1、評價高性能混凝土耐久性綜合指標-抗氯離子滲透性及其研究現狀摘要：結合國內外高性能混凝土耐久性研究的現狀，在近年來基于氯離子滲透的高性能混 凝土耐久性預測模型，分析了將抗氯離子滲透性作為評價高性能混凝土耐久性的綜合指標的 可行性和必要性，對于制定高性能混凝土的耐久性設計規范具有參考意義。關鍵詞：高性能混凝土；耐久性；氯離子抗滲；綜合指標Aggregative indicator evaluating the durabil ity of HPC： Chloride ion resistance and present status BA Heng jing， ZHA N G Wu man， DE

2、N G Hong wei(Civil Engineering Institute，Harbin University of Technology，Harbin 150006，China) Abstract： Based on the prediction models and the domestic and foreign present status of the durability of HPC, the chloride ion resistance was used as an aggregative indicator to evaluate the durability of

3、HPC. The importance and the feasibility were analyzed, which had significant reference for constituting standard of the durability of HPC.Key words :HPC；durability ； chloride ion resistance ； aggregative indicator1 引言近年來，國內外土木工程界對高性能混凝土耐久性問題十分關注，作了大量的試驗研究， 工程技術人員對混凝土耐久性的認識程度也不斷加深。我國新出臺的混凝土結構設計規范中 很多

4、章節已經提出了具體的耐久性規定。同時，我國第一部混凝土結構耐久性設計及施工 指南也在2003年底正式頒布實施，該指南為設計和施工人員提供了環境作用下混凝土結 構耐久性設計與施工的基本要求。大量科研成果的取得和國家規范的實施將實現混凝土結構 全功能設計的目標向前推進了堅實的一步。然而，目前對于高性能混凝土耐久性的評定沒有統一的指標和方法，對其抗凍性、抗化 學侵蝕性、抗鋼筋銹蝕性、抗碳化性、抗堿一集料反應性、抗磨耗性、抗火性等等的試驗和 評價，基本上仍沿用對普通混凝土的試驗和檢測方法。但是，由于低水灰比、以及高效減水 劑和礦物摻合料的摻入，高性能混凝土的性能與普通混凝土的性能相比產生了較大的差異，

5、 因此，普通混凝土的一些試驗和檢測方法已不適用于高性能混凝土，更無法將耐久性指標融 入到混凝土結構設計理論中。我國規范一貫按承載力極限狀態來設計結構構件，再按正常使用極限狀態來校核構件的 設計思想，這樣就決定了高性能混凝土耐久性設計應在肯定原有結構設計理論的基礎上補充 耐久性方面的要求，使得所選用的混凝土材料在滿足結構承載能力的同時也可以達到足夠的 耐久性，在工程選材的環節把好“耐久性”關，實現從源頭上解決結構的耐久性問題。因此，目前亟待解決問題是：創建一個高性能混凝土耐久性的綜合評價指標，該指標能 夠將各種環境因素影響效應集于一身。將其作為指導高性能混凝土結構耐久性設計的統一標 準，便可以消

6、除混凝土耐久性參數眾多，各參數之間相關性難于把握的客觀制約，為實現完 全規范化的混凝土結構耐久性設計奠定堅實的基礎。國內外學者14 經過大量調查和研究表明：絕大多數高性能混凝土結構的破壞是由于 氯離子侵入到混凝土鋼筋表面，并達到一定臨界濃度時引起的鋼筋銹蝕所致；鋼筋銹蝕使其 與混凝土的粘結力下降，同時產生的膨脹使保護層開裂破壞，最終導致整個結構的破壞。 Misra5 等也強調氯離子的滲透性可以用來評定高性能混凝土的耐久性能，特別是設計和建 造容易受氯離子侵蝕而導致鋼筋銹蝕的混凝土結構，如沿海結構、海洋混凝土結構、應用除 冰鹽的船橋甲板、高速公路等。Shah and Wang6 研究了混凝土微觀

7、結構、滲透性、裂紋 和耐久性之間的關系，結果表明：配合比設計時應同時考慮強度、滲透性和抗裂性。由此可 見：抗氯離子滲透性是評價高性能混凝土耐久性的一種有效的方法和指標。2 高性能混凝土抗氯離子滲透性研究現狀目前關于高性能混凝土抗氯離子滲透性測定方法主要有兩類：自然滲透法和加速滲透 法。自然滲透法自然滲透法是先將混凝土長時間浸泡于含氯鹽的水中，再通過切片或鉆取芯樣，用化學 分析的方法得到氯離子濃度與滲透距離的關系，然后利用Fick第二定律計算出氯離子滲透 系數。這種方法是確定離子在混凝土中滲透系數的最常用的方法，比較接近實際情況，但費 時費力。加速滲透法加速滲透法是先通過施加電場來加速氯離子在混

8、凝土中的遷移，縮短氯離子達到穩態傳 輸過程的時間。電量法7 電(直流電)加速氯離子擴散試驗方法最初由Whiting于1981發明，最早是快速氯離子 滲透試驗方法(RCPT)。該裝置的設計原理是溶液中的離子在電場的加速下能夠快速滲透。 該裝置中所用的電壓為60V。由于這種試驗方法持續時間短，在試驗室內具有重復使用性， 該試驗方法于1983年被美國公路運輸局定為標準試驗方法，即AASHTO T277，緊接著又 被美國試驗與材料協會ASTM選定為標準試驗方法。AASHTO T277 (ASTM C1202)試驗的具體方法：50mm 厚，100mm 直徑的水飽和混 凝土試件，兩端水槽所用溶液分別為3.

9、0 %NaCl和0.3M NaOH，在60V的外加電場下持 續通電6小時，以該時間內通過混凝土電量的高低來判斷混凝土的抗氯離子滲透能力。盡管 該試驗方法被選定為標準試驗方法，但是，這種測試氯離子滲透的技術仍存在以下幾點爭論 8 :通過試件的電量與孔液中所有的離子相關，而并不只是氯離子；所作的測試工 作完成于離子達到穩定遷移之前，即離子的擴散并沒有達到穩定狀態；所加的高電壓導 致溶液的溫度升高，從而影響測試結果；電極腐蝕嚴重；所測結果不能精確定量說明 混凝土抗氯離子滲透能力。滲透系數法(1) Tang Luping9，10 ，K1Stanish11，12 等基于 Nernst - Planck

10、方程首先從理 論建立了濃度、通量、滲透深度、滲透系數之間的關系，進而進行了試驗驗證。其中，Tang Luping的試驗方法已經被歐盟廣泛接受，并推薦為歐盟規范。但該方法并未從根本上解決 氯離子滲透試驗中存在的問題。(2)電阻技術是近年來發展起來的、用來評價氯離子在混凝土中滲透能力的另外一種方 法。電阻是物質對電的抵抗力，電導率與電阻率相反。St reicher and Alexander13認為飽和 多孔材料的電導率主要由孔液的電導率確定：F 2 g 0中O多孔材料的電導率；o 0 孔液的電導率。多孔材料的電導率和擴散系數的影響因素是相同的，即孔徑大小及其連通性。因此，也 可以用下式表示：F

11、= D/ D0式中D 多孔材料的擴散系數；D0 孔液中氯離子的擴散系數（即自由氯離子的擴散系數）。電阻值的測試方法有兩種，包括用直流電和交流電測試。測試混凝土電阻所用的電壓通 常為10V或更低，且測試時間很短，這樣可以避免混凝土被加熱，這種測試方法的主要困 難是確定孔液的電導率。提取孔液的方法有兩種：一種是孔溶液榨取法；另外一種是用已知 電導率的溶液將待測混凝土預飽和，后者是常用的方法。國內路新瀛14 等人在這方面作了 相關研究。電阻技術的不足之處在于8 :預飽和技術在干燥過程中由于微裂紋的形成損害混 凝土原有的孔結構，從而增加其滲透性。同時也很難使溶液在混凝土內達到均勻分布，即使 用真空飽和

12、技術也很難保證高品質的混凝土和較厚的混凝土內部達到完全飽和。溶液進入 混凝土前后是相同的假設并不正確，主要因為混凝土孔液中包含的離子是多樣的（主要是堿 性氫氧化物），當混凝土干燥后，這些離子過飽和結晶，當溶液進入混凝土時，這些結晶又 會溶于溶液中，從而影響溶液的電導率。離子的遷移很難達到穩定狀態。不適用于導電 材料。以上滲透模型的缺陷是均假定滲透系數為常數；忽略了水分傳輸對化合物傳輸的影響； 特別是測量周期較長時滲透系數作為時間的函數出現，測量濃度過程中不能得到滲透系數隨 時間變化的對應值。因此，用該滲透系數不能準確地評價高性能混凝土的耐久性。然而，這 些模型對于實際應用還是很有用的，因為可以

13、計算得到滲透系數的相對值，可以用來比較不 同混凝土和不同環境中混凝土的滲透性。目前首要解決的問題是：根據某一地區、某種實際應用情況，結合多種因素的耦合作用， 分別開展自然環境下混凝土的長期氯離子滲透試驗和試驗室內加速氯離子滲透試驗15 。 研究各種環境參數作用和加強因素的綜合效應，將獲得的試驗數據進行科學分析，建立氯離 子自然滲透與加速滲透的分析模型，從而實現準確預測混凝土結構的使用壽命。3 結束語滲透性決定混凝土材料的耐久性，抗氯離子滲透是評價高性能混凝土耐久性的一種有效 的方法和指標。但必須在多種影響因素耦合作用情況下，對混凝土抵抗氯離子滲透作用的機 理及影響程度作大量、長期和系統的科學研

14、究。最終為“抗氯離子滲透性作為評價高性能混 凝土耐久性的綜合指標”這一耐久性設計理念奠定基礎。參考文獻1 羅福午.建筑結構缺陷事故的分析及防止M.北京：清華大學出版社，1996. 1 - 5.2 洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護M.北京：中國鐵道出版社，1998. 1 - 3.3周履.橋梁耐久性發展的歷史與現狀J .橋梁建設，2000，4 : 58 -61.4 Nobuaki Otsuki，Shin2ichi Miyazato，Nathaniel B. Diola and hirotaka Suzuki. Influences of Bending Crack and Water2Cement

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17、4.8 劉斯鳳.氯離子擴散測試方法演變和理論研究背景J .混凝土，2002，(10) : 21 - 24.9 Luping Tang. Concentration dependence of diffusion and migration of chloride ions : Part 1. Theoretical considerations. Cement and Concrete Research，1999，29 : 1463 - 1468.10 Luping Tang. Concentration dependence of diffusion and migration of chl

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