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一、氯離子對混凝土產(chǎn)生的負(fù)面影響
混凝土中,鋼筋銹蝕機理一般分為化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕,其中的電化學(xué)腐蝕的危害更為強大。堿性條件下,由于鋼筋表面有一層鈍化膜,能夠自我保護,進(jìn)而不被銹蝕。但是當(dāng)混凝土中的堿度降低的時候,鈍化膜就會變得不穩(wěn)定,腐蝕微電池就會形成,進(jìn)而銹蝕鋼筋。如果鋼筋所處環(huán)境中存在著氯離子,那么氯離子就會加快電化學(xué)腐蝕的速度,其中的作用機理是:1.損壞金屬鈍化膜——金屬表面的氯離子吸附在鈍化膜上面,能夠降低混凝土的局部堿性,進(jìn)而損壞鈍化膜;2.導(dǎo)電——一方面,氯離子能夠降低混凝土的電阻,這樣一來就加速了鋼筋的電化學(xué)腐蝕速度,另一方面,氯離子會提高混凝土的吸濕性,這樣也會降低混凝土的電阻,進(jìn)而加快電化學(xué)腐蝕速度;3.氯離子能夠產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕當(dāng)中的陽極去極化作用,最終加快電化學(xué)腐蝕速度。
二、影響混凝土抗氯離子滲透性能的主要因素
混凝土抗氯離子滲透性能主要和混凝土的配合比、內(nèi)部孔隙率以及空隙液組成等等相關(guān),下面簡要地討論一下影響混凝土抗氯離子滲透性能的主要因素。
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混凝土的配合比中如果水灰比增大的話,混凝土內(nèi)部的孔隙率就會隨之提高,進(jìn)而會導(dǎo)致氯離子的擴散系數(shù)增大。所以,混凝土的水灰比務(wù)必要在某種程度上反映出混凝土自身的密實度,一定要按照一定的比例進(jìn)行配合。
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研究學(xué)者通常認(rèn)為氯離子會損壞金屬的鈍化膜,不單單只是取決于鋼筋周遭混凝土孔隙中氯離子的濃度,更為重要的是[Cl ]/[OH ]。的Housmann學(xué)者在研究中指出,只要[Cl ]/[OH ]的值小于等于0.6,鋼筋就不會被輕易激活。
三、當(dāng)前混凝土抗氯離子滲透性能的主要試驗方法
?。ㄒ唬〢STM C1202法
ASTM C1202是美國材料試驗協(xié)會制定的關(guān)于測試混凝土抗氯離子滲透性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。美國ASTM C1202的測試過程為:把¢4×2英寸大小的混凝土試樣進(jìn)行真空飽水后,將試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)夾具里面,再用0.3N NaOH溶液以及3%wt NaCl溶液給予試樣60V的直流電,時間為6個小時,期間記錄流過的電量,最后根據(jù)記錄評價出混凝土滲透性能的高低。試驗裝置以及試驗環(huán)境的溫度要控制在20~25℃之間。
美國ASTM C1202這個試驗的假設(shè)十分簡單,就是陰離子在電場的作用之下會從負(fù)極移向正極,在同樣的試驗環(huán)境中,若是遷移量越多(電量越大)的話,則表示被檢測試樣的滲透性能就越大。由于試驗假設(shè)過于簡單,導(dǎo)致了眾多學(xué)者對其試驗結(jié)果的質(zhì)疑。后來通過大量的試驗證明,ASTM C1202比較適合測試電量在1000~3000庫侖的混凝土,即為C30~C50之間的中等強度混凝土,另外對于小于1000或者是大于3000庫侖的試樣視為同一等級??偠灾?,雖然ASTM C1202存在著或多或少的缺陷,但是它至今依然是測試混凝土抗氯離子滲透性能的標(biāo)準(zhǔn)方法,當(dāng)前,北美、歐洲、東南亞國家在驗收高性能混凝土的時候,一般仍是沿用ASTM C1202法,所測結(jié)果電量在1000庫侖以下為合格。
?。ǘ㏑CM法
RCM方法來源于唐路平的方法,不過修改了一些具體細(xì)節(jié)。它的測試過稱為:選用¢100mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣,試樣在實驗室制作的時候,在試驗前7d選用¢100mm×300mm或者150mm×150mm×150mm加工制作成標(biāo)準(zhǔn)試樣,打磨光滑之后繼續(xù)浸泡在水里面養(yǎng)護到試驗期。需要注意的是,試樣在實體混凝土結(jié)構(gòu)中進(jìn)行鉆取的時候,應(yīng)該先將試驗切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸,然后在標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護水池中浸泡4d,再進(jìn)行試驗。實驗室溫控制在18~22℃,試樣在安裝之前務(wù)必要進(jìn)行100~140s超聲浴處理。
采用30V直流電進(jìn)行試驗,陽極選用300ml的O.2mol/l的氫氧化鉀溶液,陰極選用.2 mol/l的氫氧化鉀溶液,氫氧化鉀溶液要包含5%的氯化鈉,通電時間一般為4~168小時。試驗后,劈開試樣,選用0.1mol/l的溶液來測試氯離子的滲透深度,最后再用公式計算出氯離子的擴散系數(shù)。
?。ㄈ㎞EL法
清華大學(xué)提出了NEL法。該測試方法采用100mm×100mm×50mm或者¢100mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣,另外需要切除試樣表層20mm,這樣就可以避免試樣受到浮漿層的影響。
試驗之前要將試樣制作成標(biāo)準(zhǔn)尺寸,把試樣置于真空(真空度要低于-0.05MPa)干燥的容器中,時間為6小時,然后加入4mol/l的氯化鈉溶液,抽真空2小時,之后再將試樣在氯化鈉溶液中浸泡24小時。而用NEL型的混凝土滲透性能電測儀測定氯離子滲透系數(shù)的時候,測試時間較短,通常只需要5~8分鐘。
?。ㄋ模┳匀粩U散法
自然擴散法的過程是將養(yǎng)護完成了的試樣浸泡在氯離子溶液中,一段時間后,就可以切片測量不同深度的氯離子含量。試驗中,研究者都是根據(jù)情況來決定試樣尺寸以及浸泡溶液的離子種類、數(shù)量。通常情況下,自然擴散法的測試時間較長,浸泡時間必須達(dá)到90d以上。
四、混凝土抗氯離子滲透性能試驗的相關(guān)意見
混凝土從本質(zhì)上說來是一種不均勻的材料,不管是成型的混凝土試樣還是現(xiàn)場才澆筑而成的混凝土,它們的表面都比內(nèi)部容易滲透,所以為了更好地研究混凝土的抗氯離子滲透性能,在試驗之前,就必須再三思索該選用何種尺寸的試樣以及在試樣的何處部位進(jìn)行試驗等等問題。
?。ㄒ唬┎捎煤畏N尺寸的試樣
由于我國主要是選用立體試樣,針對成型試樣,建議ASTM C1202法、NEL法以及自然擴散法采用100mm×100mm×100mm的長方體試樣,而RCM法選用¢100mm×200mm的圓柱體試樣。
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由于當(dāng)前的高性能混凝土中皆加入了大量的礦物摻合料,這種礦物摻合料需要較長的時間才能產(chǎn)生二次水化,所以建議選用56d的試驗時間。
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試驗必須考慮可重復(fù)性和離散性,所以在試驗中選用的試樣性能必須比較穩(wěn)定,要選用切除試樣表層后剩下的部分進(jìn)行試驗。100mm×100mm×100mm的成型試樣,要沿著平行與成型面的方向進(jìn)行切割試樣,切除20mm~30mm,如果是¢100mm×200mm的試樣,要切除表層50~60mm。
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考慮到當(dāng)前混凝土成型和養(yǎng)護的具體條件要求,實驗室的溫度通常要控制在20~25℃。