王敏杨 刘文会* 杜朋飞 李嘉明 王新宇

（吉林建筑大学 交通科学与工程学院，长春 130118）

混凝土因其强度高、成本低、耐久性好等优点，一直是人们首选的建筑材料[1]。若不满足环境和经济要求，这种偏好会改变。混凝土耐久性具有深远的影响。当混凝土过早失效或变质时，就必须拆除，需要人力和财政资源来修理和更换现有的RC 结构，影响RC 结构耐久性的主要原因是氯离子对RC 结构进行侵蚀，使混凝土结构中的CHS 凝胶失效，混凝土发生脆化，表面严重脱落，外部氯离子进入保护层，腐蚀钢筋，令RC 结构的钢筋处于酸性环境中，钢筋锈蚀加剧。目前国内外对混凝土氯离子扩散系数的研究综述较少，不够新颖，且内容陈旧，众模型中缺少控制氯离子扩散系数比值的水泥浆体厚度。本文论述了该领域近年来的研究成果，对准确评估RC 结构耐久性有着重要意义。

1 混凝土氯离子扩散系数的基本理论

Fick 第一定律为

式中：D称为扩散系数(m2/s)，C为扩散物质的体积浓度(原子数/m3或kg/m2)，C∂/X∂ 为浓度梯度。

一般假定氯离子通过多孔介质的扩散遵循Fick 第二定律

上式中，C为扩散物质的体积浓度(kg/m3),t为扩散时间(s),x为距离(m)。

2 混凝土氯离子扩散系数的量化模型

现有的混凝土氯离子扩散系数量化模型可分为现象学模型、类比模型、统计模型和混合模型。这些模型之间最大的区别是它们的目标。采用标准试验方法和材料模型对氯离子扩散系数进行量化，以比较和评价不同的混合物；另一些模型则采用统计模型和现象学模型相结合的方法来设计和配合混凝土混合物。此外，有些模型采用表观氯离子扩散系数，主要是基于浸没试验数据；另一些模型采用有效扩散系数(DCl)对氯离子结合进行修正，主要是利用迁移实验数据。

2.1 Luciano 和 Miltenberger [2]

Luciano 和 Miltenberger 氯离子扩散系数的确定是建立了一个统计模型。在美国运用恩斯特爱因斯坦方程制造实验室混凝土和一个拥有12V 电位差的稳定迁移测试装置进行统计实验。该数据库包括水灰比、水泥含量、硅灰(SF)、粉煤灰(FA)和磨粒级高炉炉渣(GGBFS)的掺入比例、养护时间和混凝土拌和温度等参数，建立了一个统计模型，用于估计稳态迁移试验得出的有效氯离子扩散系数。该模型考虑了胶结材料的类型以及集料颗粒的含量、时间、温度和角度等。它们是混凝土孔隙度和孔隙结构的强有力指标，但不足以充分量化混凝土的扩散特性。因此，由于认识到该模型是统计的，它的应用仅限于开发该模型的数据库。

2.2 Mangat 和Molloy[3]

Mangat 和Molloy[3]提出了一个经验公式，用于预测混凝土在给定时间的扩散系数。这是通过使用Fick 第二定律的封闭解析解来实现的，即单向流动假定扩散系数恒定，表面氯离子浓度固定[4]，利用回归分析工具和非稳态自然渗透试验获得的氯离子浓度分布，在三种不同的暴露条件下，即海洋喷雾循环、潮汐循环和浸泡槽，将年龄因子m 确定为w/cm 的线性函数。数据库包括有或没有补充胶凝材料(SCM)的混合物，w/cm 范围为0.4 至0.58，粘结剂含量为430 至590 kg/m3，接触期最长为5年。该模型直接考虑了水胶比和时间的影响，并通过实验数据反演的参考氯离子扩散系数考虑了其他变量的影响。这意味着w/cm 是唯一被认为对扩散率的时间变化有效的变量，这是不具有说服性的。随后，这一数学解释被其他研究人员用来建立氯化物扩散系数的经验模型。

3 试验方法

3.1.非稳态浸没试验：NT BUILD 443[5]

NT BUILD 443[5]是采用浓度较高的NaCl 溶液加速试验的方法，以确定混凝土对28 天以上的样品抗氯离子扩散的抵抗力。以最小直径为75 mm、最小长度为100 mm 的圆筒作为试件，在一个平面表面温度为23±2°C，即除曝光面外，将试样的所有表面密封在浓度为165±1g NaCl/dm3的NaCl 溶液中。经过至少35 天的曝光时间后，薄层试样被沿平行于曝光表面磨平。氯化物的含量是根据相应的深度绘制的。通过将Fick 第二定律的封闭解拟合到实测的氯化物剖面上，计算出试件中氯离子的表观扩散系数和表面氯离子浓度，并计算了试样中氯离子的初始浓度。根据NT BUILD 443[5]，表面氯离子浓度和表观氯扩散系数的期望变异系数分别为20%和15%。

3.2.加速氯迁移试验：NT BUILD 492[6]

NT BUILD 492[6]是一种非稳态氯离子迁移试验方法.该试件为圆柱形，直径为100 mm，长度为50±2mm，从圆柱体中心部分切割。在开始测试之前，将试样放置在真空饱和处理的干燥器中，用饱和氢氧化钙溶液进行真空饱和处理，然后试样的侧面被硅橡胶套紧覆盖。在温度为23±2°C 的条件下，试样放置在两个液体储集层之间，分别为10%NaCl 溶液和0.3N 氢氧化钠溶液。然后，在试样上施加电压为10～60V，周期为6～96h，根据30 V 的初始电流，根据测得的氯离子渗透深度计算出非稳态扩散系数。根据NT BUILD 492[6]，该试验方法对硅酸盐水泥混凝土的重复性和重复性的变异系数分别为9%和13%，对GGBFS 水泥混凝土的重复性的变异系数为24%。

4 急需深入解决的科研难题

至今，氯离子扩散系数的研究在混凝土领域仍有很多需解决的难题。首先，该领域理论不充分、完善，例如浓电解质中的氯离子扩散机理本身还不明确，只存在一些经验性的理论；其次，对于混凝土中氯离子扩散系数的影响，没有准确的数学模型能够预测是否与源溶液和孔溶液成分有关，预测氯离子在混凝土中的自然扩散过程仍需方法解决。因此,有必要针对以下几个问题进行深入研究:①为了提高筋混凝土结构的使用寿命，急需找出降低氯离子侵入速度的有效理论方法。②笔者认为导致氯离子扩散系数难以准确预测的原因是氯离子会与混凝土结构中的胶凝物质结合反应掉，结合的含量，以及混凝土配合比是否对结合程度有影响，无从得知。

勘误启示

刊登于《四川水泥》2019年3 期，题目为《 屋面防水质量问题分析及处理措施 》，作者名姓名：杨敏 更正为：杜庆芳。

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