摘要：氯鹽腐蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的最主要因素之一。氯離子在混凝土中的傳輸行為直接決定了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命，因此，可靠而準(zhǔn)確的研究方法是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文簡(jiǎn)要回顧了國(guó)內(nèi)外研究氯離子在混凝土中傳輸行為的試驗(yàn)方法、原理及適用條件，同時(shí)介紹了可用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體混凝土保護(hù)層氯離子滲透性檢測(cè)儀器的原理及優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：毛細(xì)孔吸附, 擴(kuò)散, 表觀擴(kuò)散系數(shù), 有效擴(kuò)散系數(shù)
1 概述
眾所周知，氯離子是鋼筋銹蝕破壞的主要因素，氯離子在混凝土中傳輸行為是預(yù)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役年限的重要因素。研究測(cè)試氯離子在混凝土中傳輸?shù)目煽吭囼?yàn)方法是混凝土耐久性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。多年來，經(jīng)過混凝土科學(xué)工作者的努力，氯離子傳輸試驗(yàn)方法和理論取得了很大的進(jìn)展。雖然氯離子擴(kuò)散試驗(yàn)的測(cè)試指標(biāo)根據(jù)試驗(yàn)方法的不同而不同，但最終都是為計(jì)算氯離子的擴(kuò)散系數(shù)，從而預(yù)測(cè)該環(huán)境下混凝土的服役壽命。目前擴(kuò)散系數(shù)大致可以分為兩種[]1：一種是通過所謂的擴(kuò)散試驗(yàn)或遷移試驗(yàn)得到的有效擴(kuò)散系數(shù)Deff，另一種是通過非穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)得到的表觀擴(kuò)散系數(shù)Dapp；為了便于區(qū)分也有學(xué)者將兩種擴(kuò)散系數(shù)分為別稱作穩(wěn)態(tài)環(huán)境擴(kuò)散系數(shù)Ds和非穩(wěn)態(tài)環(huán)境擴(kuò)散系數(shù)Dns。一般來講，用不同的試驗(yàn)方法測(cè)得的氯離子擴(kuò)散系數(shù)不能直接比較，甚至用同一種測(cè)試方法，而浸泡溶液不同，所測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)也會(huì)有所區(qū)別。
目前國(guó)內(nèi)外所研究的試驗(yàn)方法大多數(shù)是用來計(jì)算Ds，而且都是在試驗(yàn)室進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)。我國(guó)兩個(gè)世人矚目的工程進(jìn)行了室內(nèi)成型試件與現(xiàn)場(chǎng)取芯試樣的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)人員吃驚地發(fā)現(xiàn)[]2：實(shí)驗(yàn)室成型的試件無一例外的通過了300次凍融循環(huán)，而芯樣僅經(jīng)歷50次，甚至還不到25次循環(huán)就壞了。這為我們混凝土科學(xué)工作者敲響了一個(gè)警鐘，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果不能代表實(shí)際工程質(zhì)量，因此現(xiàn)場(chǎng)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試方法成了亟待解決的問題。本文在簡(jiǎn)要回顧實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，第4節(jié)詳細(xì)介紹了國(guó)外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)研究成果－Permit現(xiàn)場(chǎng)氯離子滲透檢測(cè)方法，希望能拋磚引玉，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法及相關(guān)研究的發(fā)展。
2 氯離子傳輸機(jī)制和基本理論
氯離子進(jìn)入混凝土在其中傳輸有三種基本方式：一、毛細(xì)孔吸附，主要驅(qū)動(dòng)力是混凝土內(nèi)部的濕度梯度；二、擴(kuò)散，主要驅(qū)動(dòng)力是氯離子濃度梯度；三、靜水壓力（滲透）進(jìn)入，主要驅(qū)動(dòng)力是靜水壓力（壓力梯度）。這三種傳輸機(jī)制可能同時(shí)發(fā)生，在混凝土孔隙中充滿水或者充水程度較高時(shí)，氯離子的傳輸主要以擴(kuò)散機(jī)制為主，因此在實(shí)際研究氯離子傳輸?shù)脑囼?yàn)方法中第一步一般都是將混凝土飽水，降低其它傳輸機(jī)制的影響，這樣可以計(jì)算出一個(gè)有效適用的擴(kuò)散系數(shù)，來表征氯離子的傳輸行為。
在穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，假定氯離子濃度是一個(gè)常數(shù)，不考慮時(shí)間變化，氯離子擴(kuò)散遵循費(fèi)克第一定律：
式中：F－離子流量，kg/m2s；
?。碛^擴(kuò)散系數(shù)，meffD2/s；
xc∂∂－氯離子濃度梯度。
在非穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，考慮時(shí)間變化，氯離子流量是變化的，氯化物的分布隨時(shí)間變化，如將混凝土表面看成是半無限大體，這個(gè)傳輸過程可以根據(jù)費(fèi)克第二定律：
式中：F－離子流量，kg/m2s；
－表觀擴(kuò)散系數(shù)，mappD2/s；
xc∂∂－氯離子濃度梯度； tc∂∂－氯離子濃度隨時(shí)間的變化率。
若給出邊界條件：c(x=0,t>0)=cs，初始條件：c(x>0,t=0)=0，足夠遠(yuǎn)處：c(x→∝,t>0)=0?？梢缘玫椒匠痰慕猓?BR>
在遷移試驗(yàn)中，可以用修正的能斯特－普朗克方程計(jì)算有效擴(kuò)散系數(shù)：
式中：－氯化物流量，mol/cmclJ2s；
1C－陽(yáng)極氯離子濃度，mol/cm3；
γ－陰極溶液的活性系數(shù)；
ΔΦ－有效電壓，V；
l－試件的厚度，cm；
z－離子電荷，對(duì)于氯離子，z=-1；
T－絕對(duì)溫度（穩(wěn)定狀態(tài)下的平均溫度）,K；
R－通用氣體常數(shù). 8.31 J/K. mol；
F－法拉第常數(shù)(9.65×104c/mol)。
J.C.Keister等人研究表明[]3，遷移試驗(yàn)中，施加電場(chǎng)可以按比例縮短自然擴(kuò)散試驗(yàn)中氯離子到達(dá)相同深度所需要的時(shí)間，而且滿足方程（5）：
式中：t－遷移試驗(yàn)中的時(shí)間延遲；
tdif－遷移試驗(yàn)不施加電場(chǎng)的一個(gè)當(dāng)量時(shí)間；
k為波耳茲曼常數(shù)。
根據(jù)J.Crank的研究結(jié)果[]4，可以將這個(gè)數(shù)學(xué)解答轉(zhuǎn)化成自然遷移試驗(yàn)的解，也就是說用“當(dāng)量”時(shí)間tdif，可以直接解出：
式中：xd－試件的厚度,cm。
3 實(shí)驗(yàn)室研究方法回顧
3.1 自然擴(kuò)散法
3.1.1 擴(kuò)散池法
擴(kuò)散池試驗(yàn)是最直接的測(cè)定氯化物擴(kuò)散系數(shù)的方法，它可以測(cè)定表觀擴(kuò)散系數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù)。主要方法是將片狀試件緊固在兩個(gè)擴(kuò)散池中間，“上游池”裝有已知濃度的氯化物溶液，“下游室”用來收集通過試件的氯化物，“下游室”的水應(yīng)該經(jīng)常更換，以保證溶液中氯化物的濃度接近0。當(dāng)通過試件的氯化物的流量一定時(shí)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這種試驗(yàn)耗時(shí)費(fèi)力，在砂漿和凈漿試件試驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，但在混凝土試件中應(yīng)用不多[]5。
3.1.2 鹽浸法
鹽浸法的代表方法是APM302法[]6，該方法于1996年被北歐收錄為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法NT Build 443[]7。該方法采用直徑不小于100mm的圓柱體試件，為了試驗(yàn)的精確性，去掉10mm厚的表層，將截面作為擴(kuò)散開始面，其它面用抗氯離子滲透型材料密封。試驗(yàn)前為了排除毛細(xì)管抽力，要用飽和石灰水對(duì)試件進(jìn)行飽水。飽完水后的試件在165g/l的氯化鈉溶液中23℃溫度下至少浸泡35天。浸泡結(jié)束后，分段切片進(jìn)行氯化物含量分析。
鹽浸法的另一代表方法是AASHTO T259-80[]8，該方法采用300×300×75mm的試件在3%的氯化鈉溶液中浸泡90天。然后取芯分段進(jìn)行氯離子含量分析，此方法至今仍在沿用。
3.2 電場(chǎng)遷移試驗(yàn)方法
3.2.1 非穩(wěn)態(tài)遷移池法
電場(chǎng)加速條件下非穩(wěn)態(tài)遷移試驗(yàn)最常用的是AASHTO T277-93,該方法經(jīng)過Whiting多次的改進(jìn)和修正[]9，1994被ASTM標(biāo)準(zhǔn)收錄為ASTM C1202-94，一直沿用至今。但由于其在試件兩端加上60V的電壓，過高的電壓會(huì)改變?cè)嚰臏囟?，進(jìn)而影響離子的傳輸，同時(shí)，其只通過測(cè)試6小時(shí)通過試件的電量來反評(píng)價(jià)混凝土滲透性，也引起學(xué)者們的爭(zhēng)議。盡管此方法爭(zhēng)議頗多，但目前仍應(yīng)用廣泛，而且相應(yīng)的儀器和設(shè)備也發(fā)展很快。
CTH方法（RCM法）是Tang & Nilsson等人發(fā)明的[]10，該方法是第一種能夠在電場(chǎng)加速條件下實(shí)際計(jì)算出非穩(wěn)態(tài)遷移系數(shù)的快速試驗(yàn)方法，目前，該方法在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛。
3.2.1穩(wěn)態(tài)遷移池法
穩(wěn)態(tài)遷移池法和AASHTO T277方法CTH方法相似，但很多學(xué)者測(cè)定的是累積通過試件的氯化物流量。直到Tang和Andrade發(fā)表了在試驗(yàn)中如何評(píng)估擴(kuò)散系數(shù)的觀點(diǎn)之后，穩(wěn)態(tài)遷移的試驗(yàn)結(jié)果才可以用電場(chǎng)加速條件下穩(wěn)態(tài)遷移擴(kuò)散系數(shù)表示。
3.2.3 其它試驗(yàn)方法
遷移試驗(yàn)的方法還有很多沒有廣泛應(yīng)用，比如Lollipop方法（NT Build 356），該方法用一個(gè)鋼筋棒預(yù)埋在圓柱體混凝土試件的中間作為電極，氯鹽溶液中接通電源加速鋼筋銹蝕直至混凝土開裂，用開裂時(shí)間來評(píng)價(jià)混凝土的抗氯離子滲透性。
3.3 電阻系數(shù)法
在混凝土試件兩端加一個(gè)電壓，離子受電場(chǎng)力作用要遠(yuǎn)大于濃度梯度產(chǎn)生的濃度壓力，通過混凝土試件的電流可以檢測(cè)出來，混凝土的電導(dǎo)率與離子擴(kuò)散系數(shù)有特殊的相關(guān)性。因?yàn)閰⑴c導(dǎo)電的離子除了Cl-，還有K+，Na+，OH-等，而且電導(dǎo)率還與混凝土孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于其影響因素太多，而且很多學(xué)者認(rèn)為該方法存在很多不足之處[]11，所以目前該方法未得到廣泛應(yīng)用。
3.4 壓力滲透法[]12
壓力滲透法原理是使用含有氯離子的溶液靠對(duì)流和擴(kuò)散的作用滲入混凝土，這種方法和壓力水的滲透性測(cè)試方法很相似：將含有氯離子的液體注入裝置，然后加壓。加壓至規(guī)定時(shí)間后，取出混凝土試件測(cè)定氯離子滲透深度及含量。
4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法
由英國(guó)愛爾蘭貝爾法斯特女王大學(xué)研發(fā)，Amphora NDT有限公司生產(chǎn)的Permit離子遷移儀（Permit Ion Permeability Test），如圖1。該儀器體積小，攜帶方便，能夠現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)除了垂直向上的部位（如天花板、預(yù)制梁的腹板等），即儀器底盤不垂直向上以外任何部位或構(gòu)件的表層氯離子擴(kuò)散系數(shù)，測(cè)試面積為直徑為180mm的圓，其測(cè)試過程數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄而且可以調(diào)整記錄頻率，在英國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。
圖1 Permit離子遷移儀
Permit離子遷移儀的原理是電場(chǎng)加速條件下，測(cè)試非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散系數(shù)，是由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)演變過來的。它解決了以下幾個(gè)問題[]13：
(1) 用有限元分析技術(shù)和試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定了在測(cè)試過程中氯離子遷移的最大深度為30mm（圖2），內(nèi)室與外室之間密封圈最合適寬度為6mm（圖3）。
(2) 根據(jù)確定的最大遷移深度，試驗(yàn)確定了混凝土預(yù)處理時(shí)可以采用常壓飽水的方法，飽水時(shí)間為18h（圖4）；氯離子深度為0.55mol/L（圖5），電壓為60V（圖6），，根據(jù)混凝土不同的滲透性，達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間為2~10h（圖7）。
圖2 氯離子傳輸?shù)挠邢拊治觥 D3 不同寬度密封圈對(duì)氯離子流量的影響
(3) 為了消除試驗(yàn)過程中氯離子進(jìn)入結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，通過試驗(yàn)研究確定了用硝酸根離子代替氯離子的可行性（圖8），以及使用硝酸根離子和氯離子到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)的流量區(qū)別（圖9）。
圖8 硝酸根離子傳輸過程
圖9 兩種離子的區(qū)別
(4) 該方法另一大優(yōu)點(diǎn)是通過監(jiān)測(cè)外室溶液中電導(dǎo)率的變化來反映氯離子濃度的變化。這種方法節(jié)省了高額的分析氯離子含量的費(fèi)用，而且是適時(shí)監(jiān)測(cè)，反映靈敏直接。
(5) 同時(shí)該方法可以記錄試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的峰值電流，可以反應(yīng)混凝土的抗離子滲透性。根據(jù)電流值和對(duì)應(yīng)的測(cè)試時(shí)間，可以根據(jù)ASTM C1202方法計(jì)算6小時(shí)通過試件表面的電荷值。
5 結(jié)語
氯化物是引發(fā)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之一。很多混凝土科學(xué)工作者都在積極努力的發(fā)展氯離子傳輸和檢測(cè)理論及試驗(yàn)室方法，目前理論及試驗(yàn)室檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)眾多，但尚無明確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體構(gòu)件與試驗(yàn)室成型件性能相差甚遠(yuǎn)，因此發(fā)展和推廣現(xiàn)場(chǎng)氯離子擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)方法是十分必要的。
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關(guān)鍵詞：毛細(xì)孔吸附, 擴(kuò)散, 表觀擴(kuò)散系數(shù), 有效擴(kuò)散系數(shù)
1 概述
眾所周知，氯離子是鋼筋銹蝕破壞的主要因素，氯離子在混凝土中傳輸行為是預(yù)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役年限的重要因素。研究測(cè)試氯離子在混凝土中傳輸?shù)目煽吭囼?yàn)方法是混凝土耐久性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。多年來，經(jīng)過混凝土科學(xué)工作者的努力，氯離子傳輸試驗(yàn)方法和理論取得了很大的進(jìn)展。雖然氯離子擴(kuò)散試驗(yàn)的測(cè)試指標(biāo)根據(jù)試驗(yàn)方法的不同而不同，但最終都是為計(jì)算氯離子的擴(kuò)散系數(shù)，從而預(yù)測(cè)該環(huán)境下混凝土的服役壽命。目前擴(kuò)散系數(shù)大致可以分為兩種[]1：一種是通過所謂的擴(kuò)散試驗(yàn)或遷移試驗(yàn)得到的有效擴(kuò)散系數(shù)Deff，另一種是通過非穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)得到的表觀擴(kuò)散系數(shù)Dapp；為了便于區(qū)分也有學(xué)者將兩種擴(kuò)散系數(shù)分為別稱作穩(wěn)態(tài)環(huán)境擴(kuò)散系數(shù)Ds和非穩(wěn)態(tài)環(huán)境擴(kuò)散系數(shù)Dns。一般來講，用不同的試驗(yàn)方法測(cè)得的氯離子擴(kuò)散系數(shù)不能直接比較，甚至用同一種測(cè)試方法，而浸泡溶液不同，所測(cè)試的擴(kuò)散系數(shù)也會(huì)有所區(qū)別。
目前國(guó)內(nèi)外所研究的試驗(yàn)方法大多數(shù)是用來計(jì)算Ds，而且都是在試驗(yàn)室進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)。我國(guó)兩個(gè)世人矚目的工程進(jìn)行了室內(nèi)成型試件與現(xiàn)場(chǎng)取芯試樣的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)人員吃驚地發(fā)現(xiàn)[]2：實(shí)驗(yàn)室成型的試件無一例外的通過了300次凍融循環(huán)，而芯樣僅經(jīng)歷50次，甚至還不到25次循環(huán)就壞了。這為我們混凝土科學(xué)工作者敲響了一個(gè)警鐘，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果不能代表實(shí)際工程質(zhì)量，因此現(xiàn)場(chǎng)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試方法成了亟待解決的問題。本文在簡(jiǎn)要回顧實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，第4節(jié)詳細(xì)介紹了國(guó)外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)研究成果－Permit現(xiàn)場(chǎng)氯離子滲透檢測(cè)方法，希望能拋磚引玉，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法及相關(guān)研究的發(fā)展。
2 氯離子傳輸機(jī)制和基本理論
氯離子進(jìn)入混凝土在其中傳輸有三種基本方式：一、毛細(xì)孔吸附，主要驅(qū)動(dòng)力是混凝土內(nèi)部的濕度梯度；二、擴(kuò)散，主要驅(qū)動(dòng)力是氯離子濃度梯度；三、靜水壓力（滲透）進(jìn)入，主要驅(qū)動(dòng)力是靜水壓力（壓力梯度）。這三種傳輸機(jī)制可能同時(shí)發(fā)生，在混凝土孔隙中充滿水或者充水程度較高時(shí)，氯離子的傳輸主要以擴(kuò)散機(jī)制為主，因此在實(shí)際研究氯離子傳輸?shù)脑囼?yàn)方法中第一步一般都是將混凝土飽水，降低其它傳輸機(jī)制的影響，這樣可以計(jì)算出一個(gè)有效適用的擴(kuò)散系數(shù)，來表征氯離子的傳輸行為。
在穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，假定氯離子濃度是一個(gè)常數(shù)，不考慮時(shí)間變化，氯離子擴(kuò)散遵循費(fèi)克第一定律：
式中：F－離子流量，kg/m2s；
?。碛^擴(kuò)散系數(shù)，meffD2/s；
xc∂∂－氯離子濃度梯度。
在非穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，考慮時(shí)間變化，氯離子流量是變化的，氯化物的分布隨時(shí)間變化，如將混凝土表面看成是半無限大體，這個(gè)傳輸過程可以根據(jù)費(fèi)克第二定律：
式中：F－離子流量，kg/m2s；
－表觀擴(kuò)散系數(shù)，mappD2/s；
xc∂∂－氯離子濃度梯度； tc∂∂－氯離子濃度隨時(shí)間的變化率。
若給出邊界條件：c(x=0,t>0)=cs，初始條件：c(x>0,t=0)=0，足夠遠(yuǎn)處：c(x→∝,t>0)=0?？梢缘玫椒匠痰慕猓?BR>
在遷移試驗(yàn)中，可以用修正的能斯特－普朗克方程計(jì)算有效擴(kuò)散系數(shù)：
式中：－氯化物流量，mol/cmclJ2s；
1C－陽(yáng)極氯離子濃度，mol/cm3；
γ－陰極溶液的活性系數(shù)；
ΔΦ－有效電壓，V；
l－試件的厚度，cm；
z－離子電荷，對(duì)于氯離子，z=-1；
T－絕對(duì)溫度（穩(wěn)定狀態(tài)下的平均溫度）,K；
R－通用氣體常數(shù). 8.31 J/K. mol；
F－法拉第常數(shù)(9.65×104c/mol)。
J.C.Keister等人研究表明[]3，遷移試驗(yàn)中，施加電場(chǎng)可以按比例縮短自然擴(kuò)散試驗(yàn)中氯離子到達(dá)相同深度所需要的時(shí)間，而且滿足方程（5）：
式中：t－遷移試驗(yàn)中的時(shí)間延遲；
tdif－遷移試驗(yàn)不施加電場(chǎng)的一個(gè)當(dāng)量時(shí)間；
k為波耳茲曼常數(shù)。
根據(jù)J.Crank的研究結(jié)果[]4，可以將這個(gè)數(shù)學(xué)解答轉(zhuǎn)化成自然遷移試驗(yàn)的解，也就是說用“當(dāng)量”時(shí)間tdif，可以直接解出：
式中：xd－試件的厚度,cm。
3 實(shí)驗(yàn)室研究方法回顧
3.1 自然擴(kuò)散法
3.1.1 擴(kuò)散池法
擴(kuò)散池試驗(yàn)是最直接的測(cè)定氯化物擴(kuò)散系數(shù)的方法，它可以測(cè)定表觀擴(kuò)散系數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù)。主要方法是將片狀試件緊固在兩個(gè)擴(kuò)散池中間，“上游池”裝有已知濃度的氯化物溶液，“下游室”用來收集通過試件的氯化物，“下游室”的水應(yīng)該經(jīng)常更換，以保證溶液中氯化物的濃度接近0。當(dāng)通過試件的氯化物的流量一定時(shí)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這種試驗(yàn)耗時(shí)費(fèi)力，在砂漿和凈漿試件試驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，但在混凝土試件中應(yīng)用不多[]5。
3.1.2 鹽浸法
鹽浸法的代表方法是APM302法[]6，該方法于1996年被北歐收錄為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法NT Build 443[]7。該方法采用直徑不小于100mm的圓柱體試件，為了試驗(yàn)的精確性，去掉10mm厚的表層，將截面作為擴(kuò)散開始面，其它面用抗氯離子滲透型材料密封。試驗(yàn)前為了排除毛細(xì)管抽力，要用飽和石灰水對(duì)試件進(jìn)行飽水。飽完水后的試件在165g/l的氯化鈉溶液中23℃溫度下至少浸泡35天。浸泡結(jié)束后，分段切片進(jìn)行氯化物含量分析。
鹽浸法的另一代表方法是AASHTO T259-80[]8，該方法采用300×300×75mm的試件在3%的氯化鈉溶液中浸泡90天。然后取芯分段進(jìn)行氯離子含量分析，此方法至今仍在沿用。
3.2 電場(chǎng)遷移試驗(yàn)方法
3.2.1 非穩(wěn)態(tài)遷移池法
電場(chǎng)加速條件下非穩(wěn)態(tài)遷移試驗(yàn)最常用的是AASHTO T277-93,該方法經(jīng)過Whiting多次的改進(jìn)和修正[]9，1994被ASTM標(biāo)準(zhǔn)收錄為ASTM C1202-94，一直沿用至今。但由于其在試件兩端加上60V的電壓，過高的電壓會(huì)改變?cè)嚰臏囟?，進(jìn)而影響離子的傳輸，同時(shí)，其只通過測(cè)試6小時(shí)通過試件的電量來反評(píng)價(jià)混凝土滲透性，也引起學(xué)者們的爭(zhēng)議。盡管此方法爭(zhēng)議頗多，但目前仍應(yīng)用廣泛，而且相應(yīng)的儀器和設(shè)備也發(fā)展很快。
CTH方法（RCM法）是Tang & Nilsson等人發(fā)明的[]10，該方法是第一種能夠在電場(chǎng)加速條件下實(shí)際計(jì)算出非穩(wěn)態(tài)遷移系數(shù)的快速試驗(yàn)方法，目前，該方法在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛。
3.2.1穩(wěn)態(tài)遷移池法
穩(wěn)態(tài)遷移池法和AASHTO T277方法CTH方法相似，但很多學(xué)者測(cè)定的是累積通過試件的氯化物流量。直到Tang和Andrade發(fā)表了在試驗(yàn)中如何評(píng)估擴(kuò)散系數(shù)的觀點(diǎn)之后，穩(wěn)態(tài)遷移的試驗(yàn)結(jié)果才可以用電場(chǎng)加速條件下穩(wěn)態(tài)遷移擴(kuò)散系數(shù)表示。
3.2.3 其它試驗(yàn)方法
遷移試驗(yàn)的方法還有很多沒有廣泛應(yīng)用，比如Lollipop方法（NT Build 356），該方法用一個(gè)鋼筋棒預(yù)埋在圓柱體混凝土試件的中間作為電極，氯鹽溶液中接通電源加速鋼筋銹蝕直至混凝土開裂，用開裂時(shí)間來評(píng)價(jià)混凝土的抗氯離子滲透性。
3.3 電阻系數(shù)法
在混凝土試件兩端加一個(gè)電壓，離子受電場(chǎng)力作用要遠(yuǎn)大于濃度梯度產(chǎn)生的濃度壓力，通過混凝土試件的電流可以檢測(cè)出來，混凝土的電導(dǎo)率與離子擴(kuò)散系數(shù)有特殊的相關(guān)性。因?yàn)閰⑴c導(dǎo)電的離子除了Cl-，還有K+，Na+，OH-等，而且電導(dǎo)率還與混凝土孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于其影響因素太多，而且很多學(xué)者認(rèn)為該方法存在很多不足之處[]11，所以目前該方法未得到廣泛應(yīng)用。
3.4 壓力滲透法[]12
壓力滲透法原理是使用含有氯離子的溶液靠對(duì)流和擴(kuò)散的作用滲入混凝土，這種方法和壓力水的滲透性測(cè)試方法很相似：將含有氯離子的液體注入裝置，然后加壓。加壓至規(guī)定時(shí)間后，取出混凝土試件測(cè)定氯離子滲透深度及含量。
4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法
由英國(guó)愛爾蘭貝爾法斯特女王大學(xué)研發(fā)，Amphora NDT有限公司生產(chǎn)的Permit離子遷移儀（Permit Ion Permeability Test），如圖1。該儀器體積小，攜帶方便，能夠現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)除了垂直向上的部位（如天花板、預(yù)制梁的腹板等），即儀器底盤不垂直向上以外任何部位或構(gòu)件的表層氯離子擴(kuò)散系數(shù)，測(cè)試面積為直徑為180mm的圓，其測(cè)試過程數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄而且可以調(diào)整記錄頻率，在英國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。
圖1 Permit離子遷移儀
Permit離子遷移儀的原理是電場(chǎng)加速條件下，測(cè)試非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散系數(shù)，是由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)演變過來的。它解決了以下幾個(gè)問題[]13：
(1) 用有限元分析技術(shù)和試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定了在測(cè)試過程中氯離子遷移的最大深度為30mm（圖2），內(nèi)室與外室之間密封圈最合適寬度為6mm（圖3）。
(2) 根據(jù)確定的最大遷移深度，試驗(yàn)確定了混凝土預(yù)處理時(shí)可以采用常壓飽水的方法，飽水時(shí)間為18h（圖4）；氯離子深度為0.55mol/L（圖5），電壓為60V（圖6），，根據(jù)混凝土不同的滲透性，達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間為2~10h（圖7）。
圖2 氯離子傳輸?shù)挠邢拊治觥 D3 不同寬度密封圈對(duì)氯離子流量的影響
(3) 為了消除試驗(yàn)過程中氯離子進(jìn)入結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，通過試驗(yàn)研究確定了用硝酸根離子代替氯離子的可行性（圖8），以及使用硝酸根離子和氯離子到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)的流量區(qū)別（圖9）。
圖8 硝酸根離子傳輸過程
圖9 兩種離子的區(qū)別
(4) 該方法另一大優(yōu)點(diǎn)是通過監(jiān)測(cè)外室溶液中電導(dǎo)率的變化來反映氯離子濃度的變化。這種方法節(jié)省了高額的分析氯離子含量的費(fèi)用，而且是適時(shí)監(jiān)測(cè)，反映靈敏直接。
(5) 同時(shí)該方法可以記錄試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的峰值電流，可以反應(yīng)混凝土的抗離子滲透性。根據(jù)電流值和對(duì)應(yīng)的測(cè)試時(shí)間，可以根據(jù)ASTM C1202方法計(jì)算6小時(shí)通過試件表面的電荷值。
5 結(jié)語
氯化物是引發(fā)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之一。很多混凝土科學(xué)工作者都在積極努力的發(fā)展氯離子傳輸和檢測(cè)理論及試驗(yàn)室方法，目前理論及試驗(yàn)室檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)眾多，但尚無明確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體構(gòu)件與試驗(yàn)室成型件性能相差甚遠(yuǎn)，因此發(fā)展和推廣現(xiàn)場(chǎng)氯離子擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)方法是十分必要的。
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