關(guān)于混凝土中氯離子含量的檢測與防腐措施

1、廣東建材年第期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋與混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價相對較低，是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的首選形式，其應(yīng)用十分廣泛。但是由于這些結(jié)構(gòu)長期暴露在惡劣的環(huán)境，很容易受到外部介質(zhì)的腐蝕，其中氯鹽是一種最有害的侵蝕性化合物，能導(dǎo)致混凝土迅速被侵蝕破壞。因此，從氯離子侵蝕鋼筋混凝土入手來研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是一個很重要方面。氯離子對鋼筋混凝土的侵蝕破壞機(jī)理在一般情況下，混凝土空隙中的水呈堿性（值）。在這種高堿的環(huán)境中，鋼筋表面沉積一層致密的堿性鈍化膜（薄膜），且處于惰性狀態(tài)，阻止鋼筋進(jìn)一步氧化、銹蝕。因此，在一般情況下，混凝土對鋼筋有很好的保護(hù)作用。當(dāng)鋼筋混凝土處于氯鹽環(huán)境中時（如近?；炷粒?，混凝土堿

2、度就會降低（值可降至以下）。當(dāng)混凝土值降至以下時，混凝土鈍化膜受到破壞，從而失去了對鋼筋的保護(hù)作用。若有空氣和水分侵入，鋼筋便開始銹蝕。關(guān)于氯離子的侵蝕并導(dǎo)致混凝土損壞有三種機(jī)理：酸侵蝕導(dǎo)致（）溶解，并使鈣離子從水泥漿體中析出。由于氯離子的擴(kuò)散速率比陽離子的擴(kuò)散速率要高，為維持有電中性，離子就會向相反的方向擴(kuò)散，引起值下降及水泥水化產(chǎn)物溶解。在有氯化鈉時有如下置換反應(yīng)：（）會立即溶解，但又會與（）反應(yīng)生成（），的溶解度也會下降。形成膨脹化合物，主要有氯化鈣和氯化鎂等氯離子的侵入形成的膨脹化合物包括堿性氯化鎂（）和堿性氯化鈣（），但這要求氯離子濃度要求高。兩種化合物都有一定的膨脹特性，并且導(dǎo)致漿

3、體裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生損壞。滲透壓作用。在高濃度氯鹽條件下，水泥漿體在氯鹽溶液中的損壞是由于滲透壓的作用。氯離子的侵蝕過程首先是引起水泥漿體的收縮，這一收縮常常是發(fā)生侵蝕前幾天，這可能是由于滲透壓的作用，導(dǎo)致了水泥水化凝膠體的致密。這一收縮能引起裂紋的形成，進(jìn)而有助于氯離子和其他侵蝕介質(zhì)進(jìn)入到漿體內(nèi)部。這些裂紋中可發(fā)現(xiàn)堿性氯化鎂沉淀，但漿體的膨脹有限，尤其是在侵蝕發(fā)生初期。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中有較大的孔隙體積，可以容納新產(chǎn)物的結(jié)晶、沉淀。因此，堿性氯化鎂的結(jié)晶會導(dǎo)致收縮減小。但是，隨后由于膠體的致密，漿體又開始收縮，漿體外層會變得更密實(shí)，孔隙率也大大降低，膠體的致密防礙了離子的擴(kuò)散。當(dāng)水泥漿體被侵沒

4、在高濃度氯離子溶液中時，由于氫氧化鈣晶體的迅速溶解以及水泥漿體中孔隙率的增加，最初的收縮會迅速終止。這時鎂離子的擴(kuò)散就會加速，并會形成具有膨脹特性的堿性氯化鎂或堿性氯化鈣。相應(yīng)的收縮過程也會轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎涍^程，并導(dǎo)致漿體的損壞。氯離子含量檢測方法及評定標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展需要快速、準(zhǔn)確地測定混凝土中氯離子的含量，以實(shí)現(xiàn)對混凝土耐久性的有效評價和鋼筋腐蝕的適時防護(hù)與有效修復(fù)。氯離子含量常以沉淀分析法進(jìn)行測定，以硝酸銀作滴定劑。其原理是銀離子遇到氯離子生成沉淀。按終點(diǎn)判定方法可分為指示劑顯色法滴定和電位滴定法。顯色滴定法的終點(diǎn)判定是以指示劑的顏色突變作為判定依據(jù)，按照指示劑的不同可分為三類：一是莫爾法

5、，以鉻酸鉀作指示劑；二是佛爾哈德法，以鐵銨釩作指示劑；三是發(fā)揚(yáng)斯法，以吸附劑作指示劑，常用的吸附劑大多為有機(jī)酸。在建筑行業(yè)常用的顯色法滴定法是莫爾法。然而該莫爾法的滴定終點(diǎn)受較多因素的影響。如隨著滴定劑加入量的增大，被測溶液中氯化銀量增多，溶液變得渾濁，同時其中作為指示劑的鉻酸鉀本身顏色也關(guān)于混凝土中氯離子含量的檢測與防腐措施趙戰(zhàn)營龐志亮李曉琛古佳敏（廣東省建筑科學(xué)研究院）摘要：本文介紹了混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子腐蝕破壞機(jī)理，氯離子含量的檢測方法，并提出應(yīng)對氯離子腐蝕的措施。關(guān)鍵詞：氯離子；侵蝕；電位滴定法；耐久性檢測與監(jiān)理廣東建材年第期較深，指示劑的用量多少也會影響終點(diǎn)，這都給滴定終點(diǎn)的判斷帶來不

6、便，終點(diǎn)不易準(zhǔn)確觀察，并且有時還會出現(xiàn)滴定終點(diǎn)反復(fù)等不利因素。電位滴定法基于了電極電位的“突躍”代替指示劑對其終點(diǎn)的判定，它不受色度、濁度等方面的影響，能確保終點(diǎn)的判斷客觀、準(zhǔn)確，同時分析了其影響因素，用以測量混凝土中氯離子含量，電位法并與鉻酸鉀法進(jìn)行了比較，電位滴定實(shí)驗(yàn)結(jié)果有明顯的優(yōu)勢。下面著重介紹一下電位滴定法。主要儀器與試劑離子活度計(jì)、型雙鹽飽和甘汞電極和型銀電極、電振蕩器等。試劑均為分析純，蒸餾水配制溶液：硝酸溶液（）、酚酞指示劑（）、硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液、淀粉溶液等。試樣制備將混凝土試樣（芯樣）破碎，剔除石子，將試樣縮分至，研磨至全部通過方孔篩，然后用磁鐵吸出試樣中的金屬鐵屑，再將試樣置于

7、烘箱中烘干至恒重，取出試樣放入干燥器中冷卻至室溫備用。稱取試樣（精確至），置于具塞磨口錐形瓶中，加入水，密塞后劇烈振搖，置于震蕩器上震蕩浸泡，然后用快速定量濾紙過濾，濾液用錐形瓶裝好，待檢測氯離子含量備用。氯離子含量的測定用移液管吸取濾液于燒杯中，滴加酚酞指示劑滴，用硝酸溶液（）滴至紅色剛好褪去，再加淀粉溶液（），以型銀電極作指示電極，型雙鹽飽和甘汞電極作參比電極，用標(biāo)準(zhǔn)硝酸銀溶液滴定，并按中條的規(guī)定，以二級微商法確定硝酸銀溶液所用體積，從而得出混凝土中試樣中氯離子的含量，再根據(jù)混凝土配合比換算成占水泥質(zhì)量的百分比。同時進(jìn)行空白試驗(yàn)。以往，人們對于鋼筋銹蝕危及混凝土耐久性的認(rèn)識不足，相關(guān)規(guī)范的

8、欠完善和滯后，現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（）也作了相應(yīng)修訂，增加了氯離子含量的限值，設(shè)計(jì)使用年限為年的結(jié)構(gòu)混凝土中最大氯離子含量占水泥用量的百分比，室內(nèi)正常環(huán)境的一類環(huán)境中為；二類室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境為，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的露天環(huán)境為；使用除冰鹽環(huán)境、嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動的的環(huán)境；濱海室外的環(huán)境的三類環(huán)境中為。耐久性是指結(jié)構(gòu)及其部件在可能引起材料性能劣化的各種作用下能夠長期維持其應(yīng)有性能的能力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)耐久性又常被定義為預(yù)定作用和預(yù)期的維修與使用條件下，結(jié)構(gòu)及其部件能在預(yù)定的期限內(nèi)維持其所需的最

9、低性能要求的能力。如果環(huán)境作用導(dǎo)致鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕等結(jié)構(gòu)材料性能的劣化，一般認(rèn)為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件鋼筋開始銹蝕、普通混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)順筋裂縫，裂縫寬度超過或保護(hù)層脫落，即達(dá)到耐久性極限狀態(tài)，其后果首先是影響結(jié)構(gòu)的適用性，然后影響安全性。應(yīng)對氯離子的有關(guān)防腐措施基本措施隔絕或減輕環(huán)境因素對混凝土的作用。混凝土結(jié)構(gòu)的形狀、布置和構(gòu)造應(yīng)有利于避免水、水汽和有害物質(zhì)在混凝土表面的積聚，便于施工時混凝土的搗固和養(yǎng)護(hù)，并減輕荷載作用（或強(qiáng)制變形）下產(chǎn)生的應(yīng)力集中與約束應(yīng)力。處于嚴(yán)重環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其外形應(yīng)力求簡單，盡量減少暴露的表面積和棱角，后者在可能條件下宜做成圓角?？刂苹炷亮芽p。結(jié)構(gòu)的施工

10、縫與各種連接縫的位置與結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)，以利于混凝土的裂縫控制和防止水、鹽等有害物質(zhì)的滲入。施工縫與各種連接縫的位置應(yīng)盡量避開可能遭受最不利局部環(huán)境作用下的部位。應(yīng)盡可能減少伸縮縫的數(shù)量并改善其密閉性，并從構(gòu)造上采取措施避免從豎向伸縮縫中滲漏的水淌向構(gòu)件底面或落在下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面上積聚。為鋼筋提供足夠厚度的混凝土保護(hù)層?；炷翗?gòu)件強(qiáng)度計(jì)算和標(biāo)注于施工圖上的鋼筋（包括主筋、箍筋和分布筋）保護(hù)層名義厚度（鋼筋外緣至混凝土表面的距離），不應(yīng)小于保護(hù)層最小厚度與保護(hù)層厚度施工負(fù)允差之和，即：式中的施工允差，對現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件一般可取（構(gòu)件較薄時可稍低），對工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件可取，視鋼筋施工的定位工藝和

11、質(zhì)量保證的可靠程度而定，必要時應(yīng)取更大的數(shù)值。附加措施國內(nèi)外大量實(shí)踐和試驗(yàn)證明，在嚴(yán)酷的氯鹽環(huán)境中，年內(nèi)就要出現(xiàn)鋼筋銹蝕破壞和修復(fù)，即使是高密實(shí)混凝土，厚的混凝土保護(hù)層。年內(nèi)鋼筋表面氯離子的濃度也超過了足以使混凝土順筋開裂的“臨界值”，即難以達(dá)到年的使用壽命。雖然增加混凝土檢測與監(jiān)理廣東建材年第期保護(hù)層厚度是有效的措施之一，但過厚的保護(hù)層在硬化過程中其收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力得不到鋼筋的控制，很容易產(chǎn)生裂縫。因此，增加混凝土保護(hù)層厚度的方法也有一定的限度。混凝土的密實(shí)性和裂縫控制，需要整體水平和人員素質(zhì)的提高，工程實(shí)現(xiàn)高密實(shí)、無裂縫的混凝土制作是困難的。所以有必要增加一些附加措施。涂層鋼筋和耐蝕鋼筋

12、：環(huán)氧涂層鋼筋、鍍缽鋼筋（熱浸鋅）、耐蝕鋼筋和不銹鋼鋼筋等；混凝土加外劑、摻和料：鋼筋阻銹劑、硅膠、其他外加劑；混凝土表面封閉、涂層：硅酮類、涂料、聚合物灰漿、聚合物浸漬、其他隔離砌筑層；電化學(xué)方法：陰極保護(hù)、電化學(xué)除鹽；設(shè)計(jì)：選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水灰比、混凝土保護(hù)層厚度、排水系統(tǒng)、防護(hù)方案選擇；施工：固化與養(yǎng)護(hù)、溫度與裂縫控制、嚴(yán)格規(guī)范施工；維護(hù)：裂縫修補(bǔ)、清洗排水、控制除冰鹽用量。結(jié)語氯離子引起的鋼筋腐蝕是造成海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的主要原因。在總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對鋼筋腐蝕危害及對耐久性的影響要高度重視，是十分必要和意義深遠(yuǎn)的。在混凝土設(shè)計(jì)、施工過程中必須對這一破壞過程足夠的重

13、視。在實(shí)際混凝土建設(shè)工程中應(yīng)盡量控制骨料帶入的氯離子含量，加強(qiáng)監(jiān)理和檢測力度。也應(yīng)考慮外界環(huán)境可能提供的氯離子對混凝土的侵害?；炷涟l(fā)生氯離子侵蝕破壞的必要破壞條件是：具有一定濃度的自由氯離子；需要水分和氧氣的存在。充分了解由氯離子侵蝕引起破壞的機(jī)理，并有針對性的采取不同的方法加以防范，盡量降低損失。盡可能降低混凝土中氯鹽含量。對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物加強(qiáng)檢查、評估、監(jiān)控、管理維護(hù)和及時修復(fù)等工作?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】汪讕編著水泥混凝土組成性能應(yīng)用中國建材工業(yè)出版社，年月第版：。建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南（年修訂版）?；炷量?jié)B性試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于我國建筑、水利各領(lǐng)域。對一些水工建筑、有防水

14、要求的建筑部位，其所使用混凝土的抗水滲透性能是非常重要的材料技術(shù)指標(biāo)。規(guī)定了混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)包括：國家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法（）、交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程；交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程；電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程等。以上混凝土抗?jié)B性實(shí)驗(yàn)方法的原理基本相同，均利用在十九世紀(jì)即已問世的公式進(jìn)行推算。但各標(biāo)準(zhǔn)之間存在較大的區(qū)別，致使工程技術(shù)人員容易混淆，甚至錯誤使用。各標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)試驗(yàn)方法的不同大致可分為：混凝土抗?jié)B等級或標(biāo)號試驗(yàn)與混凝土滲水高度或滲透系數(shù)試驗(yàn)。先分別就這兩方面在各標(biāo)準(zhǔn)方法中展開比較與分析?；炷量?jié)B等級或標(biāo)號試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)與水工、電力等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了混凝土抗?jié)B等級或標(biāo)號試驗(yàn)。該測試混凝土抗摻性能方法是沿襲前蘇聯(lián)的方法，是通過給受檢混凝土施水壓的方式，使水在混凝土中遷移，通過不同混凝土中水的遷移差異來描述混凝土的抗?jié)B性能。各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法所采用儀器設(shè)備、試件制備、養(yǎng)護(hù)時間等均相同。但試驗(yàn)過程、結(jié)果計(jì)算及抗?jié)B等級或標(biāo)號的表示方法等均有差別?；炷量?jié)B性試驗(yàn)方法比較夏艷輝（湖