有压溶液作用下混凝土中氯离子浓度分布研究

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发布时间：2021-09-04

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有压溶液作用下混凝土中氯离子浓度分布研究
赵川，宋晓冰
(上海交通大学土木工程系，上海200240)
摘要：为探索测定混凝土中钢筋锈蚀临界氯离子浓度的快速测定方法，本文对有压溶液作用下混凝土内部的氯
离子浓度分布进行了测定。试验测定了0．65水灰比、1 MPa压强作用下混凝土的渗透系数以及不同加压时间条件
下的自由氯离子浓度和总氯离子浓度，得到了不同加压时间下自由氯离子沿混凝土深度的浓度分布曲线。结果表
明，随着加压时间的增长，在同一混凝土渗透深度处，自由氯离子浓度呈上升趋势。数值模拟的结果也较好的反映
了这一规律。这为钢筋锈蚀临界氯离子浓度的快速测定方法的提出提供了理论及实验基础。
关键词：渗透系数；自由氯离子浓度；结合作用；对流扩散方程
中图分类号：TU5 文献标志码：A 文章编号：1008—1933(2013)03—186—07
Experimental research 0n distribution of chloride in concrete
under stressed Clll0ride solution
ZHA0 Chuan．SONG Xiaobing
(Department of Civil Engineering，Shanghm Jiaotong University，Shanghai 200240，China)
Abstract：In order to explore a quick experimental method measuring the chloride threshold level in concrete，an experimental research
on the distribution of chloride concentration in concrete under stressed solution is introduced．The permeability coemcient of concrete
with 0．65 w／c under 1．0 MPa pressure and the chloride concentration for diferent pressuring time arc measured．The distributions of
the chloride concentration along the depth of concrete are obtained．The results show that，with pressing time increasing，the free chloride
concentration increases at the same depth in concrete．The conclusions from numerical simulation agree well with expe rimental results．
Th e present paper provides g0od experimental and theoretical bases for the quick method measuring the chloride threshold leVel in
concrete．
Key words：perm eability coeficient；free chloride concentration；binding capacity；convection—difusion equation
0 前言
大量暴露于海洋环境下的钢筋混凝土结构的使
用情况表明，钢筋锈蚀是影响结构安全性最重要的
因素，其中氯离子引起的钢筋锈蚀是最主要的原
因引。研究表明混凝土中钢筋表面的氯离子浓度
达到或超过临界氯离子浓度，是混凝土中钢筋脱钝
并开始腐蚀的充分条件 J，因此临界氯离子浓度一
直被认为是一个重要的研究参数。已有的测定l临界
氯离子浓度的方法主要有如下几种。
1)混凝土模拟孔隙液法 -5j
该方法是通过将几种化学试剂混合配制成一定
pH值的碱性溶液来简单模拟混凝土内部的碱性环
收稿日期：2012-02—13
作者简介：赵川(1987一)，男，吉林长春人，硕士研究生，主要从事
结构耐久性方面的研究。
基金项目：上海市自然科学基金资助项目(11ZR1417400)
E—mail：zhaohuanren@yahoo．com．ca
境。这种测试方法与真实的情况存在较大差异，测
试结果只能定性地反应钢筋在不同碱性环境下的电
化学表征，不能直接用于氯离子临界浓度的确定。
2)外掺氯盐法
该方法是在试件制作时掺入不同含量的氯离
子，通过测定试块中钢筋在不同氯离子含量情况下
的电化学特性，大致确定引起钢筋脱钝的氯离子浓
度范围。由于在试件浇筑时钢筋表面处于不稳定状
态，很容易在较低的氯离子浓度下脱钝，使得测试结
果出现较大偏差。
3)电场加速法
该方法是在外加电场的作用下使氯离子快速迁
移至钢筋表面。该方法由于在实验过程中对试件施
加外加电场电压，改变了钢筋所处的电场环境，使得
通过钢筋的外极化电流击穿钢筋的钝化膜从而导致
钢筋提前脱钝。
4)自然浸泡法
该方法是以自然浸泡的方式使氯离子扩散至钢
筋表面引起钢筋脱钝，从而确定临界氯离子浓度。
2013 No．3 赵川，等：有压溶液作用下{昆凝土中氯离子浓度分布研究 187
该方法与实际锈蚀情况最为相符，所得结果也较为
可靠，但由于自然扩散过程缓慢，导致试验周期过
长。
目前已有的测定临界氯离子浓度的方法各有不
足，如何既不干扰混凝土内部电化学环境，又能连续
快速测定临界氯离子浓度?在借鉴测试昆凝土渗透
性的“渗水高度法”¨ 的基础上，作者提出了一种新
的快速测试临界氯离子浓度的方法——“临界氯离
子浓度压力渗透测试法”。该方法通过对含氯离子
溶液施加压力从而使氯离子快速进入}昆凝土内部并
在钢筋表面积累来快速测定临界氯离子浓度。该方
法能否实现需解决两个关键问题：①压力作用下溶
液中氯离子在混凝土中的传递速率；②压力作用下
溶液中氯离子在混凝土中的浓度梯度。为研究以上
问题，本文从理论和试验上探讨了压力作用下溶液
中氯离子进入混凝土内部后的浓度分布情况，为临
界氯离子浓度压力渗透测试法的提出提供理论及实
验基础。
1 试验
1．1 原材料和配合比
水泥(C)：P．0 42．5水泥；砂(S)：河沙，中砂，
细度模数2．9；粗骨料(G)：5～25 mm连续粒级碎石
(去离子水清洗)。混凝土配合比见表1。
表1 不同加压时间条件下混凝土配合比
Table 1 Mix proportions of concrete with
different pressuring time
1．2 混凝土试件的制备
为避免混凝土试件在浇筑过程中受到外界氯离
子的干扰，拌合水采用去离子水。将混凝土拌和物
搅拌后人模，置于平板振动台上振动，试件静置24 h
后脱模，然后用钢丝刷刷去两个端面水泥浆膜后浸
入饱和石灰水中进行养护。试件养护至28 d龄期
进行试验。
1)渗透系数测试试件制备：制作西l75 ITlm×
~185 mm×150 mm的圆台试件做渗透系数测试。
2)自由氯离子、总氯离子(自由氯离子与结合
氯离子的和)浓度测试制备：从完成测试渗透系数
的圆台中部钻取+5o mm×150 mm的圆柱体，沿垂
直于浇筑方向将圆柱体切成l0片+50 mm×10 mm
和一片+50 mm×20 mm的薄片(由于混凝土试件
远离有压溶液端附近氯离子含量较小，因此，为得到
可测定的浓度数据，最后一片切片厚度取为2O
mm)。将薄片粉碎研磨做自由氯离子浓度、总氯离
子浓度测试。
1．3 实验装置
1)加压装置
本加压装置是对混凝土渗透仪改造而成。由于
混凝土渗透仪为活塞式液压水泵，其耐腐蚀能力很
差，在含有氯离子的溶液作用下会很快锈蚀损坏，故
将液压水泵提供液压替换为空压机提供气压经导气
管进入储液罐，气压作用于溶液上从而转化为液压。
实验加压示意及装置如图1、2所示。