PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性試驗

□文 /沈平邦

氯離子對鋼筋混凝土的侵蝕危害已在業內引起廣泛重視。氯離子對混凝土構筑物的侵害主要包括：加速鋼筋銹蝕、降低混凝土的抗化學侵蝕性能、降低耐磨性能和降低抗折強度。每項侵害都是致命的，因此檢測混凝土是否具有抗氯離子侵蝕能力非常必要。

目前，我國用于表征混凝土抗氯離子侵蝕能力的檢測項目為GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的電通量法和RCM法。這兩種方法雖然能夠檢測混凝土的抗氯離子侵蝕能力，但需要在工程現場混凝土試件上鉆芯取樣后運至試驗室內檢測，既不能快速反映混凝土抗氯離子侵蝕能力又對結構造成一定的破壞。由英國女王大學開發的現場檢測設備——PERMIT氯離子擴散系數測定儀，不僅能快速檢測混凝土抗氯離子侵蝕能力，而且能夠實現無損檢測。

但在我國，判定混凝土抗氯離子侵蝕能力的指標是以電通量法或RCM法測得數據為依據的；PERMIT法檢測沒有定量的指標。因此，本文通過試驗，研究PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性。

1 不同原材料下相關性分析

1.1 礦物摻合料

對天津地區常見的礦物摻合料混凝土進行PERMIT法和RCM法試驗，齡期28 d，試驗基礎配合比見表1，試驗結果見表2。研究不同礦物摻合料下PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性，見圖1。

表1 混凝土配合比1 kg/m3

表2 不同礦物摻合料PERMIT法與RCM法試驗

由圖1可以看出，不同產地礦物摻合料下，RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數為0.79且二者的線性斜率為0.298 6。

1.2 水泥

對使用不同品種水泥的混凝土進行PERMIT法和RCM法試驗，齡期28 d，試驗基礎配合比見表3，試驗結果見表4。研究不同品種水泥下PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性，見圖2。

表3 混凝土配合比2 kg/m3

表4 不同品種水泥PERMIT法與RCM法試驗

圖2 不同品種水泥下RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

由圖2可以看出，不同品種水泥下，RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數達到0.97以上且二者的線性斜率為0.306 8。

1.3 減水劑

對使用不同減水劑的混凝土進行PERMIT法和RCM法試驗。試驗齡期為28 d，試驗基礎配合比見表5，試驗結果見表6。研究不同品種減水劑下PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性，見圖3。

表5 混凝土配合比3 kg/m3

由圖3可以看出，摻加不同減水劑的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數達到0.77以上且二者的線性斜率為0.298 7。

表6 摻加不同減水劑PERMIT法與RCM法試驗

圖3 不同減水劑下RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

1.4 細骨料

對摻加不同細骨料的混凝土進行PERMIT法和RCM法試驗。試驗齡期為28 d，試驗基礎配合比見表3，試驗結果見表7。研究不同細骨料下PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性，見圖4。

表7 摻加不同減水劑PERMIT法與RCM法試驗

圖4 不用細骨料下RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

由圖4可以看出，摻加不同細骨料的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數達到0.899且二者的線性斜率為0.295 7。

1.5 原材料品種及產地

基于表2、表4、表6和表7，研究不同原材料品種及產地下PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性，見圖5。

圖5 不同原材料品種及產地時RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

由圖5可以看出，不同原材料品種及產地的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數達到0.92以上且二者的線性斜率為0.299 7。

2 不同配合比下相關性分析

通過正交試驗，研究不同影響混凝土抗氯離子性能因素下（水膠比、砂率、礦物摻合料摻量及外加劑品種），PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數相關性，見表8和圖6。

表8 正交因素及結果

續表8

圖6 不同配合比下RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

由圖6可以看出，不同配合比的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數達到0.98以上且二者的線性斜率為0.300 3。

3 不同養護齡期下相關性分析

基于表8的混凝土配合比，研究標準養護齡期為14、28、60、90、180 d 時，PERMIT法與 RCM法氯離子擴散系數的相關性，見表9和圖7-圖10，28 d時的擬合曲線見圖6。

表9 養護不同齡期Permit法與RCM法試驗

續表9

圖7 14 d時RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

圖8 60 d時RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

圖9 90 d時RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

圖10 180 d時RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

由圖6-圖10可以看出，不同齡期的混凝土RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數達到0.97以上。說明這兩種方法均能較好地測試混凝土的抗氯離子滲透性。

4 不同養護條件下相關性分析

基于表8的混凝土配合比，研究標準養護和自然養護條件下，混凝土PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數的相關性，見表10和圖11-圖12。

表10 不同養護條件對PERMIT法和RCM法試驗結果的影響

圖11 標準養護下RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

圖12 自然養護下RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

由圖11和12可以看，不同養護條件下的混凝土，RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數均存在線性關系，但自然養護條件下的判定系數小于標準養護條件下的判定系數且在自然養護條件下PERMIT法氯離子擴散系數＞2.5×10-12m2/s時，散點位置不在趨勢線上。根據表9和表10可知，PERMIT法氯離子擴散系數＞2.5×10-12m2/s時混凝土強度等級低于30 MPa，說明當混凝土強度等級低于30 MPa時兩者線性關系不明顯；但在標準養護條件下，RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數存在顯著的線性關系。

5 各種試驗條件下PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數分析

基于以上試驗結果，研究上述各種試驗因素下，混凝土PERMIT法與RCM法氯離子擴散系數的相關性，見圖13。

圖13 RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數的擬合曲線

由圖13可以看出，不同因素的混凝土，RCM法與PERMIT法氯離子擴散系數線性擬合，其判定系數達到0.95以上，說明兩者存在線性關系；但當PERMIT氯離子擴散系數＞2.5×10-12m2/s時，其散點位置不在趨勢線上，兩者線性關系不明顯。

6 結果

基于上述測試結果，建立PERMIT離子遷移方法與RCM快速氯離子遷移方法的數值關系

需要注意的是，當自然養護條件下混凝土強度等級低于30 MPa時，本公式不適用。

7 結論

從測試原理來說，PERMIT離子遷移方法與RCM快速氯離子遷移方法同屬電遷移方法，但兩者的測試階段不同。PERMIT離子遷移方法基于穩態電遷移理論，在離子傳輸到達穩態階段后所得數據方為有效；RCM快速氯離子遷移方法基于非穩態電遷移理論，這可能是造成這兩種方法所得氯離子遷移系數有所差別的主要原因[1]。PERMIT離子遷移方法與RCM快速氯離子遷移方法之間關系的建立，實現了快速、準確、無損的方式檢測混凝土抗氯離子侵蝕能力，為現場工程檢測提供便利，從而有助于提高土建工程結構的耐久性。