混凝土氯离子电通量与扩散系数的关系
混凝土
氯离子电通量与扩散系数关系的初步探讨
摘要：
混凝土氯离子电通量与扩散系数是评价混凝土抗氯离子渗透性能的两个参数，确定两者之间的相关性的研究资料还不是太多，某工程工程监理处中心试验室通过工程中的试验数据进行探讨分析，得出了氯离子电通量与扩散系数两者之间的关系。
关键词：海工混凝土电通量扩散系数渗透性
1引言
某工程位于，具有高盐、多雾地段特点。
海洋环境是混凝土结构所处的最恶劣的外部环境之一：海水中的化学成分能够引起混凝土的溶蚀破坏以及碱骨料反应；在冬季，寒冷的自然环境还可能引起混凝土结构的冻融破坏；海浪、海水中的悬浮物会对混凝土结构造成磨损和冲击；海风、海水中的氯离子能引起混凝土钢筋的锈蚀等，严重的危及着混凝土结构的耐久性和使用寿命。
在海洋环境的这些不利因素中，氯离子的侵入混凝土内部引起钢筋锈蚀，是导致混凝土结构耐久性失效的重要原因。
如何快速、准确测量混凝土抗氯离子渗透的性能是每个混凝土试验人员所必须面对的一个重要课题。
某工程工程中，测量氯离子渗透性能的方法是《海港工程混凝土结构防腐技术规范》JTJ275——2000附录：混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法——电量法和《公路工程混凝土结构防腐技术规范》JTG/T B07-01——2006附录：混凝土氯离子扩散系数快速测定法——RCM法。
如果能够找出两种试验方法的试验结果的相互关系，我们就可以通过混凝土氯离子电通量知道氯离子的扩散系数；亦或者通过氯离子的扩散系数知道混凝土氯离子电通量，从而将会大大减少试验的工作量，节约人力、物力和时间，有着十分重要的意义。
为此，我们以C35承台混凝土氯离子电通量和氯离子的扩散系数的试验数据进行探讨。
2原材料
粉煤灰：潍坊电厂的一级粉煤灰。
青岛8.1 390 558 113.0 155.2 160.4
3混凝土配合比
部位水泥矿粉粉煤灰砂子5-10 10-20 水减水剂
承台189 158 103 755 198 802 144 4.5
测量混凝土抗氯离子渗透的方法有自然扩散法、电量法、RCM法、极限电压法和电导法。
传统的测量混凝土氯离子扩散系数的方法是自然扩散法，又称盐溶液浸泡法。
该方法试验过程繁琐，影响试验结果的因素较多，并且周期长，无法测定早期氯离子扩散系数，在实际工程中缺少使用价值。
极限电压法、电导法、电量法、RCM法的测量结果用来表示混凝土抗氯离子侵入性方法简便、直观。
对于混凝土配合比的筛选和质量控制，电量法、RCM法是切实可行的。
这里我们介绍在某工程工程中用的两种方法：电量法和RCM法。
图1 图2
4.1混凝土抗氯离子渗透性标准试验法——电量法
电量法是依据美国标准ASTMC1202的快速电量法：氯离子在直流电压作用下，通过混凝土试件向正极移动，测量流过的电荷量，用以间接反映混凝土抗氯离子渗透的能力。
其步骤是：1）制作φ95×51mm的混凝土试件，养护到龄期，擦干表面水分，进行真空度133Pa下真空饱水3h；然后注入蒸馏水浸泡1h后恢复常压浸泡16～20h；2)取出试件，擦干表面水分安装试件。
3）在正极注入0.3M 的NaOH 溶液，在负极注入3％的NaCl溶液；4）在20～23℃的流动水槽中，放入试件。
开启电源，加60v的直流电压，开始试验。
5）记录电流，直至6h停止。
做时间－电流的关系曲线，积分求出6h内的电量，即电通量。
电通量法是间接反映混凝土抗氯离子渗透能力的一种方法。
仪器设备装置如上图1所示。
4.2混凝土氯离子扩散系数快速测定法——RCM法
RCM法是唐路平教授提出的用以测定混凝土中氯离子非稳定状态迁移的扩散系数的一种方法。
其原理是：跨过试件的轴向施加外部电势迫使负极的氯离子向试样中迁移，经一定时间（9—96h）后将试样沿轴向劈开，在劈开面上喷显色剂，测量显色深度代入公式计算氯离子扩散系数，依据氯离子扩散系数评定混凝土的抗氯离子渗透性。
试验仪器如上图2所示。
5试验数据：
我们在某工程工程建设中，对混凝土电通量与氯离子扩散系数做了大量的试验。
下表是C35承台
28天电通量（库
伦）
28天氯离子扩散
系数（×10-
12m2/s）
56天电通量
（库伦）
56天氯离子扩散系
数（×10-12m2/s）
（×10-12m2/s）
C35
2054 12.683 219 1.97
272 3.9185 1193 3.08
482 4.9491 591 2.30
398 4.5358 1207 3.12
1259 8.7719 638 2.34
1978 12.309 1135 3.05
258 3.847 864 2.74
496 5.018 1084 2.95
依据上表数据，我们分析得到数据（1）28d 和（2）56d 点的分布图
由数据点的分布图，我们可看出氯离子扩散系数与氯离子电通量两者之间在一定范围内呈线性关系。
设氯离子扩散系数与氯离子电通量的关系为Y=AX+B，
其中：Y：扩散系数；X：电通量；A、B 待定系数。
我们用最小二乘法对其进行回归分析。
1、对于28d的数据，从上图1中我们知道（214，2.582）点离趋势线较远，属离散点，舍
∑X =14914，∑X2=18463196；（∑X）2/N=11706705.05；
Lxx＝ΣX2－（ΣX）2/n = 6756490.95
∑Y=122.3963，∑Y2=951.8366353 ，（∑Y ）2/N =788.4660134；
Lyy＝ΣY2－（ΣY）2/n = 163.3706219；
∑X Y=129298.1417，∑X×∑Y/N＝96074.65359；
Lxy＝ΣXY－ΣX×ΣY/ n = 33223.5058
A= Lxy/ Lxx＝0.00492； B= Lxy/ Lyy ＝2.582
相关系数r= Lxy /（Lxx ×Lyy）1/2= 0.999995112
也就是说氯离子扩散系数Y=0.00492X+2.582（×10-12m2/s）
（2）对于56d的数据，从上图2中我们知道（591，2.91）（490，2.69）（864，2.34）和（
∑X2=12563189，（∑X ）2/N =11526413.4；∑Y2=112.5332 ，
（∑Y）2/N =110.8672；∑X Y=37039017，∑X Y/N＝35747.748。
Lxx＝ΣX2－（ΣX）2/n =1036775.6；Lyy＝ΣY2－（ΣY）2/n =1.666；
Lxy＝ΣXY－ΣX×ΣY/ n =1291.422
A= Lxy/ Lxx＝0.001246； B= Lxy/ Lyy ＝1.627；
相关系数r= Lxy /（Lxx ×Lyy）1/2＝0.982626106
也就是说氯离子扩散系数Y=0.001246X+1.627（×10-12m2/s）
当电量X为0时，即为自然状态下的氯离子扩散系数。
7结论：
综上所述，我们得到了28d的氯离子扩散系数与氯离子电通量的数学关系
Y=0.00492X+2.582（×10-12m2/s）和56d的氯离子扩散系数与氯离子电通量的数学关系式Y=0.001246X+1.627（×10-12m2/s）。
由Y=0.00492X+2.582（×10-12m2/s）和
Y=0.001246X+1.627（×10-12m2/s）可以看出：
1、混凝土扩散系数与氯离子电通量两者之间在一定条件下呈线性关系。
56d的扩散系数与氯离子电通量远小于28d的扩散系数与氯离子电通量说明，混凝土龄期越长混凝土扩散系数与氯离子电通量越小。
2、由最小二乘法回归得的相关系数R=0.982626106和 R= 0.999995112来看，对于某工程的承台高性能混凝土来说，在一定范围内下，扩散系数与氯离子电通量的相关性良好。
3、氯离子扩散系数与氯离子电通量两者之间的关系的数学模型
Y=0.00492X+2.582（×10-12m2/s）和Y=0.001246X+1.627（×10-12m2/s）在某工程中，因原材料相对固定，混凝土配合比相对较固定，仪器设备相对固定、试验环境相对固定，可用来作为参考。
4、电量法加60V的直流电压容易产生极化；溶液温度升高，会影响试验结果；同时，由于溶液中不仅仅只有氯离子，还存在有钠离子，氢氧根离子等等，在直流电的作用下，也能实现电荷迁移，我们测量的电量是总的离子电荷迁移的电量。
故用之描述混凝土抗氯离子渗透，误差较大。
另外，由于受混凝土孔溶液的影响，用于水灰比小于0.4的混凝土和矿物掺合料混凝土时，电量误差较大；当电量小于1000C时，难以准确区分混凝土抗氯离子侵入性的差异；相对而言，RCM法则由于电压是
30V，极化小，且所测量的只是氯离子的显色深度，影响因素较少，能够较准确地描述混凝土抗氯离子渗透性，故笔者主张使用RCM法测试混凝土抗氯离子渗透性。
5、关于氯离子扩散系数与氯离子电通量两者之间的关系还有许多问题有待进一步研究，如，单掺矿粉、单掺粉煤灰、3个月后、不同混凝土强度等级两者之间、是否会有同样关系等等，有待进一步研究。