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解析混凝土的抗氯离子渗透性能

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来源:
论文网
2018/01/30 10:46
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一、氯离子对混凝土产生的负面影响 
  混凝土中,钢筋锈蚀机理一般分为化学腐蚀以及电化学腐蚀,其中的电化学腐蚀的危害更为强大。碱性条件下,由于钢筋表面有一层钝化膜,能够自我保护,进而不被锈蚀。但是当混凝土中的碱度降低的时候,钝化膜就会变得不稳定,腐蚀微电池就会形成,进而锈蚀钢筋。如果钢筋所处环境中存在着氯离子,那么氯离子就会加快电化学腐蚀的速度,其中的作用机理是:1.损坏金属钝化膜——金属表面的氯离子吸附在钝化膜上面,能够降低混凝土的局部碱性,进而损坏钝化膜;2.导电——一方面,氯离子能够降低混凝土的电阻,这样一来就加速了钢筋的电化学腐蚀速度,另一方面,氯离子会提高混凝土的吸湿性,这样也会降低混凝土的电阻,进而加快电化学腐蚀速度;3.氯离子能够产生电化学腐蚀当中的阳极去极化作用,最终加快电化学腐蚀速度。 


  二、影响混凝土抗氯离子渗透性能的主要因素 
  混凝土抗氯离子渗透性能主要和混凝土的配合比、内部孔隙率以及空隙液组成等等相关,下面简要地讨论一下影响混凝土抗氯离子渗透性能的主要因素。 
  (一)混凝土的配合比 
  混凝土的配合比中如果水灰比增大的话,混凝土内部的孔隙率就会随之提高,进而会导致氯离子的扩散系数增大。所以,混凝土的水灰比务必要在某种程度上反映出混凝土自身的密实度,一定要按照一定的比例进行配合。 
  (二)混凝土的孔隙碱度 
  研究学者通常认为氯离子会损坏金属的钝化膜,不单单只是取决于钢筋周遭混凝土孔隙中氯离子的浓度,更为重要的是[Cl ]/[OH ]。著名的Housmann学者在研究中指出,只要[Cl ]/[OH ]的值小于等于0.6,钢筋就不会被轻易激活。 
   
  三、当前混凝土抗氯离子渗透性能的主要试验方法 
  (一)ASTM C1202法 
  ASTM C1202是美国材料试验协会制定的关于测试混凝土抗氯离子渗透性能的标准试验方法。美国ASTM C1202的测试过程为:把¢4×2英寸大小的混凝土试样进行真空饱水后,将试样放置在标准夹具里面,再用0.3N NaOH溶液以及3%wt NaCl溶液给予试样60V的直流电,时间为6个小时,期间记录流过的电量,最后根据记录评价出混凝土渗透性能的高低。试验装置以及试验环境的温度要控制在20~25℃之间。 
  美国ASTM C1202这个试验的假设十分简单,就是阴离子在电场的作用之下会从负极移向正极,在同样的试验环境中,若是迁移量越多(电量越大)的话,则表示被检测试样的渗透性能就越大。由于试验假设过于简单,导致了众多学者对其试验结果的质疑。后来通过大量的试验证明,ASTM C1202比较适合测试电量在1000~3000库仑的混凝土,即为C30~C50之间的中等强度混凝土,另外对于小于1000或者是大于3000库仑的试样视为同一等级。总而言之,虽然ASTM C1202存在着或多或少的缺陷,但是它至今依然是测试混凝土抗氯离子渗透性能的标准方法,当前,北美、欧洲、东南亚国家在验收高性能混凝土的时候,一般仍是沿用ASTM C1202法,所测结果电量在1000库仑以下为合格。 
  (二)RCM法 
  RCM方法来源于唐路平的方法,不过修改了一些具体细节。它的测试过称为:选用¢100mm×50mm的标准试样,试样在实验室制作的时候,在试验前7d选用¢100mm×300mm或者150mm×150mm×150mm加工制作成标准试样,打磨光滑之后继续浸泡在水里面养护到试验期。需要注意的是,试样在实体混凝土结构中进行钻取的时候,应该先将试验切割成标准尺寸,然后在标准的养护水池中浸泡4d,再进行试验。实验室温控制在18~22℃,试样在安装之前务必要进行100~140s超声浴处理。 
  采用30V直流电进行试验,阳极选用300ml的O.2mol/l的氢氧化钾溶液,阴极选用.2 mol/l的氢氧化钾溶液,氢氧化钾溶液要包含5%的氯化钠,通电时间一般为4~168小时。试验后,劈开试样,选用0.1mol/l的硝酸银溶液来测试氯离子的渗透深度,最后再用公式计算出氯离子的扩散系数。 
  (三)NEL法 
  清华大学提出了NEL法。该测试方法采用100mm×100mm×50mm或者¢100mm×50mm的标准试样,另外需要切除试样表层20mm,这样就可以避免试样受到浮浆层的影响。 
  试验之前要将试样制作成标准尺寸,把试样置于真空(真空度要低于-0.05MPa)干燥的容器中,时间为6小时,然后加入4mol/l的氯化钠溶液,抽真空2小时,之后再将试样在氯化钠溶液中浸泡24小时。而用NEL型的混凝土渗透性能电测仪测定氯离子渗透系数的时候,测试时间较短,通常只需要5~8分钟。 
  (四)自然扩散法 
  自然扩散法的过程是将养护完成了的试样浸泡在氯离子溶液中,一段时间后,就可以切片测量不同深度的氯离子含量。试验中,研究者都是根据情况来决定试样尺寸以及浸泡溶液的离子种类、数量。通常情况下,自然扩散法的测试时间较长,浸泡时间必须达到90d以上。 


  四、混凝土抗氯离子渗透性能试验的相关意见 
  混凝土从本质上说来是一种不均匀的材料,不管是成型的混凝土试样还是现场才浇筑而成的混凝土,它们的表面都比内部容易渗透,所以为了更好地研究混凝土的抗氯离子渗透性能,在试验之前,就必须再三思索该选用何种尺寸的试样以及在试样的何处部位进行试验等等问题。 
  (一)采用何种尺寸的试样 
  由于我国主要是选用立体试样,针对成型试样,建议ASTM C1202法、NEL法以及自然扩散法采用100mm×100mm×100mm的长方体试样,而RCM法选用¢100mm×200mm的圆柱体试样。 
  (二)试样的试验时间 
   由于当前的高性能混凝土中皆加入了大量的矿物掺合料,这种矿物掺合料需要较长的时间才能产生二次水化,所以建议选用56d的试验时间。 
  (三)试样的切割 
  试验必须考虑可重复性和离散性,所以在试验中选用的试样性能必须比较稳定,要选用切除试样表层后剩下的部分进行试验。100mm×100mm×100mm的成型试样,要沿着平行与成型面的方向进行切割试样,切除20mm~30mm,如果是¢100mm×200mm的试样,要切除表层50~60mm。 
  (四)实验室温度 
  考虑到当前混凝土成型和养护的具体条件要求,实验室的温度通常要控制在20~25℃。 

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