除冰盐对水泥混凝土的损坏及水溶性氯离子含量的测定

2016-07-13胡呈龙陈金华郭彦强弥海晨

湖南交通科技 2016年2期

关键词：损坏水泥混凝土测定

胡呈龙，陈金华，郭彦强，弥海晨

(1.中铁五局集团机械化工程有限责任公司，湖南衡阳　421000；　2.西安公路研究院，陕西西安　710065)

除冰盐对水泥混凝土的损坏及水溶性氯离子含量的测定

胡呈龙1，陈金华1，郭彦强2，弥海晨2

(1.中铁五局集团机械化工程有限责任公司，湖南衡阳421000；2.西安公路研究院，陕西西安710065)

摘要：通过测定损坏水泥混凝土中残留的水溶性氯离子含量，分析了氯盐型除冰盐对混凝土的损坏问题。试验结果表明：损坏的松散混凝土中水溶性氯离子含量大于未损坏的混凝土中水溶性氯离子含量，氯离子含量可以作为混凝土损坏原因的一个判定指标。

关键词：除冰盐；水泥混凝土；损坏；氯离子；测定

我国北方冬季寒冷，降雪量较大，冰冻发展速度快，持续时间较长，造成高速公路和城市道路的严重堵塞。为了保证路面行车畅通，常常抛撒大量的除冰盐，在融雪除冰的同时给道路混凝土设施带来了极大的冻害，引起混凝土的严重剥蚀、桥梁钢筋的锈蚀[1，2]等病害。研究结果表明：寒冷地区除冰盐引起的盐冻剥蚀破坏和钢筋锈蚀破坏是道桥设施破坏或失效的最主要原因[3]。

各国学者高度重视混凝土在盐冻环境下的破坏情况，开展大量实验研究，混凝土冻融研究多以室内研究为主，对冻融后的混凝土进行力学性能试验研究，而对实体道路水泥混凝土工程设施的损坏是否由使用除冰盐造成的相关研究较少。当道路设施既有结构混凝土出现破坏时，常会在是混凝土施工质量差还是由于使用除冰盐造成盐冻剥蚀破坏引起的之间存在争议。

1除冰盐的特点及对混凝土的危害

目前，常用的除冰盐(化冰盐、除冰盐)大致分为三类：第一类是氯盐型，例如氯化钙、氯化镁、氯化钠等；第二类是非氯盐型，有机盐或无机盐，例如钙镁乙酸盐、乙酸钾等；第三类是混合型，氯盐+非氯盐、氯盐+非氯盐+阻锈剂[4]等。公路上所使用的除冰盐大多是以“氯盐”为主要成分的无机工业盐，如氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等，这类产品降低冰点性能好，且价格低廉，常见的除冰盐冰点降低实验数值[5]如表1所示，常用除冰盐不同温度下的溶解度如表2所示。

表1 冰点降低试验数据℃溶质冰点降低值4%8%15%20%30%氯化钠-1.8-3.6-8.9-13.3-23.5无水氯化钙-2.5-5.3-12.0-19.1-32.8(28%)无水氯化镁-2.3-4.6-9.0-12.6-20.8

表2 常用除冰盐的溶解度表温度/℃溶解度/(g·(100g水)-1)氯化钠氯化钙氯化镁035.759.552.91035.864.753.62036.074.554.6

含氯离子除冰盐均易溶于水，会电离出水溶性氯离子。大量抛洒在道路上的除冰盐随雨、雪水进入道路设施，引起工程设施的破坏，同时还引起环境污染和植物的坏死等，表3给出了国外相关资料

表3 常用除冰盐的性能与影响评价表影响类别氯化钠氯化钙氯化镁对金属的腐蚀100%50%～70%40%～60%对水泥的腐蚀强烈破坏100%强烈破坏250%轻微破坏5%对土壤的影响造成土壤板结轻微板结影响很小

中常用除冰盐的性能与影响的评价[6]。因此，可以通过水溶性氯离子含量的检测，来表征道路设施的损坏是否因为除冰盐所引起。

2混凝土损坏工程实例

例如西北某高速公路交付通车1年半，在现场巡查中发现混凝土路肩、碎落台、水沟盖板、路缘石等松散破坏情况，路肩、碎落台及水沟盖板损坏照片如图1、图2所示，破坏从表层逐步向内部发展，表面砂浆层剥落，骨料暴露。

图1　路肩、碎落台损坏照片

图2　水沟盖板照片(左：未损坏；右：损坏)

初步分析：此段落处于高山地段，海拔高、风雪大，路面积雪严重且因气温低不易融化。养护单位为了保障行车安全，对积雪采用洒盐进行化雪处理，盐对水泥混凝土产生腐蚀，含有大量氯盐的雪水渗入到水泥混凝土中产生冻融循环导致混凝土的松散破坏。

针对上述问题，期望通过现场情况调研、混凝土剥蚀破坏特征表观及测定损坏水泥混凝土中残留的水溶性氯离子含量来说明氯盐型除冰盐对混凝土的损坏问题。

3损坏水泥混凝土中水溶性氯离子含量的测定

按《JGJ/T 322-2013混凝土中氯离子含量检测技术规程》既有结构混凝土的取样方法从路肩、水沟盖板损坏处取样，取未损坏处水沟盖板混凝土样品做空白对比，采用上述规程附录C—硝酸银滴定法，对路肩、水沟盖板混凝土中水溶性氯离子含量进行测定。

3.1水泥混凝土试样

纵向并购：纵向并购又分为向前纵向并购和向后纵向并购，向前并购是指企业为了打开销售市场，获得更好的销售渠道，从而并购其下游企业的方式。向后并购是指企业为了降低自己的生产成本或者为了更好地提高生产能力，从而并购其上游企业的方式。

路肩水泥混凝土强度等级C20，塌落度70～90 mm，水沟盖板水泥混凝土强度等级C30，塌落度70～90 mm，它们的混凝土配合比如表4所示；取样样品及照片如表5和图3所示。

表4 路肩、水沟盖板水泥混凝土配比表材料混凝土配合比路肩水沟盖板P.O42.5水泥341412中砂6796405～31.5碎石12061138水174210

表5 路肩、水沟盖板取样样品编号桩号样品0/未损坏水沟盖板混凝土1K395+710右填方路肩松散混凝土2K395+810右水沟盖板松散混凝土3K402+500左填方路肩松散混凝土

图3　路肩、水沟盖板水泥混凝土取样照片

3.2试样中水溶性氯离子含量的测定

采用硝酸银滴定法，试验原理为：在中性至弱碱性范围内(pH6.5～10.5)，以K2CrO4为指示剂，用AgNO3标准溶液滴定Cl-时，由于AgCl的溶解度比Ag2CrO4溶解度小，因此滴定时首先析出AgCl白色沉淀，当Cl-完全反应后，过量的Ag+与K2CrO4反应生成砖红色的Ag2CrO4，达到滴定终点。该沉淀滴定的反应如下：

3.2.1水泥混凝土试样制备

将混凝土试样破碎，剔除石子，研磨至全部通过筛孔公称直径为0.16 mm的筛，研磨后的砂浆粉末置于105 ℃±5 ℃烘箱中烘2 h，取出试样放入干燥器中冷却至室温备用，如图4所示。

图4　0～3号砂浆粉末试样照片

称取20.00 g磨细的砂浆粉末，精确至0.01 g，置于三角烧瓶中，并加入100 mL(V1)蒸馏水，摇匀后，盖好表面皿后放到带石棉网的试验电炉或其他加热装置上沸煮5 min，停止加热，盖好瓶塞，静置24 h后，以快速定量滤纸过滤，获取滤液，如图5所示。

图5　0～3号试样滤液照片

分别移取两份滤液20 mL(V2)，置于2个三角瓶中，各加两滴酚酞指示剂，再用硝酸溶液中和至刚好无色；滴定前分别向两份滤液中加入10滴铬酸钾指示剂，然后用硝酸银标准溶液滴至略带桃红色的黄色不消失，终点的颜色判定必须保持一致，滴定过程中滤液颜色变化如图6所示。分别记录各自消耗的硝酸银标准溶液体积V31和V32，取两者的平均值V3作为测定结果。

左：滤液中滴加酚酞再用硝酸溶液中和至刚好无色；

中：滴定前向滤液中加入滴铬酸钾指示剂后呈黄色；

右：滴定终点略带桃红色的黄色

图6滴定过程中滤液颜色变化

3.2.3结果计算

硬化混凝土中水溶性氯离子含量按下式(1)计算：

(1)

在已知混凝土配比时，硬化混凝土中水溶性氯离子含量占水泥质量的百分比按下式(2)计算：

(2)

4结果与讨论

根据上述试验方法，测得混凝土试样中水溶性氯离子含量结果如表6所示。

由表6可见：

1) 1、2、3号损坏路肩和水沟盖板松散混凝土中水溶性氯离子含量大于0号未损坏的水沟盖板混凝土中水溶性氯离子含量。分析原因，可以初步说明水溶性氯离子含量高是混凝土损坏的一个原因，而水溶性氯离子主要来源于除冰盐，也就说明除冰盐是混凝土损坏的一个原因。

2) 1、3号损坏路肩松散混凝土中水溶性氯离子含量均大于2号损坏水沟盖板松散混凝土中水溶性氯离子含量。分析原因，可能是水沟盖板因为下部悬空，不管是融雪阶段还是后期雨水冲刷阶段，水溶性氯离子都更容易流失。

3)根据《JGJ/T 322-2013混凝土中氯离子含量检测技术规程》检测方法与结果评定要求，既有结构或构件混凝土中水溶性氯离子含量应符合现

表6 混凝土试样中水溶性氯离子含量结果编号强度等级取样处V1/mLV2/mLV3/mL12平均值CCl-/(mol·L-1)WWCl-/%WCCl-/%0C30水沟盖板10020.002.12.12.100.001490.02640.0811C20路肩10020.004.34.24.250.003020.05350.3672C30水沟盖板10020.003.83.93.850.002730.04850.1493C20路肩10020.005.35.45.350.003800.06730.462 注:CCl-为混凝土滤液试样的水溶性氯离子浓度;WWCl-为硬化混凝土中水溶性氯离子占砂浆试样质量的百分比;WCCl-为硬化混凝土中水溶性氯离子含量占水泥质量的百分比。

行国家标准《GB50164-2011混凝土质量控制标准》的有关规定。《GB50164-2011混凝土质量控制标准》中在除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀环境下混凝土拌合物中水溶性氯离子占水泥质量百分比最大含量依次为：钢筋混凝土0.06%、预应力混凝土0.06%、素混凝土1.00%。而《GB50010-2010混凝土结构设计规范》中设计使用年限为50 a的混凝土结构在暴露的环境三a(严寒和寒冷地区)、三b(受除冰盐作用环境)下，混凝土中的氯离子占胶凝材料总量的百分比最大含量为0.10%～0.15%。上述可知，不同的标准、规范中对氯离子含量的指标规定的不完全相同、环境作业描述不完全相同，参考《GB 14902-2003预拌混凝土》、《JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程》及《GB 50476-2008混凝土结构耐久性设计规范》中对氯离子最大含量的要求，本试验结果评定认为以除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀环境下，氯离子占胶凝材料总量的百分比最大含量为0.10%较为合理。因为除冰盐中水溶性氯离子在混凝土中渗透迁移，存在不同部位氯离子含量不同的情况；自然条件下，雨雪冲刷对混凝土中氯离子含量也有影响；尽管如此，1、2、3号损坏路肩和水沟盖板松散混凝土中水溶性氯离子含量均仍大于0.10%，由此说明，该路段使用了含有水溶性氯离子的除冰盐。

4) 实际路况观察表明，损坏的路肩和水沟盖板混凝土表面砂浆层剥落，骨料暴露，表面凹凸不平，符合除冰盐对混凝土剥蚀破坏的表观，其破坏原因趋向于除冰盐对混凝土冻融剥蚀破坏。

综上，混凝土中水溶性氯离子含量检测从一定角度上能说明混凝土的损坏是否由除冰盐对混凝土冻融剥蚀破坏引起，混凝土中水溶性氯离子含量可以作为混凝土损坏原因的一个判定指标。

5结论

1) 损坏的松散混凝土中水溶性氯离子含量大于未损坏的混凝土中水溶性氯离子含量；损坏的路肩松散混凝土中水溶性氯离子含量大于损坏的水沟盖板松散混凝土中水溶性氯离子含量。

2) 混凝土中水溶性氯离子含量可以作为混凝土损坏原因的一个判定指标，但是，为了能更好的说明问题，还需做更加全面的检测。

参考文献：

[1] 罗辉，杨仕教，杨建明.除冰盐对水泥混凝土路面的危害及防治[J].浙江交通职业技术学院学报，2008，9(3)：9-12.

[2] 刘林，刘坤岩.除冰盐对混凝土路面剥蚀破坏机理及预防措施的研究[J].中外公路，2010(10)：115-119.

[3] 盖晓连，邰连河.除冰盐对水泥混凝土路面的破坏机理及防治[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版)，2012，26(2)：40-42.

[4] 李连志，柳俊哲，刘彦书，等.除冰盐对混凝土的早期破坏机理及防治[J].低温建筑技术，2005(4)：13-15.

[5] 张晶岩.提高水泥混凝土路面盐冻破坏的主要措施[J].山西建筑，2008，2(4)：297-298.

[6] 洪乃丰.除冰盐及其对基础设施的腐蚀危害[J].建筑技术，2004，35(4)：256-259.