电通量法测试水灰比对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

■祝晓燕

（福建省交通建设工程试验检测有限公司，福州 350002）

由于水泥混凝土具有生产耗能低、 适用范围广、使用便捷等优点，已成为当代建设工程中不可代替的重要材料之一。 受到外界种种因素的影响，混凝土的原材料中有可能存在有害元素，而且混凝土本身脆性较大、抗冲击性能低、抗拉强度低，所以混凝土容易脆性开裂，直接影响到混凝土的抗渗性能、抗冻性能、抗化学介质侵入和钢筋抗锈蚀性能等，从而导致混凝土的使用寿命大大减短[1-2]。 这就要求混凝土不仅仅要有优良的强度，还应具有良好的耐久性能和适应各种环境的工作性能，得以满足当前和将来的各种建设工程的性能需求[3]。

氯离子侵入混凝土内部之后，将造成混凝土脆性开裂，从而造成混凝土的耐久性变差。 氯离子对混凝土的渗透作用主要是经过毛细作用、静水压和扩散作用来进行的。 混凝土对氯离子的吸附效果只作用于混凝土的表面层，而静水压作用下的氯离子运动在实际混凝土结构中很少见， 氯离子的扩散作用产生是由混凝土中氯离子浓度梯度变化引起的。 在混凝土结构中，扩散作用是氯离子侵蚀混凝土结构，达到钢筋位置最主要的方式，氯离子通过扩散作用侵入钢筋混凝土结构内， 经过电化学反应引发并加快混凝土结构内钢筋的锈蚀， 从而导致整个混凝土结构的损毁[4]。因此，通过对混凝土氯离子渗透性能的研究，能够有针对性地采取有效的防范措施，以提高混凝土结构的耐久性能。 本研究采用不同水灰比制作混凝土试块构件，通过测量电通量的方法，对混凝土的抗氯离子渗透性能进行分析研究。

1 电通量法介绍

电通量法是在一定条件下通过混凝土规定大小截面积的电荷总量，用来评价混凝土抵抗水和氯离子等介质向混凝土内部渗透的能力。

电通量试验方法是利用外界强加电场来加快混凝土构件两端的溶液离子的运动速度，在这种情况下，外界电场成为氯离子运动主要动力。 在外界直流电压的作用驱动下， 溶液中的离子快速运动，向正极方向运动， 测量规定的时间内经过的电量，就能反映混凝土构件的抵抗氯离子渗透的能力。 电通量试验方法采用的试验装置、用具和试剂见图1[2]。

图1 电通量试验装置安装示意图

电通量试验结束后， 得到6 h 通过的电量，每个构件的总电通量可以用简化公式计算：

式中：Q—通过构件的总电通量（C）；I0—初始电流（A）；It—在时间t（min）的电流（A）。

由上述公式计算得到的总电通量应当换算成为标准构件直径为95 mm 的电通量值，换算过程按下述公式计算：

式中：Qs—通过直径为95mm 构件的电通量（C）；Qx—通过直径为x（mm）构件的电通量（C）；x—构件的实际直径（mm）。

每组构件的试验结果应取3 个构件总电通量的算术平均值作为该组构件的电通量试验值。 当其中一个构件的总电通量值与中值的差超过中值的15%时，应取其他两个构件的总电通量的算术平均值作为该组构件的试验结果试验值。 当有2 个构件的总电通量值与中值的差都超过中值的15%时，应当取中值作为该组构件电通量试验值。

2 材料与方法

2.1 试验原材料

水泥：P.O42.5 普通硅酸盐水泥；外加剂：聚羧酸高性能减水剂；粉煤灰：F 类Ⅱ级；砂：河沙（细度模数2.54）；石子：碎石（5～25）mm。

2.2 混凝土配合比

混凝土配合比见表1， 该配合比以普通硅酸盐水泥P.O42.5 作为基准混凝土A0 胶结料， 水灰比为0.45，粉煤灰是按超量取代普通硅酸盐水泥的方法加入胶凝材料系统的，掺加量分别为普通硅酸盐水泥的12%、14%、16%、18%， 这样得到的混凝土A1、A2、A3、A4 的水灰比分别为0.40、0.39、0.38、0.37。

表1 混凝土配合比(单位：kg/m3）

2.3 试验设计

（1）该电通量试验采用直径100 mm，高度50 mm的圆柱体混凝土试件，养护到规定龄期后，将混凝土试件暴露于空气中至表面干燥，以硅胶或树脂密封材料涂刷混凝土试件圆柱表面，以保证混凝土试件圆柱面完全密封。

（2）测试前应进行真空饱水，将混凝土试件放入真空干燥容器中，启动真空泵使真空干燥器中的负压保持在1～5 kPa，保持这一状态3 h 后，注入足够多的蒸馏水直至混凝土试件被淹没，浸泡1 h 有恢复常压后，继续浸泡18 h。

（3）混凝土试件浸泡18 h 后取出，抹擦干净多余的水分（保持混凝土试件所在周围环境的相对湿度95%以上），然后把混凝土试件安装在试验槽内，采用螺杆把两个试验槽和端面装有硫化橡胶垫的混凝土试件夹紧。

（4）将质量浓度为3%的NaCl 溶液和物质量浓度为0.3 mol/L 的NaOH 溶液分别注入两侧试验槽内，注NaCl 溶液的试验槽内的铜网接电源的负极，注NaOH 溶液的试验槽内的铜网接电源的正极。

（5）保持两侧试验槽内充满溶液状态下接通电源，对两侧试验槽内铜网施加（60±0.1）V 直流恒电压，采用自动采集数据的装置进行记录电流值。 记录下电流初始读数I0后，接下来每间隔5 min 记录1 次电流值， 若电流值变化比较小的时候， 每间隔10 min 记录1 次， 若电流值变化非常小的时候，每间隔30 min 记录1 次，直到通6 h 电[2]。

3 结果与分析

从表2 和图2 可知，随着水灰比的逐渐增大，硬化后的水泥浆体内部的毛细孔的孔隙率逐渐增大，连通的毛细孔也逐渐增多，混凝土在拌合过程中，水会在砂石料表层形成水膜，使混凝土在水泥浆与砂石料之间形成一个过渡界面， 混凝土的内部缝隙和连通孔隙会更进一步导致混凝土的渗透性增强， 从而使混凝土的抗氯离子渗透能力大大降低。

通过对不同水灰比的混凝土构件在7 d 和28 d龄期分别进行电通量试验，结果表明随着水灰比逐渐变大，电通量测量值随之逐渐增大，表明混凝土抗氯离子性能逐渐变差。

表2 不同水灰比的混凝土构件的电通量测试结果

图2 电通量与水灰比关系曲线

4 结语

混凝土渗透性是评价混凝土质量好坏和混凝土耐久性的重要指标，水灰比是其中比较重要的一个影响因素。 但还有一些其它的影响因素也需要注意，例如在条件允许的情况下，适当调整粉煤灰的掺量比例，一方面可以改善混凝土的和易性，增加混凝土的密实性能， 来提高混凝土的渗透性能；另一方面可以替代一部分的水泥，从经济效益方面考虑，可以节约成本。 因此，在今后的混凝土配合比设计中应综合考虑实际工程的使用功能、条件和环境因素的影响进行综合计算，为满足实际工程的要求选择一个合适的水灰比。