姚剑虹

（甘肃恒石公路检测科技有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 氯离子渗透性研究

1.1 试验参数

1.1.1 试验参数。本次试验研究主要分为两组不同的溶液。第1 组为5%的氯化钠溶液，将其编号为N1，第2 组为5%的氯化钠及3.5%的硫酸钠混合溶液，将其编号为N2[2]。制作3 组不同水胶比的试件，尺寸均为10×10×10cm，其水胶比为0.2,0.3,0.5。将试件浸泡于2 组溶液中，浸泡30～120d 后进行试验研究。试验编号及规则如表1 所示。

表1 试验组编号及规则表

编号说明：N数字表示溶液的组别，如N1则表示第1 组溶液；K数字表示水胶比的数值，如K0.2则表示水胶比为0.2 的试件；T数字表示浸泡时间，如T30则表示将试件浸泡30 天。组合含义则为试验组编号，如N1K0.2T30则表示将水胶比为0.2 的试件浸泡于第1组溶液中30 天的试验组。

1.1.2 溶液及试件用材料。氯化钠溶液：采用鄂精盐和自来水，以配制浓度为5%的氯化钠溶液；硫酸钠溶液：采用工业用硫酸钠和自来水，以配制浓度为3.5%的硫酸钠溶液；试件用水泥采用42.5 级的普通硅酸盐水泥，粗集料粒径约0.5～1cm，细集料采用洁净的天然砂，细度模数为2.6。不同试件的配合比如表2 所示。

表2 不同水胶比的试件配合比

1.1.3 试验试件的形成。全部试件均一次在试验室浇筑制作完成，模板采用定制钢模板，浇筑混凝土前先将模板清洗干净，并涂刷脱模剂。浇筑混凝土后24h 开始拆模，并及时进行标准养护28 天。试件制作及养护过程严格执行现行相关国家标准及行业标准，以确保试件的质量。

1.2 试验研究

1.2.1 浸泡。当试件制作及养护完成后将其取出，将非扩散的试件表面用环氧树脂进行密封，密封方法：将环向4 个表面密封，只留取2 个相对的表面不密封，用以进行试验。密封完成后即投入对应的溶液开始进行试验。分别浸泡于第1组、第2 组溶液中，浸泡时间分别为30～120 天，间隔为30天。浸泡容器采用水箱，浸泡时，溶液应淹没试件至少50mm，每天定期搅拌溶液，尽量使试件表面各处溶液的浓度保持一致。对于浸泡时间超过30 天的试件，每30 天应新配制相同的溶液，更换掉旧溶液继续浸泡。

1.2.2 检测。当试件分别浸泡至规定的时间时，及时将试件取出并晾干，准备进行取样检测工作。检测思路：从试件表面至中心，沿着所有有可能遭受氯离子侵蚀的路径，用来检测距试件表面不同侵入深度处的氯离子的量值。检测方法：利用机械分别对不同溶液、不同浸泡时间的时间进行切片取样。取样共分为5 层，取样深度分别为0～0.5cm，0.5～1cm，1～1.5cm，1.5～2cm，2～2.5cm，依照相关国家标准要求对各样本进行氯离子含量检测。具体检测过程如下：

首先，将样本研磨成粉状，使用0.6mm 的细孔筛进行筛分，并分别放置；其次，在105℃左右的温度下，将混凝土粉末烘干，烘烤时间约2h，然后将其装入干燥的器皿中冷却，直至冷却到室温备用；第三，用电子天平（精确至0.01g）准确称取20g 烘干冷却的样本（G），放置到可加塞的容器中，再加入0.2L 的蒸馏水（V3），密封后用力摇晃2min 左右，再静置24h；第四，待样本混合液静置满24h 后，将混合液过滤，再分别取2 份滤液，体积均为20mL（V4），再在取出的滤液中分别加入2 滴酚酞试剂，此时滤液呈现出微红色，再用稀释后的H2SO4将溶液中和，直至溶液变为无色，再在两份溶液中加入K2CrO4各10 滴后立即用AgNO3滴至溶液呈现出砖红色，记录两份溶液所消耗的AgNO3的用量（V5）；第五，通过下式计算自由氯离子含量。

式中，P 代表溶液中水溶性氯离子含量(%)；CAgNO3代表硝酸银溶液的标准浓度标(mol/L)。通过计算，可以得到不同深度的氯离子含量，并可以以此绘制出不同浸泡时间及深度的氯离子含量的分布图。

图2 不同溶液下的氯离子分层含量曲线（60d）

图3 不同溶液下的氯离子分层含量曲线（90d）

图4 不同溶液下的氯离子分层含量曲线（120d）

2 不同溶液对氯离子扩散特性的影响

不同溶液和不同浸泡时间对氯离子含量的影响如图1～4 所示。

图1 不同溶液下的氯离子分层含量曲线（30d）

图1～4 表明，试件中的氯离子浓度均随着试件的深度加深而减小，变化趋势满足Fick 第二扩散定律。在刚开始浸泡时，试件在不同溶液内表层的氯离子含量增长都较快，浸泡一段时间后，试件表层氯离子浓度逐渐趋于稳定，这是因为试件表层与环境中的氯离子浓度达到了平衡状态，从而导致其浓度增长速率降低[3]。

对于浸泡时间为30 天的试件，浸泡在N1溶液内的试件和浸泡在N2溶液内的试件相比，前者氯离子含量比后者多大约20%～40%，并且越往试件内部，降幅越来越低。但是随着浸泡时间的增加，两者在相同部位的氯离子含量比较接近。由此可以推断，在侵蚀的初期，硫酸盐能在一定程度上阻止氯离子对混凝土的侵蚀作用，从而导致两者之间初期氯离子含量的不同。但是随着浸泡时间的增加，硫酸盐并未有效的阻止氯离子对混凝土的侵蚀。

3 不同水胶比对氯离子扩散特性的影响

水胶比是混凝土密实度的重要指标之一，因此水胶比能体现混凝土对氯离子侵蚀阻止作用。经过整理试验数据，在水胶比不同时，各试件的氯离子含量如图5 所示。

图5 不同水胶比时氯离子分层含量曲线

试验结果表明，在浸泡龄期相同的情况下,随着水胶比的增加，试件中各深度处的氯离子浓度均在增加，但随着试件深度的增大，这种增大的幅度明显降低。导致这一试验结果的原因是当水胶比增加时，试件的密实程度逐步减小，其抗渗性能逐渐降低。水胶比降低能使粗细集料的强度及弹性模量增大，从而使得粗集料、细集料之间的弹性模量的差值减小，进一步使混凝土的渗透性降低。研究表明，当水胶比大于或等于0.55 时，其渗透性能大幅增加。工程实践表明，混凝土的水胶比若小于0.3[4]，其渗透性能极小，几乎不可渗透。因此，为降低氯离子对混凝土的侵蚀作用，在工程实践中可以采取降低水胶比的措施。

试验结果表明，在刚开始浸泡时，水胶比的差异对试件表面的氯离子含量作用不大。浸泡时间越长，氯离子越容易通过混凝土的毛细孔隙侵入到混凝土内部，从而导致试验结果有明显差异。

4 混凝土龄期对氯离子扩散特性的影响

在不同水胶比、不同龄期的情况下，氯离子的分层含量曲线如图6 所示。

图6 不同龄期时氯离子分层含量曲线（C0.2）

从图6 不难得到，当水胶比相同时，随着浸泡时间的增加，试件不同位置处的氯离子含量都有所增加，只是增加的快慢不同。刚开始浸泡时，氯离子含量增长率较快，当浸泡时间的增加，其增长率趋于稳定，直至几乎不再增长，同时，氯离子含量与试件深度成反相关。在试件切片第5 分层的位置，氯离子含量几乎趋于零。试验结果证明，氯离子侵入混凝土内部是一个从高浓度处逐步向较低浓度处侵入，并不断积累的长期过程。随着浸泡时间的加长，试件各切片层的氯离子含量均会由于氯离子在混凝土内部的积累从而增加[5]，并且由于浓度分不均，氯离子一定会从高浓度处向低浓度处转移，最终会逐渐趋于稳定。

5 氯离子扩散系数计算

根据上式，在确定混凝土深度及侵蚀时间的情况下，即可通过计算得出混凝土表面氯离子浓度、氯离子初始浓度及扩散系数。

6 结论

在3.5%的氯化钠溶液和3.5%的氯化钠及5%硫酸钠混合溶液浸泡试验中，试件内的氯离子含量均伴随浸泡龄期的增加而增加，和氯化钠溶液比较，在侵蚀前期，由于硫酸盐的存在，能有效降低试件中氯离子含量，从而能提高抗氯离子侵蚀的能力，但是在侵蚀末期，硫酸盐溶液并未降低试件中氯离子的含量，两者之间的含量几乎一致，证明硫酸盐没有长期抗氯离子侵蚀的能力。

浸泡时间相同时，水胶比越大，氯离子含量越大。因此，为提高混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力，可以适当降低混凝土的水胶比，以提高其抗渗能力。在水胶比相同时，氯离子含量与浸泡时间成正相关，在浸泡初期增长率较高，随着时间的推移，增长率越来越慢，并逐渐趋于稳定，并在随着深度的增加，其含量有所降低，由此证明氯离子侵蚀混凝土的过程是一个从高浓度处向低浓度处转移的过程。