淺談RCM方法對(duì)混凝土開裂試件自愈合效果評(píng)價(jià)的適用性

(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 廣東 廣州 510640)

一、混凝土自愈合

混凝土自愈合的概念起源于19世紀(jì)20年代，學(xué)者Abram發(fā)現(xiàn)開裂的混凝土在戶外自然放置八年后出現(xiàn)了裂縫愈合的現(xiàn)象，這引起了該專業(yè)領(lǐng)域的極大關(guān)注，世界各國學(xué)者開始研究混凝土裂紋自防護(hù)，并提出了各種不同的方法。九十年代以來，在自愈合混凝土上的研究更是逐漸變得多元化，出現(xiàn)了在混凝土內(nèi)置含修復(fù)劑的容器、模擬生物結(jié)構(gòu)在混凝土內(nèi)加入編織纖維網(wǎng)、添加形狀記憶合金等等一系列自愈合技術(shù)。盡管實(shí)現(xiàn)自愈合的方式繁多，但核心的基本邏輯是令混凝土裂縫部位的間隙被新的物質(zhì)填充，使之更密實(shí)，材料在微觀整體性方面得到恢復(fù)。

二、RCM方法原理

RCM方法全稱非穩(wěn)態(tài)快速氯離子電遷移測(cè)定法(Rapid Chloride Migration)，是基于試件內(nèi)部氯離子非穩(wěn)態(tài)電遷移的一種試驗(yàn)方法，通過試驗(yàn)期間測(cè)得的氯離子滲透深度來計(jì)算氯離子的擴(kuò)散性[1]。

通過氯離子的擴(kuò)散性強(qiáng)弱，可以直觀得知混凝土的密實(shí)程度，而基于這一點(diǎn)認(rèn)識(shí)，也就可以繼而轉(zhuǎn)化使用在混凝土開裂試件的自愈合效果評(píng)價(jià)上，即混凝土開裂試件經(jīng)過一定時(shí)期的自愈合過程之后，裂縫被填充，混凝土自身的密實(shí)程度得到提升，則氯離子在該混凝土試件的擴(kuò)散性則必然相對(duì)弱化。

RCM方法的主要原理是利用外加電場(chǎng)的作用使試件外部的的氯離子向試件內(nèi)部遷移，經(jīng)過一段時(shí)間后，將該試件沿軸向劈裂，在新劈開的斷面上噴灑硝酸銀溶液，根據(jù)生成的白色氯化銀沉淀測(cè)量氯離子滲透的深度，以此計(jì)算出混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)[2]。

三、國外關(guān)于采用RCM方法對(duì)開裂混凝土的報(bào)導(dǎo)

近年不少專家學(xué)者對(duì)自愈合混凝土做了力學(xué)性能恢復(fù)效果和水滲透性能恢復(fù)效果的試驗(yàn)，但鮮有研究混凝土在氯離子環(huán)境中的自愈合效果。

Mathias Maes等人[3]對(duì)聚酯胺膠囊自愈合混凝土做了抗氯離子滲透試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)聚酯胺膠囊可以阻止氯離子在裂縫中的進(jìn)一步擴(kuò)散，愈合效率達(dá)到83%，氯離子滲透系數(shù)較愈合之前降低。

Scott Jones等人[4]用填充劑來填補(bǔ)修復(fù)普通混凝土的裂縫，也用了氯離子滲透系數(shù)作為愈合劑修補(bǔ)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并通過氯離子擴(kuò)散系數(shù)預(yù)測(cè)了混凝土使用壽命，但其方法更在于是探究氯離子擴(kuò)散到鋼筋處時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)，并非單純地采用RCM方法。

H.X.D.Lee等人[5]用具有具有超強(qiáng)吸收能力的聚合物作為混凝土愈合劑分別加入水泥砂漿和混凝土，澆筑小試件，通過力學(xué)方法制造貫穿裂縫，自愈合后自制儀器以測(cè)試試件對(duì)含氯離子液體流速的阻礙作用，以此作為評(píng)價(jià)自愈合效果的標(biāo)準(zhǔn)，并分析了聚合物用量、裂縫寬度、聚合物種類對(duì)流速的影響。

Pa Pa Win等人[6]澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土梁，人為生成裂縫，并浸入氯化鈉溶液，用電子探針顯微分析和比色測(cè)試的方法總結(jié)出氯離子侵入概述。

Mustafa S等人[7]制作了一批鋼筋砂漿梁，并采用彎裂方式使梁試件開裂，然后置試件于濃度3%的NaCl溶液中浸泡30d，測(cè)量其裂縫寬度及不同裂縫深度下的砂漿含氯梁，利用Fick第二定律，用氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)De對(duì)砂漿自愈合效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并且結(jié)合XRD等微觀手段，判斷了CaCO3在裂縫自愈合的過程中起到的貢獻(xiàn)效果。

由上可窺見，國外采用RCM方法對(duì)混凝土開裂的研究不在少數(shù)，但對(duì)于采用RCM方法、目標(biāo)明確地評(píng)價(jià)自愈合混凝土的愈合性能的研究則相對(duì)較少。

四、采用RCM方法評(píng)價(jià)自愈合混凝土的適用性

(一)RCM方法能夠反映內(nèi)部宏觀愈合效果

評(píng)價(jià)混凝土自愈合效果的方法有很多，如拍攝混凝土試件裂縫表觀變化圖像，反映混凝土表層的愈合情況，但該方法不能反映混凝土裂縫內(nèi)部的愈合情況；如SEM、XRD、EDS等微觀設(shè)備方法，其反映的是微觀愈合產(chǎn)物的生長(zhǎng)情況，往往只能反映某一個(gè)位點(diǎn)的愈合情況，亦難以展現(xiàn)整體的效果。因此，對(duì)于宏觀層面以及內(nèi)部愈合效果的評(píng)價(jià)，采用RCM方法可以作為補(bǔ)充。

(二)RCM方法能夠推廣至結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)

RCM方法得出的成果是氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM，該系數(shù)是目前建立結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)的一個(gè)關(guān)鍵系數(shù)。經(jīng)自愈合的混凝土開裂試件采用RCM方法檢測(cè)，在得出DRCM后，能夠進(jìn)一步拓展應(yīng)用范疇，轉(zhuǎn)化使用至整體結(jié)構(gòu)性的使用壽命評(píng)估當(dāng)中。

(三)RCM方法能夠反映實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景

混凝土自愈合的本質(zhì)就在于混凝土耐久性的有效恢復(fù)，這也包含了混凝土抵御外界離子入侵腐蝕鋼筋的能力。而在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，不論是一般民用的建筑，還是用途特殊的工業(yè)建筑、海港建筑乃至鹽堿地的特殊建筑等，鋼筋都需要混凝土來保護(hù)抵御有害離子引起的銹蝕，其中RCM方法是氯離子檢測(cè)中最為成熟可靠的方法，因此能夠適應(yīng)實(shí)際建筑功能需要，亦能夠反映實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

五、總結(jié)

綜上所述，國外有研究學(xué)者使用RCM方法對(duì)帶裂縫的混凝土進(jìn)行氯離子侵蝕評(píng)估，亦有學(xué)者考慮到混凝土的愈合情況，但總體上，該領(lǐng)域目前仍較少人研究，而這些研究的方法本質(zhì)是一致的。采用RCM方法研究混凝土自愈合情況，不但能夠充分反映裂縫內(nèi)部的愈合總體情況，避免過于微觀或表層，而且還能由此推廣至評(píng)估混凝土自愈合后的結(jié)構(gòu)壽命狀況，更能反映建筑物結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求。