摘要：在沿海的水利工程中，為降低混凝土溫升，防止混凝土裂縫，通常采用大粒徑骨料混凝土（骨料最大粒徑為40～80mm）。而目前的混凝土抗氯離子性能快速實(shí)驗(yàn)方法（電量法和RCM法等），通常限定骨料最大粒徑為25mm，這對(duì)推廣應(yīng)用大粒徑骨料抗氯鹽高性能混凝土造成了很大障礙。為解決這一問(wèn)題，華南理工大學(xué)建筑學(xué)院在電量綜合法的基礎(chǔ)上，提出了適用于大粒徑骨料混凝土的抗氯離子性能快速實(shí)驗(yàn)的電量綜合法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究確定了其評(píng)價(jià)指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：大粒徑骨料；混凝土；氯離子；電量綜合法
1 前言
目前國(guó)內(nèi)外混凝土抗氯離子性能快速實(shí)驗(yàn)方法主要是電場(chǎng)法，通過(guò)測(cè)定混凝土的電量、電阻、電導(dǎo)或者在電場(chǎng)作用下的氯離子滲透深度，來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的抗氯離子性能。其中最為常用的ASTM C1202快速電量測(cè)定方法（簡(jiǎn)稱電量法）和快速電遷移法（國(guó)內(nèi)稱RCM法）。從試驗(yàn)原理看，電量法和RCM法是類(lèi)似的，只是試驗(yàn)參數(shù)和表征方法不同。華南理工大學(xué)建筑學(xué)院在電量法和RCM法的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)研究，提出了電量綜合法[1]。電量綜合法采用60V電壓，將通電時(shí)間延長(zhǎng)到18h，測(cè)定6h和18d的電量值，另外還測(cè)定通電18h后的氯離子滲透深度。
在沿海的水閘等水利工程中的閘底板、閘墩等部位中，由于混凝土體積較大，為降低混凝土溫升，防止混凝土裂縫，通常采用二級(jí)配和三級(jí)配的混凝土，骨料最大粒徑可達(dá)80mm。華南理工大學(xué)建筑學(xué)院在普通水工二級(jí)配和三級(jí)配混凝土的基礎(chǔ)上，采用大摻量礦渣微粉等技術(shù)措施，制備了大粒徑骨料抗氯鹽高性能混凝土[2-4]。但現(xiàn)有的電量法和RCM法（含改進(jìn)的電量法和RCM法），均是針對(duì)使用較小骨料混凝土設(shè)計(jì)的，通常限定骨料最大粒徑為25mm，不適用于骨料最大粒徑為25mm以上的混凝土，這對(duì)推廣應(yīng)用大粒徑骨料抗氯鹽高性能混凝土造成了很大障礙。
為解決這一問(wèn)題，華南理工大學(xué)建筑學(xué)院在電量綜合法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相關(guān)研究，進(jìn)一步將電量綜合法的使用范圍擴(kuò)展到最大骨料粒徑為63mm（或80mm）的混凝土中，并將其列入了正在參與主編的廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《廣東省抗海水腐蝕混凝土施工導(dǎo)則》中，本文對(duì)這一方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。
2 大粒徑骨料混凝土抗氯離子性能快速實(shí)驗(yàn)的電量綜合法介紹
2.1 試驗(yàn)?zāi)康?nbsp;
通過(guò)測(cè)定混凝土在60V直流電作用下6h和18h內(nèi)通過(guò)的電量值來(lái)快速地評(píng)價(jià)混凝土的抗氯鹽性能，并對(duì)通電18h后混凝土中氯離子滲透深度進(jìn)行測(cè)定。
2.2 適用范圍
適用于在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定骨料最大粒徑不大于63mm的實(shí)驗(yàn)室制作的或者從實(shí)體結(jié)構(gòu)取芯獲得的混凝土試件的抗氯鹽性能。對(duì)于骨料最大粒徑為80mm的混凝土試件，可采用骨料最大粒徑為63mm的混凝土試件的試驗(yàn)方法，但實(shí)驗(yàn)室制作時(shí)宜采用300mm的立方體試件。
注：根據(jù)混凝土保護(hù)層厚度不宜超過(guò)100mm以及骨料最大粒徑與保護(hù)層厚度比不宜大于保護(hù)層最小厚度的4/5的限制，建議采用最大粒徑不超過(guò)63mm的骨料。當(dāng)采用最大粒徑為80mm的骨料時(shí)，可采用最大粒徑為63mm骨料相同的方法。
2.3 試驗(yàn)設(shè)備和化學(xué)試劑
試驗(yàn)設(shè)備和化學(xué)試劑應(yīng)符合下列規(guī)定：
（1） 電量綜合法測(cè)定儀（見(jiàn)圖1）。 
（2） 氯化鈉溶液：用蒸餾水配置成的3.0%質(zhì)量（化學(xué)純）百分比溶液。
（3） 氫氧化鈉溶液：用蒸餾水配置的0.3mol/L（化學(xué)純）的溶液。
（4） 混凝土切割機(jī)（雙刀）。
（5） 磨平機(jī)；水砂紙（200#～600#）；細(xì)銼刀；游標(biāo)長(zhǎng)尺（精度0.1 mm）。
（6） 超聲波清洗器（40kHz，功率1000KW）；電吹風(fēng)（2000W）；溫度計(jì)（精度0.2℃）。
（7） 真空保水設(shè)備，可保持真空值小于-0.05MPa。
（8） 試樣夾具——兩個(gè)對(duì)稱的有機(jī)玻璃（異丁烯酸甲酯）小池，每個(gè)都包含了導(dǎo)電網(wǎng)和外部的連接物。圖2顯示了一個(gè)通常使用的設(shè)計(jì)。小池的深度均為40mm，對(duì)于不同骨料最大粒徑的混凝土試樣，采用不同的小池直徑。對(duì)于骨料最大粒徑不大于25mm的混凝土，小池的標(biāo)準(zhǔn)直徑為95mm；對(duì)于骨料最大粒徑不大于40mm的混凝土，小池的標(biāo)準(zhǔn)直徑為130mm；對(duì)于骨料最大粒徑不大于63mm的混凝土，小池的標(biāo)準(zhǔn)直徑為180mm。
2.4 試驗(yàn)步驟
試驗(yàn)步驟如下：
（1） 不同骨料最大粒徑的混凝土，采用不同尺寸的試樣。對(duì)于骨料最大粒徑不大于25mm的混凝土，采用100mm×100mm×（50±1）mm的長(zhǎng)方體試樣；對(duì)于骨料最大粒徑不大于40mm的混凝土，采用150mm×150mm×（75±2）mm的長(zhǎng)方體試樣；對(duì)于骨料最大粒徑不大于63mm的混凝土，采用200mm×200mm×（100±3）mm的長(zhǎng)方體試樣。
試件在試驗(yàn)室制作時(shí)，對(duì)于最大骨料粒徑不大于25mm、40mm和63mm的混凝土，分別采用邊長(zhǎng)為100mm、150mm和200mm的立方體試模成型，一組三個(gè)試件。試件制作后立即用塑料薄膜覆蓋，24小時(shí)后拆模并放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。到規(guī)定齡期的前1天取出試件，切除試件的表面層，從試件中部切取試樣，并用磨平機(jī)或者水砂紙、細(xì)銼刀打磨光滑。
試件在實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)中鉆取時(shí)，對(duì)于最大骨料粒徑不大于25mm、40mm和63mm的混凝土，分別采用Φ100mm、Φ150mm和Φ200mm的的試件，試件長(zhǎng)度不小于試件直徑，切除試件的表面層，從試件中部切取試樣，并用磨平機(jī)或者水砂紙、細(xì)銼刀打磨光滑。試樣制備時(shí)，應(yīng)標(biāo)明混凝土成型面的方向。
（2） 試樣安裝前需進(jìn)行120s超聲浴清洗，超聲波清洗器事先需用室溫飲用水沖洗干凈。
（3） 將超聲清洗后的試樣垂直碼放于真空保水設(shè)備的真空室中，試樣間應(yīng)留有空隙。密閉真空室并開(kāi)動(dòng)真空泵和氣路開(kāi)關(guān)，在真空表顯示值小于-0.05MPa的壓力下保持6h后，斷開(kāi)氣路，導(dǎo)入自來(lái)水至沒(méi)過(guò)試件上表面20mm以上，關(guān)閉水路開(kāi)關(guān)，再打開(kāi)氣路開(kāi)關(guān)，抽真空至上述真空度并保持2h。關(guān)閉真空泵和所有開(kāi)關(guān)，繼續(xù)保持試樣浸泡于真空室的狀態(tài)至24h±2h（從開(kāi)始抽真空時(shí)計(jì)）。
（4） 將試樣從水中取出，把多余的水抹去，并把試樣放置在密閉的盒子中或其它容器中，這將使試樣保持在95%或更高的濕度下。實(shí)驗(yàn)室溫度控制在20～25℃。試樣的測(cè)試直徑和厚度應(yīng)該在試件安裝前用游標(biāo)卡尺測(cè)量（精度0.1 mm），并填入試驗(yàn)原始記錄表（見(jiàn)表1）。安裝前的試件表面應(yīng)該干凈，無(wú)油污、灰砂和水珠。 將四根帶有墊片（光面接觸有機(jī)玻璃夾具）的螺栓穿入有機(jī)玻璃夾具后水平放置，放好密封圈，然后將飽水后的混凝土試樣置于夾具上（試樣的成型面應(yīng)朝向負(fù)極），之后將帶有密封圈的另一夾具穿過(guò)螺栓，最后放置墊片，擰緊螺母。 
（5） 將固定好的混凝土試樣垂直放好（接線柱朝上），通過(guò)漏斗從夾具表面的孔中倒入自來(lái)水，檢查不漏水后，將自來(lái)水倒出，之后按照標(biāo)準(zhǔn)要求，負(fù)極夾具中裝入3%質(zhì)量百分比的NaCl溶液，正極夾具中裝入0.3mol/L的NaOH 溶液。
（6） 接通電量法測(cè)試儀的電源及夾具的正負(fù)極，將電壓設(shè)定在60±0.1伏，記錄初始電流讀數(shù)和陽(yáng)極電解液初始溫度。至少每隔60 分鐘記錄一次電流值，通電18小時(shí)后終止實(shí)驗(yàn)。在整個(gè)測(cè)試期間，夾具中都應(yīng)充滿溶液。
（7） 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先記錄電流值，測(cè)定陽(yáng)極電解液最終溫度，再關(guān)閉電源，斷開(kāi)連線，排除試驗(yàn)溶液，取出試樣，將夾具完全浸入自來(lái)水中漂洗。試驗(yàn)數(shù)據(jù)填入試驗(yàn)原始記錄表（表1）。
（8） 試件取出后，立即在壓力試驗(yàn)機(jī)上從中劈成兩半。在劈開(kāi)的試件表面立即噴灑0.1mol/L AgNO3溶液，混凝土含氯離子部分則可在約15分鐘后觀察到白色硝酸銀沉淀，不含氯離子部分一般顯灰色。測(cè)量顯色分界線離底面的距離，把如圖3所示位置（測(cè)點(diǎn)位置不必考慮骨料阻擋的情況，但對(duì)非常明顯的骨料阻擋情況，應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明）的測(cè)定值（精確到0.1mm）填入表1，計(jì)算所得的平均值即為顯色深度。
（9） 將電流對(duì)時(shí)間作圖，通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)畫(huà)一條折線，對(duì)折線下的面積積分得到6 h和18h內(nèi)通過(guò)的電量（庫(kù)侖）；或者在測(cè)試期間或之后用自動(dòng)數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行積分求和并顯示庫(kù)侖值。
如果試樣的測(cè)試直徑小于相應(yīng)骨料最大粒徑時(shí)測(cè)試小池的標(biāo)準(zhǔn)直徑，計(jì)算得到的電量值應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)將測(cè)定的電量值乘以標(biāo)準(zhǔn)橫截面積與試樣實(shí)際橫截面積的比值來(lái)進(jìn)行校正。
混凝土電量值和氯離子擴(kuò)散深度為3個(gè)試樣的算術(shù)平均值。如任一個(gè)測(cè)值與中值的差值超過(guò)中值的15％，則取中值為測(cè)定值；如有兩個(gè)測(cè)值與中值的差值都超過(guò)中值的15％，則該組試驗(yàn)無(wú)效。
2.5 試驗(yàn)報(bào)告
試驗(yàn)報(bào)告中需包含試樣編號(hào)、試驗(yàn)齡期、骨料最大粒徑、試樣的尺寸、每個(gè)試件的初始電流、初始陽(yáng)極溶液溫度、最終電流、最終陽(yáng)極溶液溫度、6h和18h電量值、18h顯色深度以及每組試件的電量值和顯色深度代表值等信息，可參考表2。 
3 大粒徑骨料混凝土抗氯離子性能快速實(shí)驗(yàn)的電量綜合法評(píng)價(jià)指標(biāo)
對(duì)于骨料最大粒徑在25mm以上的混凝土的抗氯離子性能，采用上述方法專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了試驗(yàn)研究[5]。用最大骨料粒徑為25mm的混凝土，制備了不同尺寸的混凝土試件，進(jìn)行了不同試樣尺寸混凝土6h電量值試驗(yàn)，得出了試樣尺寸對(duì)混凝土電量值的影響；再進(jìn)行以同樣膠凝材料組成和水膠比、但混凝土最大骨料粒徑為40mm和63mm的混凝土電量值實(shí)驗(yàn)，得到骨料最大粒徑改變對(duì)電量值的影響。
綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，得到了采用不同大小試樣時(shí)，最大骨料粒徑為40mm和63mm的混凝土電量值與最大骨料粒徑為25mm的混凝土電量值的關(guān)系，并按最大骨料粒徑為25mm的混凝土電量限值推導(dǎo)出最大骨料粒徑為40mm和63mm的混凝土6h電量限值，具體過(guò)程另文詳述。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的通電6h和18h混凝土電量值的對(duì)比關(guān)系，取18h電量值為6h電量值的2.9倍，并進(jìn)行適當(dāng)修約，修約后的數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。 
電量綜合法的測(cè)試數(shù)據(jù)由電量值和氯離子滲透深度（可換算為氯離子擴(kuò)散系數(shù)）組成。由于電量值是儀器測(cè)定，受人為影響小，而氯離子滲透深度由人工測(cè)定，人為因素影響大，故電量綜合法以電量值為判定依據(jù)，以氯離子滲透深度為參考。由于目前的電量法采用6h電量值為判斷依據(jù)，為與現(xiàn)有方法接軌，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)給出6h 和18h電量值，并以18h電量值為判斷依據(jù)。
4 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)大粒徑骨料混凝土抗氯離子性能評(píng)價(jià)問(wèn)題，參考混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的做法，對(duì)不同骨料最大粒徑的混凝土了采用不同尺寸的試件及夾具的方法，建立了適用于大粒徑骨料混凝土抗氯離子性能快速實(shí)驗(yàn)的電量綜合法。通過(guò)試驗(yàn)研究，得出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，解決了困擾大粒徑骨料抗氯鹽高性能混凝土推廣的難題。
目前本方法只給出了18d電量值的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于氯離子滲透深度或氯離子滲透系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立以及利用本方法進(jìn)行混凝土耐久壽命的預(yù)測(cè)仍需進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究。
