凍融循環(huán)后混凝土抗氯離子滲透性能試驗研究

葉其業(yè)，杜乃紅，米勝東

（1.天津市塘沽區(qū)濱海建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，天津 300456；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

所謂的“南銹北凍”是導(dǎo)致港口鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。然而，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性綜合調(diào)查結(jié)果，在北方，不僅存在凍害也同樣存在嚴重的鋼筋銹蝕；在南方如江浙一帶，存在著鋼筋銹蝕的同時也存在凍害[1]。

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)遭受凍融時，將會在混凝土中產(chǎn)生破壞，如裂縫裂紋等，這就為氯離子的滲透提供了通道，加速和加深了氯離子在混凝土內(nèi)部的滲透，從而加快鋼筋的銹蝕及結(jié)構(gòu)的破壞。

本文通過室內(nèi)試驗，研究了經(jīng)過凍融循環(huán)后的混凝土的抗氯離子滲透性能。

1 研究方案

1.1 研究思路

研究混凝土抗氯離子滲透性能的指標(biāo)主要有氯離子滲透系數(shù)法（RCM）和電通量法[2]。而根據(jù)有關(guān)研究資料表明，混凝土電通量與檢測電通量時的初始電流存在良好的線性關(guān)系，可以采用初始電流計算電通量[3]。那么，凍融循環(huán)后的混凝土電通量的測定，就能如凍融試驗測定動彈模量一樣，即到達某一凍融循環(huán)后，測定完試件的初始電流，就可以進行下一次的凍融試驗。如此，不僅能減少試件的數(shù)量，更能保證試驗數(shù)據(jù)的可比性和準(zhǔn)確性。

1.2 試驗方案

本試驗方案分為兩部分，一是為了研究凍融循環(huán)對混凝土電通量的影響，采用的試件是施工過程中混凝土質(zhì)量檢測用的試件；另一個是為了研究凍融循環(huán)后混凝土強度（動彈模量）與混凝土電通量的關(guān)系，采用的是試驗室內(nèi)設(shè)計和拌制的混凝土試件。

具體的試驗過程是：

1）將混凝土試件按《混凝土耐久性試驗方法》中電通量試驗方法的要求進行取芯，加工成規(guī)范要求尺寸的試件，并編號；

2） 將已編號的試件按順序依次放入凍融試驗用的試桶中，并在試件與試件之間用5～10 mm厚十字架型鐵片間隔開；

3） 按凍融循環(huán)試驗方法進行凍融試驗，當(dāng)達到規(guī)定凍融次數(shù)后，取出，按電通量試驗方法進行安裝，測試混凝土試件的初始電流；

4） 測完初始電流后，即拆卸試件，進行下一階段的凍融試驗。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 試驗結(jié)果

室內(nèi)設(shè)計的配比及凍融試驗結(jié)果見表1和表2。凍融循環(huán)后測得的初始電流見表3。

表1 室內(nèi)設(shè)計的混凝土配比

表2 室內(nèi)設(shè)計的混凝土凍融試驗結(jié)果

表3 凍融循環(huán)后測得的初始電流mA

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 凍融循環(huán)后的初始電流變化情況

凍融循環(huán)后的初始電流變化情況如圖1，圖中共18個試件。

從圖1可看出，經(jīng)凍融循環(huán)后，所有試件的初始電流都不同程度地加大，說明了凍融劣化了混凝土的抗氯離子滲透性能；同時，劣化都呈線性趨勢，但是不同組的混凝土劣化程度不一樣，說明與混凝土本身性質(zhì)存在較大關(guān)系。將圖中18組數(shù)據(jù)進行線性回歸，并令截距為1，可以得出如表4的斜率和相關(guān)系數(shù)。可見，混凝土凍融循環(huán)的劣化程度，可以用其斜率表示。

表4 混凝土試件凍融循環(huán)后初始電流線性回歸結(jié)果

2.2.2 凍融循環(huán)后的強度（動彈模量）、初始電流情況

圖2是混凝土配比P1～P3的凍融循環(huán)后的強度（動彈模量）、初始電流的變化情況。兩者的劣化基本都呈現(xiàn)出線性關(guān)系，同時，試件的抗氯離子滲透性能（初始電流）的劣化程度明顯大于強度（動彈模量）。

圖3是各個配比的動彈模量和初始電流的關(guān)系。圖4是3個配比試件的動彈模量和初始電流的關(guān)系。從兩圖中都可以看出，凍融后的初始電流和動彈模量兩者存在一定的線性關(guān)系。

2.2.3 混凝土凍融循環(huán)損傷后的愈合

從表3中，可以明顯地看出，混凝土試件在凍融循環(huán)200次后，再放入水中養(yǎng)護28 d，再次測得的初始電流明顯比凍融循環(huán)200次后立即檢測得到的初始電流偏小。由于該批試件凍融試驗時采用的溶液是淡水，因此不可能是凍融試驗的溶液得到稀釋而造成的。說明混凝土凍融循環(huán)損傷后，在一定的養(yǎng)護條件下，是有一定的愈合能力的[4-6]。

以表4中的斜率作為混凝土試件經(jīng)受凍融循環(huán)后的劣化系數(shù)，以凍融循環(huán)200次后水中養(yǎng)護28 d的初始電流對應(yīng)于凍融200次后直接檢測的初始電流的降低比例作為混凝土試件的愈合能力，兩者的關(guān)系如圖5所示。可以看出，混凝土凍融循環(huán)后，劣化程度越大，在既有劣化基礎(chǔ)上自愈的程度越明顯。

3 結(jié)語

1） 經(jīng)凍融循環(huán)的混凝土試件，按電通量法測得的初始電流都不同程度的加大，說明了混凝土的抗氯離子滲透性能劣化；劣化程度與凍融循環(huán)次數(shù)有一定的關(guān)系，可以用回歸得出的斜率來表示混凝土凍融循環(huán)的劣化程度。

2） 凍融循環(huán)后混凝土強度（動彈模量） 與抗氯離子滲透性能（初始電流）具有一定的線性關(guān)系，同時，抗氯離子滲透性能（初始電流）的劣化程度明顯大于強度（動彈模量）。

3） 混凝土凍融循環(huán)損傷后，在一定的養(yǎng)護條件下，是有一定的愈合能力的。愈合能力可以用凍融循環(huán)一定次數(shù)后水中養(yǎng)護28 d的初始電流對應(yīng)于該次凍融后直接檢測的初始電流的降低比例來表示。

4）混凝土凍融循環(huán)后，劣化越大愈合能力越強。

5） 混凝土凍融循環(huán)后的劣化性能和愈合能力有必要進一步研究，因為這將影響到鋼筋混凝土保護層厚度的設(shè)計和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性性能的評價。

[1]全國水工建筑物耐久性及病害處理調(diào)查報表[R].水利水電科學(xué)研究所，1986.

[2]GB/T 50082—2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 葉其業(yè)，杜乃紅，張珩瑜.混凝土氯離子滲透試驗研究[J].中國港灣建設(shè)，2011（4）：35-37.

[4]洪雷，唐曉東.凍融循環(huán)對高性能混凝土氯離子滲透性的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010，32（18）：41-44.

[5] 方璟，王宏，武世翔.混凝土凍融破壞后的養(yǎng)護自愈[J].混凝土與制品，2003（6）：14-15.

[6]徐路軍.大摻量粉煤灰混凝土抗凍及凍后自愈合性能的試驗研究[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2010.