干湿循环条件下早龄期混凝土氯离子扩散系数研究

李 晗

(江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州 341000)

0 引言

海洋环境中钢筋混凝土的破坏主要是钢筋受到离子侵蚀破坏钝化膜而锈蚀，其中最主要的侵蚀离子是氯离子，而混凝土保护层作为阻止离子侵蚀的第一道防线，其作用至关重要，如何提高混凝土的抗氯离子侵蚀能力成为研究要点。

目前，国内外学者对此方面进行了许多研究。周胜兵等人考虑时间因素，得出混凝土中氯离子的扩散系数随着养护时间的延长而降低［1］。Tang 等人通过大量试验，研究得出不同类型混凝土的氯离子扩散系数与养护时间之间为指数函数关系［2］。姚昌建等人对工程现场混凝土内部氯离子的浓度进行了取样检测，总结出混凝土内部氯离子扩散系数随深度的增加而增大［3］。但是大多数人只是研究长期侵蚀的混凝土，对于早龄期混凝土的研究还是不足。

我国规范［4］规定的钢筋混凝土性能是以标准养护28 d 龄期所测定数据为准，但是在海工混凝土的施工过程中，多数采取现场浇筑，部分桥梁工程中，甚至水下浇筑，钢筋混凝土在刚成型后就受到周围环境的侵蚀，根本满足不了试验所要求的养护条件，当然也就达不到规范规定的性能要求。本文结合工程实践的需要，模拟海洋中水下区、浪溅区环境的作用，分别设置水中浸泡的标准养护、海水中浸泡标准养护、水中干湿循环养护和海水中干湿循环养护4 种养护条件。通过测量混凝土在3 d 之前，7 d，14 d，21 d 及28 d 的氯离子渗透系数，研究早龄期混凝土在不同养护条件下的氯离子渗透性能。

1 试验原材料及配合比

1.1 试验原材料

水泥:生华牌P.C32.5 级水泥;细集料:福建产河沙，连续级配，各项指标符合标准的规定;粗集料:温州地区碎石5 mm～20 mm 连续级配;水:自来水。

1.2 试验配合比

混凝土试样的水胶比分别为0.45，0.40，0.35，试件分别在3 d 之前，7 d，14 d，21 d，28 d 的时间进行试验，同一批试验的试件个数不少于3 个。

具体的配合比如表1 所示。

2 试验方案

2.1 模拟环境条件

溶液浓度:根据浙江地区的环境监测资料，本实验将氯离子浓度扩大为5%;试验温度:夏季平均温度为26 ℃，试验保持恒温26 ℃;试验湿度:浙江属沿海地区，湿度大，试验取85%的相对湿度。根据统计数据显示，浙江沿海范围内夏季的月平均干湿比例为6.15∶1，本试验取1 d 为一个循环周期，试件浸泡4 h 后取出在26 ℃的恒温箱中干燥20 h。

表1 混凝土配合比

2.2 试验步骤

本试验根据ASTM C1202 的规定进行。混凝土试件的尺寸为φ100 mm×50 mm，每个试验组制作3 个试件，试验数据取平均值。试件浇筑24 h 后拆模，侧面涂刷两道环氧树脂，保留圆截面作为渗透面，放入不同养护条件中养护至指定龄期。试验前将试件进行真空饱水，饱水后将试件固定在试验槽内，采用螺杆将两端试验盒子夹紧，在阳极盒中注入0.3 mol/L 的NaOH，阴极盒中注入3%的NaCl。试验过程中保持施加60 V 的直流恒压电，记录6 h 内的电流值。

3 试验结论与讨论

3.1 混凝土的导电量

用上述方法测定不同水胶比、不同养护条件及不同养护龄期的混凝土氯离子导电量。试验结果见表2。

如表2 所示，各配合比混凝土试件的导电量随养护时间增加而降低，1 d～7 d 内下降速率较大，7 d 之后衰减速度减缓。特别是1 d～3 d 龄期，其导电量是28 d 龄期的250%～550%，原因是在混凝土养护初期，水泥的水化作用还没有充分完成，孔隙率较大，氯离子容易渗入混凝土中;随着养护龄期的增长，水化作用充分，密实度提高，混凝土的抗氯离子侵蚀能力得到加强。

3.2 混凝土的渗透系数

清华大学冯乃谦等人［6］得出导电量和氯离子扩散系数的关系:

其中，D 为氯离子扩散系数，×10-9cm2/s;Q 为6 h 总导电量，C。

根据表2 的数据计算出氯离子的扩散系数，以此判断氯离子的渗透性能。在相同水胶比，不同养护条件下，混凝土的氯离子扩散系数如图1 所示。

表2 不同水胶比、不同养护条件下的导电量 C

图1 不同养护条件下混凝土氯离子扩散系数

干湿养护条件下对氯离子扩散系数有着明显的影响，特别是在5% NaCl 溶液中干湿养护的混凝土试件，其每个时段的扩散系数都比标准养护的试件要高出许多。例如水胶比为0.40 时，在5% NaCl 溶液中干湿养护的混凝土试件28 d 扩散系数是水中干湿养护的142%，是5% NaCl 溶液中标准养护的140%。其原因在于，NaCl 溶液进入混凝土表层，在烘干情况下，水分蒸发，混凝土表层孔隙溶液中盐分增高，再次浸泡时，混凝土表层与内部将形成氯离子浓度差，这将驱使氯离子向混凝土内部扩散。但是，在水中干湿养护的试件对比水中标准养护的试件，其28 d 氯离子的扩散系数并没有显著的区别，只是在早龄期有一定的差距，说明干湿循环作用下并没有影响水中养护混凝土的抗氯离子渗透性能。

4 结语

1)混凝土的氯离子扩散系数随养护时间的增长而减小，但减小的幅度随时间延长在后期趋缓。

2)在水中养护时，干湿循环作用对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响很小，与标准养护相差不大;但在含有氯离子的溶液中养护时，由于干湿循环作用，加速了氯离子对混凝土的侵蚀，使氯离子扩散系数显著增大，明显降低了混凝土的抗氯离子侵蚀能力。

3)降低水胶比可显著降低混凝土的氯离子扩散系数，提高抗氯离子侵蚀能力。

［1］周胜兵，周 剑，张俊芝，等.混凝土氯离子扩散性能与时间关系的试验研究［J］.混凝土，2011(4) :46-47.

［2］Tang Lu-ping，Nilsson L O.Chloride Diffusivity in High Strength Concrete at Different Ages［J］.Nordic Concrete Research，1992，11(1) :162-170.

［3］姚昌建，金伟良，王海龙，等.海工混凝土氯离子扩散系数随深度的变化规律［J］.水利水运工程学报，2008(4) :14-18.

［4］GB/T 50082—2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准［S］.

［5］金伟良，张 奕，卢振勇.非饱和状态下氯离子在混凝土中的渗透机理及计算模型［J］.硅酸盐学报，2008(10) :1362-1369.

［6］冯乃谦，邢 锋.高性能混凝土的氯离子渗透性和导电量［J］.混凝土，2001(11) :3-7.

［7］陈春雷，邵 林，郑建军.干湿循环下混凝土中氯离子的一些扩散特性［J］.混凝土，2009(3) :21-23.

［8］孙富学，朱云辉，陈海明.高强混凝土中氯离子扩散性能试验研究［J］.中外公路，2009(3) :178-183.

［9］张俊芝，周 剑，鲁 列.暴露与养护时间对混凝土氯离子扩散性能的影响［J］.自然灾害学报，2011(1) :1-5.