重庆交通大学土木工程学院 重庆 400041
摘要：目前对于长期处于氯盐环境中的钢筋混凝土发生结构破环的主要原因是混凝土表面的氯离子进入结构内部，引发钢筋的锈蚀，这种破坏最容易发生且维护费用较高。氯离子渗透速度和深度对氯离子的扩散系数都会产生影响，同时氯离子扩散系数是混凝土结构设计的重要耐久性指标。本文通过查阅文献资料和收集数据，结合实验现象和理论知识，分别从水灰比、粉煤灰、养护龄期综合分析混凝土中氯离子扩散系数的影响规律，为混凝土设计提供理论依据。
关键词：混凝土；氯离子扩散系数；水灰比；粉煤灰；养护龄期
0引言
混凝土由于其多样性、强度、低成本和耐久性，仍然是首选的建筑材料，混凝土的可持续性正逐渐成为建筑业的标准要求。建筑行业也开始从生态和环境要求慢慢向好的方向演变，如减少、再利用和循环利用能源和原材料。若实现混凝土的可持续性发展，即增加使用寿命和减少过早失效，就需要通过提高混凝土的质量和耐久性。由于大量钢筋混凝土结构的过早开裂，混凝土的耐久性逐渐成为全世界关注的焦点[1]。其中氯离子渗透是混凝土的耐久性的重要一部分，前人对此做了大量的研究，因此本文通过对前人的研究进行归纳总结，进一步阐述出混凝土氯离子渗透系数的影响因素及其规律。
1氯离子扩散影响因素
混凝土的耐久性主要取决于混凝土抵抗气体、液体和有害离子的渗透。故混凝土氯离子扩散系数，对混凝土耐久性的测定起着重要的作用。然而，混凝土氯离子扩散系数的测试和表征是一个漫长而繁琐的过程。对于氯离子扩散系数的测试有两种方法，一种是传统的快速氯离子渗透试验，另一种方法是最近开发的快速体电导测试，其程序简单、耗时短和操作方便。电导测试的优点是样品不暴露于任何外部化学试剂中，并且可以在样品的不同龄期进行多次测试[2-3]。
2水灰比影响
水灰比对氯离子扩散系数的影响最大，水灰比可以反映混凝土内部的密实度，有研究表明[4]，随着水灰比的增加混凝土内的氯离子扩散系数都增大，这是因为水灰比小，混凝土内部的密实程度就大，随着水灰比大，密实程度，混凝土内部自由水越多，促进氯离子的运输。当氯离子传输时，水灰比越大，所流通的区域也会越大，所以水灰比较大的试件其氯离子扩散系数要高于水灰比较小的试件。因此在混凝土的制备中，应该在保证满足基本需求的情况下，调整水灰比，尽可能地减少使用成本，更加经济。
3粉煤灰的影响
粉煤灰对混凝土的性能有一定的影响，首先和易性得到改善；其次减少水泥的使用减少水化放热，使混凝土温度降低；另外粉煤灰的密实填充效应使水泥浆体与粗集料之间的结构更加紧密，提高混凝土的密实性。数据[4]如下图所示：
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图1混凝土中的Dcl随不同粉煤灰掺量的变化
从图上可以看出来对于水灰比0.45，龄期150天的混凝土，在加入粉煤灰的量为20%之前，混凝土中的氯离子扩散系数随着粉煤灰的增加而减小，超过20%之后，氯离子扩散系数随粉煤灰的增加而增大，当粉煤灰掺量为20%时混凝土试件内氯离子扩散系数最小；对于水灰比0.30，龄期44天的混凝土，在加入粉煤灰的量为30%之前，随粉煤灰的增加，混凝土中的氯离子扩散系数减小，超过30%之后，随粉煤灰的增加，氯离子扩散系数增大，当粉煤灰掺量为30%时，混凝土试件内氯离子扩散系数达到极小值。很显然，在混凝土中加入一定量的粉煤灰可以改变氯离子在混凝土中的扩散，这是因为细度较小的粉煤灰颗粒填充了混凝土中相对较大的孔隙，改善了混凝土的微观结构。粉煤灰产生的火山灰效应消耗了部分水化产物Ca（OH）2，导致结晶粗大、稳定性差的混凝土水化生成的Ca（OH）2数量减少，水泥石集料界面过渡区Ca（OH）2的定向排列更加紧密，界面过渡区的结构更加优化。此外，在混凝土中加入粉煤灰可以增强混凝土对氯离子的固化能力，具体表现为物理吸附和化学结合。但是粉煤灰的量应该有所控制，加入粉煤灰过多，水泥的量就过少，混凝土的密室性就会降低，氯离子扩散系数就会增大[5-6]。
4养护龄期的影响
养护龄期对混凝土性能的发展有很大的影响，随着养护龄期的延长，混凝土结构更加密实，混凝土性能也就变得更好，对于氯离子扩散系数也有一定的影响，根据下面数据，以不同类型的混凝土来分析其养护龄期对氯离子扩散系数的影响[7]。
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图2混凝土中的Dcl随养护龄期的变化
从图中可以看出，6种不同的混凝土，其氯离子扩散系数都随着养护龄期都有相似是趋势，都是随着养护龄期的延长而减小，且减小幅度逐渐趋缓。有学者表明，养护龄期与氯离子扩散系数符合幂函数的关系。其原因是随着养护时间的增长，水泥的水化越完全，混凝土内部的毛细孔得到填充，更加密实，降低氯离子的扩散速度，增强了混凝土对氯离子扩散的阻滞作用，使Dcl值减小。
5结论
（1）随着水灰比的增大混凝土内的氯离子扩散系数增大，随着水灰比的减小混凝土内的氯离子扩散系数减小；
（2）当掺加粉煤灰的量在20%到30%之间时，氯离子扩散系数会达到最小值，在此之前，氯离子扩散系数随着粉煤灰的量的增加而减小，在此之后，氯离子扩散系数随着粉煤灰的量的增加而增大；
（3）氯离子扩散系数随着养护龄期的延长而减小，且减小幅度逐渐趋缓。
参考文献(Reference)：
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[4]M. Shafikhani , S. E. Chidiac, Quantification of concrete chloride diffusion coefficient – A critical review[J]. Cement and Concrete Composites, 2019,99:225-250.
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作者简介：
师振哲（1996-），男，在读硕士研究生，主要从事混凝土结构耐久性方面的研究。E-mail：szzcqjt@163.com