朱 冰

（盘锦市水利服务中心，辽宁 盘锦 124010）

水工混凝土耐久性直接决定着水利工程的经济性、可靠性和安全性等问题，并逐渐引起广大学者的重点关注，增强混凝土耐久性的关键在于降低渗透性、控制裂缝的形成与发展、优化混凝土孔结构等[1]。然而在使用和建设过程中水工混凝土难免会产生裂缝，裂缝的形成与发展为侵蚀环境下腐蚀介质创造了渗入通道，这使得结构整体耐久性下降。若未及时修补裂缝，裂缝的覆盖范围与尺寸就会不断发展，并进一步降低结构耐久性能。因此，必须采取有效的裂缝修复或控制措施。随着科技的不断发展，裂缝自愈合技术逐渐成为混凝土领域的研究热点[2]。目前，研究应用较多的裂缝自愈合技术有生物细菌矿化法、渗透结晶法和有机物粘结法等，由于具有较强的修复能力和良好的抗渗性等优点，渗透结晶材料(CRM)逐渐引起广大学者的关注[3-5]。

从现有研究成果上看，目前主要集中于渗透结晶材料对裂缝自愈合上，其对水工混凝土增强抗蚀的影响分析特别是作用机理的探讨还鲜有报道。鉴于此，文章应用墙体耐候性热雨试验箱，使用海水对比研究不同配合比水工混凝土钢筋腐蚀电位、电通量、扩散系数和抗压强度变化特征。该系统可以控制风力、湿度、温度等环境因素变化模拟水工混凝土所处实际环境，更加真实地反映混凝土的服役年限和耐久性。

1 试验方法

1.1 原材料及配合比

试验选用华新水泥股份有限公司生产的P·O 42.5 级水泥，细度模数2.1 的天然河砂，连续级配粒径范围5～25mm 花岗岩碎石，苏博特PCA®-Ⅰ聚羧酸高性能减水剂，从市场上购买的聚合物水泥防水涂料(渗透结晶材料)，HPB300 光圆钢筋和当地自来水。其中，钢筋单根长度100mm，直径6mm，试验前除锈打磨至光亮。

依据《水工混凝土配合比设计规程》，试验设计涂抹与不涂抹渗透结晶材料(CRM)、C50 及C30两个标号共4 种配合比，如表1 所示。

表1 试验配合比

1.2 试验方法

设置墙体耐候性热雨试验系统每8h 为一个循环，先升温到60℃维持3h 再持续喷室温海水1h，然后温降至室温静置4h。该热雨试验仪器共有2排24 个喷头，每个喷头都能连续喷洒室温海水，喷洒直径可以达到2m 以上，将所有试件错开排列并确保都能被喷淋到。

参照《水工混凝土耐久性技术规范》、《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中推荐的方法，采用DTL-300 型电通量测定仪和NJ-RCM-16 型氯离子扩散系数测定仪测试混凝土的电通量及扩散系数。根据以下流程测试钢筋腐蚀电位：先按照试验配合比（表1）配制混凝土试件，然后控制钢筋保护层厚度20mm，即在混凝土两个边缘约20mm 处插入已打磨光亮的钢筋。标养至设定龄期后用冲击钻凿出钢筋至尾端外露20～30mm，将ZBL-C310A型钢筋锈蚀检测仪的两极分别夹装在钢筋上及满饱和硫酸铜溶液中，接触2s 待度数稳定后记录数据，钢筋电位取4 个点的平均值。

2 试验分析

2.1 抗压强度试验

先将成型后的水工混凝土标养28d 测定抗压强度，然后分组放入热雨试验系统循环60 次(20d)和海水池中浸泡60d，测定不同试验条件下的强度如图1 所示。

图1 抗压强度试验值

由图1 可知，水工混凝土涂抹与未涂抹渗透结晶材料(CRM)的各龄期抗压强度相差不大，混凝土试件经60 次热雨循环后强度较高，海水浸泡60d后C30 混凝土强度略有上升，但仍低于60 次热雨循环后的试件，这是因为热雨循环在一定程度上发挥着蒸养作用，可以加快强度的增长；海水浸泡60d 相较于标养28d 时，C50 混凝土抗压强度略低。标养28h 后C30 混凝土海水浸泡60d 后的强度略有提升，而C50 混凝土海水浸泡60d 后的强度略低于28d，究其原因可能与海水中的有害离子侵蚀有关，仍需进一步研究。总体而言，水工混凝土强度受渗透结晶材料(CRM)的影响较低。

2.2 渗透性能试验

1）扩散系数分析。先将成型后的水工混凝土标养28d 测定扩散系数，然后分组放入热雨试验系统循环60 次(20d)和海水池中浸泡60d，利用NJRCM-16 型测定仪测试不同试验条件下的扩散系数如图2 所示。

图2 扩散系数测试值

由图2 可知，C30 明显高于C50 混凝土的扩散系数，强度等级相同时，经60 次热雨循环后的混凝土扩散系数最高，其次是28d 龄期和海水浸泡60d 后的混凝土试件。标养28d 时，未涂抹高于涂抹渗透结晶材料(CRM)混凝土的扩散系数，而热雨循环或海水浸泡后未涂抹小于涂抹渗透结晶材料(CRM)混凝土的扩散系数。因此，水工混凝土强度与扩散系数密切相关，密实度越低则扩散系数越大，强度也越高。海水浸泡60d 后C30 未涂抹渗透结晶材料(CRM)的强度和密实度略有提升，所以扩散系数减小；水工混凝土经60 次热雨循环后的密实度和强度较高，扩散系数达到最大，究其原因是海水中的氯离子在雨热循环试验过程中向混凝土中渗入，从而导致氯离子扩散深度及电通量较高，扩散系数增大；水工混凝土涂抹渗透结晶材料(CRM)后，扩散系数依然增大是因为渗透结晶材料表面粗糙易截留海水中的氯盐，氯盐会随着渗透结晶材料的有效组分向内部不断渗透，从而增大了扩散系数。

海水浸泡条件下，水工混凝土扩散系数受氯离子渗入的影响较低，而热雨循环会明显提高氯离子扩散系数，说明氯离子更容易扩散的热雨循环更符合水工混凝土使用环境，即热雨循环降低混凝土耐久性的程度高于单纯海水浸泡。

2）电通量分析。先将成型后的水工混凝土标养28d 测定其电通量，然后分组放入热雨试验系统循环60 次(20d)和海水池中浸泡60d，利用DTL-300 型测定仪测试不同试验条件下的电通量如图3所示。

图3 电通量测试值

结果表明，C30 明显高于C50 混凝土的电通量，这与抗压强度越高、密实度越好则电通量越小的变化规律相符；28d 龄期混凝土试件，其涂抹略低于未涂抹渗透结晶材料(CRM)的电通量；海水热雨循环及海水浸泡混凝土试件，其涂抹略整体高于未涂抹渗透结晶材料(CRM)的电通量，尤其是雨热循环条件下的增幅明显。因此，在渗透结晶材料上氯离子的渗入和富集作用将明显提高电通量，而热雨循环对氯离子的渗入和富集作用更加明显，相较于海水浸泡相差更加明显。

2.3 钢筋腐蚀电位

先将成型后的水工混凝土标养28d 测定钢筋腐蚀电位，然后分组放入热雨试验系统循环60 次(20d)和海水池中浸泡60d，按照文中所述方法测试不同试验条件下的钢筋腐蚀电位，并仔细观察钢筋表面腐蚀情况，如图4 所示。

图4 钢筋腐蚀电位测试值

结果显示，涂抹条件相同时，C30 略小于C50混凝土的钢筋腐蚀电位，对于28d 龄期试块涂抹渗透结晶材料(CRM)的钢筋电位稍高，海水浸泡60d后涂抹渗透结晶材料(CRM)的钢筋电位明显下降，经60 次雨热循环后涂抹渗透结晶材料(CRM)的钢筋电位降幅更高，这符合氯离子扩散系数变化规律，氯离子的深入使得钢筋腐蚀电位减小而锈蚀几率增大；28d 龄期的钢筋电位处于-96～-135mV 之间，钢筋表面无明显锈蚀，钝化膜完好；60 次热雨循环明显降低了钢筋腐蚀电位，特别是C30 混凝土降幅较高，腐蚀电位减小到-275mV，钢筋表面有少量点蚀，钝化膜有所破坏，其它组未发现明显锈蚀。总体而言，在海水环境下掺入渗透结晶材料(CRM)，对水工混凝土耐久性将产生较大影响[11-13]。

3 结 论

文章采用墙体耐候性热雨试验箱，使用海水对比研究不同配合比水工混凝土钢筋腐蚀电位、电通量、扩散系数和抗压强度变化特征，主要结论如下：

1）水工混凝土抗压强度与渗透性能密切相关，抗压强度越大则抗渗性越好。相较于单纯海水浸泡，海水热雨循环更有利于促使氯离子向混凝土中的渗透，使实际混凝土电通量和扩散系数测试结果与试验结果存在一定差异。

2）水工混凝土抗压强度受渗透结晶材料的影响较低，但海水浸泡条件下渗透结晶材料的涂抹有利于氯离子的渗入与富集，使得钢筋腐蚀电位减小以及扩散系数的提高，对水工混凝土耐久性产生较大影响，并且干湿交替作用下的影响更加明显。