓下對飽鹽試件的Cl-擴散系數進行測定。

結論

1、Cl-不但會對混凝土結構中的鋼筋進行銹蝕而導致混凝土結構的破壞，而且對結構混凝土本身也有一定的破壞作用。

2、混凝土滲透性試驗的方法多種多樣，其測試原理和適用范圍有所不同，所獲得的擴散系數方法也不同，應予合理選擇。

3、目前測試混凝土滲透性的方法都或多或少存在缺陷，所獲得的擴散系數難以準確預測混凝土結構的壽命，有待進一步的研究和完善。

[1]趙卓，蔣曉東.受腐蝕混凝土結構耐久性檢測診斷[M].河南：黃河水利出版社，2006.

[2]趙鐵軍.混凝土滲透性[M].北京：科學出版社，2005.

[3]GBJ82-1985普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法[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-滲透性試驗方法[J].工程設計與建設，2005，37(5).