氯离子对混凝土的侵蚀及混凝土渗透性试验方法

李帅 吕振经张雄

（1、河北工程大学，河北 邯郸 056038 2、中建七局安装工程有限公司烟台分公司，山东 烟台 264000）

前言

氯盐是引起的钢筋锈蚀影响混凝土结构耐久性最主要的因素之一。氯盐不但通过对钢筋的锈蚀作用而导致混凝土结构的破坏，而且对结构混凝土本身也有一定的破坏作用[1]。只有正确的认识Cl-进入混凝土方式、在混凝土中的迁移方式以及对混凝土的破坏机理，很好的掌握混凝土渗透性试验的方法、分类以及每种试验方法的特点，才能够实现更好的耐久性配制出更好耐久性的混凝土。

1 进入途径及迁移方式

1.1 进入途径

Cl-可以通过以下途径进入混凝土：（a）作为混凝土的组分，（b）通过扩散作用，（c）在干湿条件下通过毛细管吸入，（d）在水压力的作用下渗透。

1.2 迁移方式

Cl-在混凝土中的迁移能力较强。一般认为，Cl-在混凝土中迁移主要有三种方式，即扩散、毛细孔吸入（吸附）和渗透。扩散是由于溶液中Cl-浓度梯度引起的：毛细孔吸入是Cl-随着水一起连通毛细孔中迁移；渗透则是在压力作用下，Cl-随水一起进入混凝土。三种迁移形式一般是同时存在的，其中毛细孔吸入是迁移速度最快的方式。

2 氯盐侵蚀作用机理

Cl-对钢筋的腐蚀作用主要体现在以下几个方面[1]：

（1）作为去钝化剂，破坏钢筋表面的保护性钝化膜。

（2）在钢筋表面形成腐蚀电池，造成局部坑蚀或均匀腐蚀。

（3）与阳极反应产物生成可溶性物质的去极化作用，加速腐蚀进程。

（4）形成Cl-通道，降低阴阳极间的欧姆电阻，提高锈蚀速率。

当由于种种原因，结构混凝土中具有充分的可溶性Cl-时，钢筋表面的钝化将会遭到破坏，并导致钢筋腐蚀、混凝土开裂，在严重的情况下，还能导致混凝土保护层的脱落。钢筋锈蚀过程的主要反应如下式所示：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

从以上反应可以看出,Cl-本身虽然并不能构成腐蚀产物，在腐蚀中也不会被消耗，但Cl-为整个腐蚀过程进行起到了加速催化的作用。应该注意的是，Cl-到达钢筋表面有不均匀性，特别是Cl-作用于钢筋局部区域时，形成大阴极小阳极而导致钢筋坑蚀。钢筋坑蚀深度可达到平均深度的10倍左右，因而危害会更大。

由于Cl-半径相对很小，电负性强，因而其吸附性和扩散穿透力强。Cl-是一种钢筋活化剂，即使在混凝土保护层未被中性化的情况下也会破坏钢筋钝化膜而引起钢筋锈蚀。

3 试验原理[2]

3.1 渗透系数法

是利用流体在一定压力条件下通过被测对象的孔隙，从一端向另一端逐渐渗透的原理研究混凝土渗透性，定量地测出流体在不同的压力差下透过的速率，并利用达西定律计算混凝土的渗透系数。

3.2 离子扩散系数法

是利用当物质有浓度差而无压力差时物质在介质中传播的形式。依据的是德国学者Fick的两个经验公式来定量描述的。

3.3 电参数法

是利用混凝土的渗透性和一些电参数（电通量、电导率）有一定的相关性而进行定量测量的一种方法。

4 试验方法

4.1 分类总结

注：表中的“备注”项中包含的内容有这种测试方法被某个规范采用、某个国家或者是某个人使用等描述

表1 渗透系数法

表2 离子扩散系数法

表3 电参数法

4.2 国内主推的试验方法

混凝土渗透性的方法多种多样，已在前面的内容部分进行了阐述，国内主要以RCM法、电通量法和NEL法为主，试验的基本过程试验仪器的关键部分简单介绍。

4.2.1 RCM法

将标准养护28d的混凝土切成100±1mm×50±2mm的试件，在标准养护室水池中浸泡4d，然后进行试验，在橡胶筒中注入约

300mL的0.2mol/L的KOH溶液，使阳极板和试件表面均浸没于溶液中。在试验槽中注入含5%NaCl的0.2mol/L的KOH溶液，直至与橡胶筒中的KOH溶液的液面齐平。打开电源，记录时间，立即同步测定并联电压，串联电流和电解液初始温度。试验需要的时间按测得的初始电路确定。取出试件后，劈成两半，利用化学方法测定Cl-的扩散深度。

4.2.2 电通量法

混凝土试件养护28d后，切成50mm厚、100mm直径的试件，在真空条件下进行饱水。然后固定在水槽上，两端水槽所用的溶液分别是3.0%NaCl溶液和0.3mol/LNaOH溶液，在60V的外加电场下，每隔30min记录一次电流，持续6h，由电流—时间函数曲线计算通过的总电量，来评价混凝土的Cl-渗透性。

4.2.3 电导率法

将标准养护或水中养护28d的混凝土切成100mm×100mm×50mm或100mm×50mm的试件，上下表面应平整。取其中三块试件在NEL型真空饱盐设备中用4mol/L的NaCl溶液真空饱盐。擦去饱盐试件表面盐水并置于试件夹具上尺寸为50mm的两个紫铜电极之间，利用NEL型Cl-扩散系数测试系统在低压下对饱盐试件的Cl-扩散系数进行测定。

结论

1、Cl-不但会对混凝土结构中的钢筋进行锈蚀而导致混凝土结构的破坏，而且对结构混凝土本身也有一定的破坏作用。

2、混凝土渗透性试验的方法多种多样，其测试原理和适用范围有所不同，所获得的扩散系数方法也不同，应予合理选择。

3、目前测试混凝土渗透性的方法都或多或少存在缺陷，所获得的扩散系数难以准确预测混凝土结构的寿命，有待进一步的研究和完善。

[1]赵卓，蒋晓东.受腐蚀混凝土结构耐久性检测诊断[M].河南：黄河水利出版社，2006.

[2]赵铁军.混凝土渗透性[M].北京：科学出版社，2005.

[3]GBJ82-1985普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法[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]王晓东，张鹏，赵铁军.混凝土Cl-渗透性试验方法[J].工程设计与建设，2005，37(5).