PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性试验
2018-09-04沈平邦
□文 /沈平邦
氯离子对钢筋混凝土的侵蚀危害已在业内引起广泛重视。氯离子对混凝土构筑物的侵害主要包括：加速钢筋锈蚀、降低混凝土的抗化学侵蚀性能、降低耐磨性能和降低抗折强度。每项侵害都是致命的，因此检测混凝土是否具有抗氯离子侵蚀能力非常必要。
目前，我国用于表征混凝土抗氯离子侵蚀能力的检测项目为GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的电通量法和RCM法。这两种方法虽然能够检测混凝土的抗氯离子侵蚀能力，但需要在工程现场混凝土试件上钻芯取样后运至试验室内检测，既不能快速反映混凝土抗氯离子侵蚀能力又对结构造成一定的破坏。由英国女王大学开发的现场检测设备——PERMIT氯离子扩散系数测定仪，不仅能快速检测混凝土抗氯离子侵蚀能力，而且能够实现无损检测。
但在我国，判定混凝土抗氯离子侵蚀能力的指标是以电通量法或RCM法测得数据为依据的；PERMIT法检测没有定量的指标。因此，本文通过试验，研究PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性。
1 不同原材料下相关性分析
1.1 矿物掺合料
对天津地区常见的矿物掺合料混凝土进行PERMIT法和RCM法试验，龄期28 d，试验基础配合比见表1，试验结果见表2。研究不同矿物掺合料下PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性，见图1。
表1 混凝土配合比1 kg/m3
表2 不同矿物掺合料PERMIT法与RCM法试验
由图1可以看出，不同产地矿物掺合料下，RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数为0.79且二者的线性斜率为0.298 6。
1.2 水泥
对使用不同品种水泥的混凝土进行PERMIT法和RCM法试验，龄期28 d，试验基础配合比见表3，试验结果见表4。研究不同品种水泥下PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性，见图2。
表3 混凝土配合比2 kg/m3
表4 不同品种水泥PERMIT法与RCM法试验
图2 不同品种水泥下RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
由图2可以看出，不同品种水泥下，RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数达到0.97以上且二者的线性斜率为0.306 8。
1.3 减水剂
对使用不同减水剂的混凝土进行PERMIT法和RCM法试验。试验龄期为28 d，试验基础配合比见表5，试验结果见表6。研究不同品种减水剂下PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性，见图3。
表5 混凝土配合比3 kg/m3
由图3可以看出，掺加不同减水剂的混凝土RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数达到0.77以上且二者的线性斜率为0.298 7。
表6 掺加不同减水剂PERMIT法与RCM法试验
图3 不同减水剂下RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
1.4 细骨料
对掺加不同细骨料的混凝土进行PERMIT法和RCM法试验。试验龄期为28 d，试验基础配合比见表3，试验结果见表7。研究不同细骨料下PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性，见图4。
表7 掺加不同减水剂PERMIT法与RCM法试验
图4 不用细骨料下RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
由图4可以看出，掺加不同细骨料的混凝土RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数达到0.899且二者的线性斜率为0.295 7。
1.5 原材料品种及产地
基于表2、表4、表6和表7，研究不同原材料品种及产地下PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性，见图5。
图5 不同原材料品种及产地时RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
由图5可以看出，不同原材料品种及产地的混凝土RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数达到0.92以上且二者的线性斜率为0.299 7。
2 不同配合比下相关性分析
通过正交试验，研究不同影响混凝土抗氯离子性能因素下（水胶比、砂率、矿物掺合料掺量及外加剂品种），PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数相关性，见表8和图6。
表8 正交因素及结果
续表8
图6 不同配合比下RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
由图6可以看出，不同配合比的混凝土RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数达到0.98以上且二者的线性斜率为0.300 3。
3 不同养护龄期下相关性分析
基于表8的混凝土配合比，研究标准养护龄期为14、28、60、90、180 d 时，PERMIT法与 RCM法氯离子扩散系数的相关性，见表9和图7-图10，28 d时的拟合曲线见图6。
表9 养护不同龄期Permit法与RCM法试验
续表9
图7 14 d时RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
图8 60 d时RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
图9 90 d时RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
图10 180 d时RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
由图6-图10可以看出，不同龄期的混凝土RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数达到0.97以上。说明这两种方法均能较好地测试混凝土的抗氯离子渗透性。
4 不同养护条件下相关性分析
基于表8的混凝土配合比，研究标准养护和自然养护条件下，混凝土PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数的相关性，见表10和图11-图12。
表10 不同养护条件对PERMIT法和RCM法试验结果的影响
图11 标准养护下RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
图12 自然养护下RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
由图11和12可以看，不同养护条件下的混凝土，RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数均存在线性关系，但自然养护条件下的判定系数小于标准养护条件下的判定系数且在自然养护条件下PERMIT法氯离子扩散系数＞2.5×10-12m2/s时，散点位置不在趋势线上。根据表9和表10可知，PERMIT法氯离子扩散系数＞2.5×10-12m2/s时混凝土强度等级低于30 MPa，说明当混凝土强度等级低于30 MPa时两者线性关系不明显；但在标准养护条件下，RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数存在显著的线性关系。
5 各种试验条件下PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数分析
基于以上试验结果，研究上述各种试验因素下，混凝土PERMIT法与RCM法氯离子扩散系数的相关性，见图13。
图13 RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数的拟合曲线
由图13可以看出，不同因素的混凝土，RCM法与PERMIT法氯离子扩散系数线性拟合，其判定系数达到0.95以上，说明两者存在线性关系；但当PERMIT氯离子扩散系数＞2.5×10-12m2/s时，其散点位置不在趋势线上，两者线性关系不明显。
6 结果
基于上述测试结果，建立PERMIT离子迁移方法与RCM快速氯离子迁移方法的数值关系
需要注意的是，当自然养护条件下混凝土强度等级低于30 MPa时，本公式不适用。
7 结论
从测试原理来说，PERMIT离子迁移方法与RCM快速氯离子迁移方法同属电迁移方法，但两者的测试阶段不同。PERMIT离子迁移方法基于稳态电迁移理论，在离子传输到达稳态阶段后所得数据方为有效；RCM快速氯离子迁移方法基于非稳态电迁移理论，这可能是造成这两种方法所得氯离子迁移系数有所差别的主要原因[1]。PERMIT离子迁移方法与RCM快速氯离子迁移方法之间关系的建立，实现了快速、准确、无损的方式检测混凝土抗氯离子侵蚀能力，为现场工程检测提供便利，从而有助于提高土建工程结构的耐久性。
