結(jié)構(gòu)工程碩士論文-混凝土滲透性試驗(yàn)方法研究.doc

國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：工學(xué)碩士學(xué)位論文混凝土滲透性試驗(yàn)方法研究碩士研究生： 導(dǎo) 師：趙鐵軍教授F. H. Wittmann 教授張新華教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué)科、 專(zhuān)業(yè)：結(jié)構(gòu)工程所在院系：土木工程學(xué)院 答辯日期：2005年6月授予學(xué)位單位：青島理工大學(xué)Classified Index:U. D. C:Dissertation for the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON METHODS OF CONCRETE PERMEABILITY TESTINGbyYang JinboSupervisor: Pro. Zhao TiejunPro. F. H. WittmannPro. Zhang XinhuaAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpecialty: Structural EngineeringDepartment: Civil EngineeringUniversity: Qingdao Technology UniversityJune, 2005青島理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要滲透性是混凝土耐久性的重要指標(biāo)。有必要建立統(tǒng)一、有效的滲透性試驗(yàn)方法來(lái)研究混凝土的滲透性、指導(dǎo)混凝土耐久性設(shè)計(jì)與施工、評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量以及預(yù)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命。氯離子引起的鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面臨的嚴(yán)重耐久性問(wèn)題，氯離子侵蝕環(huán)境下混凝土滲透性的試驗(yàn)方法受到業(yè)內(nèi)專(zhuān)家普遍關(guān)注，本課題采用氯離子電遷移法、交流電測(cè)電阻（電參數(shù)）法和氯離子自然擴(kuò)散法三種國(guó)際上常用的試驗(yàn)方法，測(cè)試了一系列不同齡期混凝土的滲透性，分析比較了三種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了混凝土滲透性與孔隙率、強(qiáng)度以及材料配比之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，氯離子電遷移法和交流電測(cè)混凝土電阻（電參數(shù)）法試驗(yàn)簡(jiǎn)潔、試驗(yàn)時(shí)間短、能夠較準(zhǔn)確地反映混凝土的滲透性，兩者試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性達(dá)0.89036以上；氯離子自然擴(kuò)散試驗(yàn)原理清晰，氯離子滲透以擴(kuò)散為主，可以較準(zhǔn)確地測(cè)定混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)；氯離子電遷移試驗(yàn)測(cè)定的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)明顯高于自然擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果。交流電測(cè)電阻（電參數(shù)）法和氯離子自然擴(kuò)散法可用于測(cè)定表面處理后混凝土的抗氯離子滲透性。乳液型StoCryl HC 100有機(jī)硅防水劑處理后的混凝土抗氯離子滲透能力有效提高。對(duì)于普通硅酸鹽水泥混凝土，水泥用量相同時(shí)，滲透性、強(qiáng)度和孔隙率之間有良好的相關(guān)性，水膠比降低，孔隙率降低，滲透性降低，強(qiáng)度提高?？梢哉J(rèn)為對(duì)于同種膠凝材料配制的混凝土，孔隙率及孔結(jié)構(gòu)是影響混凝土強(qiáng)度和滲透性的主要因素。對(duì)于不同種膠凝材料配制的混凝土，混凝土以上性能相關(guān)性很差。關(guān)鍵詞 滲透性；試驗(yàn)方法；電遷移；自然擴(kuò)散；交流電；氯離子AbstractConcrete permeability is an important index that closely correlates with durability of concrete. It is necessary to find and build a standard method to test the permeability of concrete material. Using the uniform and effective testing method, can study the concrete permeability, guide the concrete durability design, control the quality of the concrete structure and predict the concrete service life correctly. Reinforcing steel corrosion caused in chloride salt environment is the most serious problem of concrete durability. So methods testing the resistance of the chloride penetration to reflect the concrete permeability are becoming popular. In this paper, rapid chloride migration test, alternating current test and diffusion cell test are used to measure the permeability of concrete. The experimental results show that rapid chloride migration test and alternating current test are simple and fast. They have a good relationship with a correlation coefficient over 0.89036. The diffusion cell test takes a long time about several months but the diffusion coefficients it tests are the most believable. Alternating current test and diffusion cell test are capable to be used to test permeability of water repllent agent treated concrete. The StoCryl HC 100 gel water repllent agent can decrease the permeability of concrete effectively. The permeability, compressive strength and porocity of concrete made with the same binder have a good correlation. The permeability decreases with the increase of compressive strength and the decrease of porocity. But while using different binders, there is not a good correlation among the permeability, compress strength and porocity of concrete.Key words: permeability; chloride; testing method; migration; alternating current; diffusion cell 目錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 混凝土的滲透性11.1.1 混凝土滲透性與耐久性11.1.2 影響混凝土滲透性的因素21.2 研究滲透性試驗(yàn)方法的目的31.2.1 精確測(cè)量和恰當(dāng)評(píng)價(jià)混凝土滲透性31.2.2 使試驗(yàn)方法更科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行31.3 論文的研究?jī)?nèi)容3第2章 混凝土滲透性試驗(yàn)方法42.1 滲透系數(shù)法42.1.1 水壓力法52.1.2 表面吸水法52.1.3 透氣法62.2 電參數(shù)法72.2.1 直流電量法72.2.2 用交流電測(cè)量混凝土電阻（電參數(shù)）102.2.3 飽鹽混凝土電導(dǎo)率法112.2.4 極限電壓法132.3 離子擴(kuò)散系數(shù)法132.3.1 氯離子自然擴(kuò)散試驗(yàn)142.3.2 氯離子電遷移試驗(yàn)162.3.3 多介質(zhì)理論182.4 本章小結(jié)19第3章 混凝土配合比及物理力學(xué)性能203.1 試驗(yàn)用混凝土203.1.1 原材料203.1.2 配合比203.1.3 成型和養(yǎng)護(hù)213.2 混凝土拌和物的基本性能213.3 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度223.4 混凝土的孔隙率試驗(yàn)243.4.1 試驗(yàn)方法243.4.2 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算與分析253.5 本章小結(jié)27第4章 氯離子電遷移試驗(yàn)294.1 試驗(yàn)方法294.2 試驗(yàn)結(jié)果分析354.3 本章小結(jié)37第5章 用交流電測(cè)量混凝土滲透性試驗(yàn)385.1 試驗(yàn)方法385.2 試驗(yàn)結(jié)果分析415.2.1 普通混凝土415.2.2 表面處理混凝土435.3 本章小結(jié)46第6章 氯離子自然擴(kuò)散試驗(yàn)476.1 試驗(yàn)方法476.2 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算496.2.1 標(biāo)定離子選擇性電極496.2.2 試件準(zhǔn)備及下游室氯離子濃度測(cè)定506.2.3 計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)516.3 試驗(yàn)結(jié)果分析526.4 本章小結(jié)53第7章 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析547.1 孔隙率與強(qiáng)度547.2 孔隙率與滲透性557.3 離子電遷移與交流電參數(shù)577.4 離子電遷移與自然擴(kuò)散587.5 強(qiáng)度與滲透性587.6 本章小結(jié)60結(jié) 論62參考文獻(xiàn)64攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69附錄1： 混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)原始記錄70附錄2： 氯離子電遷移試驗(yàn)原始記錄71致謝77- IV -第1章 緒論1.1 混凝土的滲透性1.1.1 混凝土滲透性與耐久性混凝土在使用期間，會(huì)由于環(huán)境中的水、氣體及其中所含侵蝕性介質(zhì)侵入，產(chǎn)生的物理和化學(xué)反應(yīng)而逐漸劣化?；炷恋哪途眯詫?shí)質(zhì)上就是抵抗這種劣化作用的能力。產(chǎn)生這種劣化作用的內(nèi)部潛在因素是混凝土中的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，外部條件是外部環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)和水的存在，必要條件是外部侵蝕性介質(zhì)和水能逐漸侵入混凝土的內(nèi)部。在不同的環(huán)境中，起主導(dǎo)作用的因素不同，混凝土的劣化會(huì)有不同的表現(xiàn)，但往往仍是許多因素綜合的、復(fù)雜的作用，因此至今難以建立起一個(gè)評(píng)價(jià)混凝土耐久性的確定指標(biāo)1-5。影響混凝土耐久性的各種破壞過(guò)程幾乎都與水有密切的關(guān)系1（圖1-1），因此混凝土的滲透性被認(rèn)為是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)?；炷恋臐B透性不只是對(duì)要求防水的結(jié)構(gòu)有重要意義，更重要的是評(píng)價(jià)混凝土抵抗環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)侵入和腐蝕的能力。鋼筋銹蝕硫酸鹽腐蝕凍融破壞堿-集料反應(yīng)瀝濾ClCO2SO42-H2O滲透性材料組成制備方法養(yǎng)護(hù)處理混凝土劣化孔結(jié)構(gòu)改變H2O, O2H2OH2O圖1-1 混凝土滲透性與各破壞過(guò)程的關(guān)系Fig.1-1 Relationship between permeability and durability of concrete從影響混凝土耐久性的各個(gè)過(guò)程可以看出，造成耐久性破壞的最根本原因是水的存在以及混凝土本身的不均勻性（孔、縫）造成的侵蝕介質(zhì)侵入。例如，混凝土中鋼筋銹蝕，需要有氯離子去鈍，以及水分和氧氣；混凝土發(fā)生硫酸鹽腐蝕破壞的必要條件為有水及腐蝕性離子進(jìn)入混凝土；發(fā)生堿集料反應(yīng)破壞需要有足夠水分；碳化反應(yīng)，需要有CO2和水分，等等。滲透性越低，則水及有害介質(zhì)越不容易侵入到混凝土內(nèi)部，對(duì)混凝土產(chǎn)生破壞的作用越小，即混凝土的耐久性越好。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者6-10都以混凝土的滲透性為基礎(chǔ)來(lái)研究耐久性。1.1.2 影響混凝土滲透性的因素因?yàn)閺?qiáng)度和滲透性都與毛細(xì)孔孔隙率有關(guān)，作為一級(jí)近似，影響混凝土強(qiáng)度的諸因素也影響滲透性11,12,見(jiàn)圖1-2。減少水泥基體中大的毛細(xì)孔孔隙（100nm）可降低滲透性，采用低水膠比、適當(dāng)?shù)乃嘤昧恳约罢_的搗實(shí)和養(yǎng)護(hù)條件有可能做到這點(diǎn)。同樣，正確注意骨料尺寸和級(jí)配，溫度和干躁收縮應(yīng)變，以及避免過(guò)早或過(guò)量荷載是降低過(guò)渡區(qū)意外細(xì)微開(kāi)裂的必要措施。最后，應(yīng)注意液體流動(dòng)的曲折通道也影響滲透性，這些通道受混凝土構(gòu)件厚度影響。滲透性試件參數(shù)尺寸幾何形狀潮濕條件組成各相滲透性過(guò)渡區(qū)孔隙水膠比礦物摻和料泌水特性 骨料級(jí)配 最大尺寸和幾何形狀水化程度 養(yǎng)護(hù)時(shí)間、溫度、濕度集料和水泥漿體間的化學(xué)反應(yīng)骨料的孔隙基體的孔隙水膠比礦物摻和料水化程度養(yǎng)護(hù)時(shí)間、溫度、濕度含氣量引入空氣量圖1-2 影響混凝土滲透性的因素Fig.1-2 Factors that influence concrete permeability 1.2 研究滲透性試驗(yàn)方法的目的1.2.1 精確測(cè)量和恰當(dāng)評(píng)價(jià)混凝土滲透性 混凝土的滲透性具有重要意義，但必須要有有效的試驗(yàn)方法來(lái)精確測(cè)量并恰當(dāng)評(píng)價(jià)13-16。通過(guò)研究滲透性試驗(yàn)方法，才可以實(shí)現(xiàn)上述目的。獲得混凝土的滲透性可以：（1）設(shè)法改善混凝土的滲透性，如通過(guò)組成材料選擇、調(diào)整配合比、保證養(yǎng)護(hù)條件、延長(zhǎng)齡期等。（2）指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工，如設(shè)計(jì)施工中規(guī)定具體措施及指標(biāo)，以保證混凝土的耐久性等。（3）檢驗(yàn)、檢測(cè)工程質(zhì)量，滲透性可以作為質(zhì)量控制中的指標(biāo)之一。1.2.2 使試驗(yàn)方法更科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行混凝土滲透性試驗(yàn)方法不但要求能測(cè)量出混凝土的滲透性，而且要保證方法科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行，以便推廣使用。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，滲透性試驗(yàn)方法也必須不斷完善和改進(jìn)，以適應(yīng)新的要求。1.3 論文的研究?jī)?nèi)容本課題研究，重點(diǎn)在于分析目前國(guó)內(nèi)外不同的混凝土滲透性試驗(yàn)方法；選擇三種國(guó)際較常用的試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)；確定適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)研究混凝土滲透性。具體內(nèi)容如下：第二章全面介紹目前國(guó)內(nèi)外不同的混凝土滲透性試驗(yàn)方法，選擇目前較常用的三種試驗(yàn)方法。第三章介紹試驗(yàn)用混凝土的制備以及混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)。第四章、第五章、第六章分別采用氯離子電遷移試驗(yàn)、交流電測(cè)混凝土電參數(shù)法和氯離子自然擴(kuò)散法測(cè)定不同混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。分析討論試驗(yàn)方法及各試驗(yàn)參數(shù)的確定。第七章討論分析各種試驗(yàn)方法結(jié)果的相互關(guān)系，比較各種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，分析混凝土物理力學(xué)性能與滲透性的關(guān)系。第2章 混凝土滲透性試驗(yàn)方法早期的混凝土滲透性試驗(yàn)方法是依據(jù)流體力學(xué)的Darcy定律，將混凝土視為多孔固體材料用滲透系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的滲透性17，如透水法和透氣法等。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，混凝土的抗?jié)B性不斷提高，使得滲透性系數(shù)試驗(yàn)受到限制。而且，由于混凝土使用范圍擴(kuò)大，要求對(duì)混凝土抵抗各種有害離子侵蝕的能力做出評(píng)價(jià)，各種電參數(shù)試驗(yàn)和離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)越來(lái)越受到關(guān)注。氣體、水和離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部可能通過(guò)滲透、擴(kuò)散和遷移（統(tǒng)稱(chēng)為滲透）。這些方式往往不是單獨(dú)發(fā)生，而是同時(shí)發(fā)生而且相互作用18?；炷了幁h(huán)境不同，滲透的方式也不同。目前已有一些快速評(píng)價(jià)混凝土滲透性的方法，但還沒(méi)有任何試驗(yàn)方法可以用來(lái)評(píng)價(jià)混凝土對(duì)任意介質(zhì)的滲透性19，各種滲透性試驗(yàn)方法所研究的滲透過(guò)程、所依據(jù)的原理各不相同。依據(jù)試驗(yàn)原理可以大致把試驗(yàn)方法分為三類(lèi)：滲透系數(shù)法，電參數(shù)法和離子擴(kuò)散法。本章分別介紹各種試驗(yàn)方法的基本原理和試驗(yàn)過(guò)程。2.1 滲透系數(shù)法滲透系數(shù)法主要依據(jù)達(dá)西定律測(cè)定混凝土的滲透系數(shù)。流體在孔隙中流動(dòng)時(shí)，必然要有能量損失。法國(guó)工程師達(dá)西（Darcy）在1852年通過(guò)試驗(yàn)研究，總結(jié)出滲流水頭損失與滲流速度之間的關(guān)系，（為滲流速度，為試驗(yàn)材料性質(zhì)和流體性質(zhì)綜合影響滲流的系數(shù)，為水頭損失，為滲流的距離）20為達(dá)西定律。達(dá)西定律最初是根據(jù)勻質(zhì)砂土試驗(yàn)得到的，只能在服從線(xiàn)性滲流規(guī)律的范圍內(nèi)使用。對(duì)于多孔材料，當(dāng)一種流體在一定壓力差下流過(guò)此物體時(shí)，根據(jù)達(dá)西定律，流速與壓力差之間有如下規(guī)律：（為體積流量，為多孔材料的總橫截面積，為水頭壓力， 為多孔材料的厚度， 為該多孔材料的滲透系數(shù)）19。滲透性可定義為衡量多孔固體中流體流動(dòng)速率的一個(gè)參數(shù)，它是反映多孔材料本身特性的一個(gè)物理參數(shù)，并與多孔材料的孔隙率和組成多孔材料的顆粒比表面積有關(guān)。對(duì)于混凝土來(lái)說(shuō)，滲透性與混凝土的孔隙率及組成的比表面積有關(guān)，與流經(jīng)混凝土的流體無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，用不同流體介質(zhì)得到的混凝土滲透系數(shù)，如由氣體得到的混凝土的滲透系數(shù)和由液體得到的混凝土滲透系數(shù)雖然量綱和數(shù)值不同，但所反映的都是混凝土的同一個(gè)性質(zhì)，即混凝土的滲透性（而不是某介質(zhì)的滲透性）。目前依據(jù)以上理論的試驗(yàn)方法主要有水壓力法、表面吸水法和透氣法。2.1.1 水壓力法傳統(tǒng)的水壓力試驗(yàn)方法分為穩(wěn)定流動(dòng)法、滲透深度法和抗?jié)B標(biāo)號(hào)法。（1）穩(wěn)定流動(dòng)法測(cè)量壓力液體流過(guò)混凝土的流量、速度，適用于研究具有較高滲透性的混凝土，如強(qiáng)度不高、齡期不長(zhǎng)的混凝土。在該方法中，滲透系數(shù)可根據(jù)達(dá)西定律來(lái)確定，在足夠緩慢的單向穩(wěn)定流中達(dá)西定律可表示為：（為流動(dòng)法測(cè)量的滲透系數(shù)，為液體的粘度，為體積流量，為流動(dòng)液體透過(guò)試件的截面積，為試件高度，為水頭高度）。根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算滲透系數(shù)時(shí)，一般存在較大的試驗(yàn)誤差，為謹(jǐn)慎起見(jiàn)，一般要求在不同的低流速下進(jìn)行測(cè)量，將流速對(duì)壓強(qiáng)作圖，用一條直線(xiàn)來(lái)擬合這些數(shù)據(jù)點(diǎn)21。（2）滲透深度法測(cè)量壓力液體滲透混凝土的深度，適用于研究具有低滲透性的混凝土。在該方法中相對(duì)滲透系數(shù)為：（為滲透深度法測(cè)量的滲透系數(shù)，為平均滲透高度，為混凝土孔隙率，為恒定壓力時(shí)間，為水頭高度）。由于孔隙率實(shí)測(cè)困難，因此采用計(jì)算式 6：（為混凝土中滲入水的體積，為混凝土試件的截面面積，為混凝土試件的長(zhǎng)度）。R. P. Khatri 和 V. Sirivivatnanon22，23建立了穩(wěn)定流動(dòng)法與滲透深度法之間的聯(lián)系，給出了兩種研究方法的選擇標(biāo)準(zhǔn)。他們認(rèn)為，在選擇方法時(shí)，可根據(jù)混凝土28天抗壓強(qiáng)度與齡期來(lái)確定，臨界條件如下：如果，則采用滲透深度法；如果，則采用穩(wěn)定流動(dòng)法。（3）我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中采用的是抗?jié)B標(biāo)號(hào)法24，其中用6個(gè)高度為150mm的圓臺(tái)形試件從水壓為0.1MPa開(kāi)始，以后每隔8h增加水壓0.1MPa，直至6個(gè)試件中有3個(gè)被壓力水滲透，停止試驗(yàn)，記錄此時(shí)的水壓力值；通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性換算關(guān)系，將停止試驗(yàn)時(shí)的水壓力值換算成一個(gè)整數(shù)，這個(gè)整數(shù)即為抗?jié)B標(biāo)號(hào)；實(shí)際上可以將抗?jié)B標(biāo)號(hào)法看作是滲透深度法的一個(gè)特例。該方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，適合工程上評(píng)價(jià)混凝土抗?jié)B性能，但用于科學(xué)研究，所獲得的數(shù)據(jù)太少。2.1.2 表面吸水法這種方法又稱(chēng)初始表面吸水法（Initial Surface Absorption Test），試驗(yàn)裝置如圖2-125。試驗(yàn)前試件需同條件預(yù)處理：在50的烘箱中烘24h，或在溫度20、相對(duì)濕度55%的試驗(yàn)室中長(zhǎng)期放置。試驗(yàn)時(shí)，打開(kāi)水箱下面閥門(mén)及右邊放氣閥門(mén)；向水箱中注水，水通過(guò)水箱下面兩條管路分別流入頂面兩個(gè)區(qū)域（中心的圓形槽及周?chē)沫h(huán)形槽）；待水從放氣閥門(mén)流出后，關(guān)閉該閥門(mén)；當(dāng)水量表讀數(shù)適當(dāng)時(shí)，關(guān)閉水箱下邊水閥，同時(shí)停止向水箱中注水并開(kāi)始計(jì)時(shí)；10、30、60及120分鐘時(shí)，記錄水量表讀數(shù)，以此讀數(shù)或此讀數(shù)對(duì)時(shí)間的變化評(píng)定混凝土的吸水性，并稱(chēng)滲透性26。該法只能測(cè)量混凝土面層的吸水性，并不能反映混凝土基體的性質(zhì)；另外對(duì)高性能混凝土而言，由于通常吸水量很小，難以分辨或評(píng)價(jià)其滲透性。圖2-1表面吸水法滲透性試驗(yàn)Fig. 2-1 Initial surface absorption test2.1.3 透氣法透氣法測(cè)量混凝土滲透性的形式也很多27-29，僅以圖2-2 27說(shuō)明透氣法的試驗(yàn)原理。試驗(yàn)前將試件烘干至恒重，試驗(yàn)時(shí)（1）將氣室抽空或注入氣體至一定壓強(qiáng)P1，記下時(shí)間t1；（2）當(dāng)壓強(qiáng)變?yōu)镻2（自定）時(shí)讀時(shí)間t2，或者當(dāng)t2=t1+t（自定，如取t=120秒）讀P2；（3）重復(fù)以上（1）（2）步，直至壓強(qiáng)變化率為恒定時(shí)，以此計(jì)算混凝土的滲透系數(shù)。該法的優(yōu)點(diǎn)是快而方便；缺點(diǎn)為受干燥溫度影響較大，同時(shí)干燥與混凝土的實(shí)際工作狀態(tài)相差較遠(yuǎn)。因?yàn)榛炷镣ǔ：?，該水包括自由水，吸附水，層間水，結(jié)晶水及結(jié)構(gòu)水，它們的活性不同且與混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成有關(guān)。干燥溫度太低時(shí)，需干燥時(shí)間長(zhǎng)且難以達(dá)到除盡自由水和吸附水的目的；溫度太高時(shí)，失去層間水以至結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水，使混凝土破壞，試驗(yàn)結(jié)果失真。并且，據(jù)Cabrera27稱(chēng)，對(duì)摻硅粉混凝土的滲透性試驗(yàn)，以該方法和其它方法（如透水法，氯離子滲透法等）獲得的試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有可比性（有時(shí)高出10倍之多），說(shuō)明該法不適合用于摻硅粉的混凝土滲透性試驗(yàn)。圖2-2一種透氣法滲透性試驗(yàn)Fig. 2-2 A new gas meter for measuring the permeability2.2 電參數(shù)法 電參數(shù)法是指通過(guò)各種試驗(yàn)方法測(cè)量混凝土材料在不同飽和溶液條件下的電阻（或電導(dǎo)）、電導(dǎo)率、通電量以及極限（或擊穿）電壓等電參數(shù)，并以此來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的滲透性。2.2.1 直流電量法該法是由Whiting30研究提出的，后來(lái)先后被美國(guó)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)AASHTO T277-8331和ASTM C1202-9132所采用，是目前國(guó)際應(yīng)上用最為廣泛的試驗(yàn)方法。它是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)定通過(guò)混凝土的電量高低來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的滲透性。這種方法也存在著明顯的缺點(diǎn)，受到越來(lái)越多的批評(píng)。例如，由于施加60V的高電壓而產(chǎn)生極化反應(yīng)，使溶液溫度升高，影響試驗(yàn)結(jié)果；試驗(yàn)結(jié)果受到孔溶液化學(xué)成分的影響，等等。如果降低試驗(yàn)電壓，又會(huì)大大延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)采用的混凝土滲透性試驗(yàn)方法（ASTM C1202-94）如下： （1）試驗(yàn)?zāi)康?定量評(píng)價(jià)混凝土抗氯離子滲透的能力，為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工以及質(zhì)量檢測(cè)提供基本參數(shù)。（2）適用范圍本試驗(yàn)方法以電量指標(biāo)來(lái)快速測(cè)定混凝土的滲透性，為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工以及質(zhì)量檢測(cè)提供基本參數(shù)。適用于直徑為952mm，厚度為513mm的素混凝土試件或芯樣。本試驗(yàn)方法不適用于摻亞硝酸鈣的混凝土。對(duì)于摻其它外加劑或表面處理過(guò)的混凝土，當(dāng)有疑問(wèn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行氯化物溶液的長(zhǎng)期浸泡試驗(yàn)。（3）試驗(yàn)基本原理 在直流電壓作用下，氯離子能通過(guò)混凝土試件向正極方向移動(dòng)，以測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)混凝土的電荷量反映混凝土抵抗氯離子滲透的能力。（4）試驗(yàn)設(shè)備及材料圖2-3 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.2-3 Experimental arrangement for ASTM C1202-941-直流穩(wěn)壓電源；2-試驗(yàn)槽；3-銅網(wǎng)；4-混凝土試件；5-3.0%NaCl溶液；6-0.3mol NaOH溶液；7-1標(biāo)準(zhǔn)電阻；8-直流數(shù)字式電壓表圖2-4試驗(yàn)槽結(jié)構(gòu)圖Fig. 2-4 Specimen cell for ASTM C1202-94 試驗(yàn)裝置如圖2-3。 直流穩(wěn)壓電源，可輸出60V直流電壓，精度0.1V。 塑料或有機(jī)玻璃試驗(yàn)槽，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖2-4所示。 銅網(wǎng)孔徑為0.95mm（64孔/cm2）。 1標(biāo)準(zhǔn)電阻，精度1.0；直流數(shù)字電壓表，精度1.0。 真空泵，真空度可達(dá)133Pa以下。 真空干燥器，內(nèi)徑大于250mm。 分析純?cè)噭┡渲频?.0%NaCl溶液。 用純?cè)噭┡渲频?.3molNaOH溶液。 硅橡膠或樹(shù)脂密封材料。（5）試驗(yàn)步驟 制作直徑為95mm，厚度為51mm的混凝土試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d或90d，試驗(yàn)時(shí)以三塊試件為一組。試件在實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)中鉆取時(shí)，應(yīng)由混凝土芯樣表面向內(nèi)切割513mm試件，如表面有涂料等表面處理應(yīng)以切除，試樣內(nèi)不得含有鋼筋。試樣移送試驗(yàn)室時(shí)要避免凍傷或其它物理破壞。 將試件暴露于空氣中至表面干燥，以硅橡膠或樹(shù)脂密封材料涂刷試件圓柱表面，必要時(shí)填補(bǔ)涂層中的孔洞以保證試件圓柱側(cè)面完全密封。 測(cè)試前應(yīng)進(jìn)行真空飽水。將試件放入真空干燥器中，啟動(dòng)真空泵，數(shù)分鐘后真空度達(dá)133Pa以下，保持真空3h后，維持這一真空度注入足夠的蒸餾水，直至淹沒(méi)試件，試件浸沒(méi)1h后恢復(fù)常壓，再繼續(xù)浸泡182h。 從水中取出試件，擦去多余水分，將試件安裝于試驗(yàn)槽內(nèi)，用橡膠密封環(huán)或其它密封膠密封（可用螺桿將兩試驗(yàn)槽和試件夾緊），以確保不會(huì)滲漏，然后將試驗(yàn)裝置放在2023的流動(dòng)冷水槽中，水面宜低于裝置頂面5mm，試驗(yàn)應(yīng)在2025恒溫室內(nèi)進(jìn)行。 將濃度為3.0%NaCl溶液和0.3mol/L的NaOH溶液分別注入試件兩側(cè)的試驗(yàn)槽中，注入NaCl溶液的試驗(yàn)槽內(nèi)銅網(wǎng)連接電源負(fù)極，注入NaOH溶液的試驗(yàn)槽中銅網(wǎng)連接電源正極。 接通電源，對(duì)上述兩銅網(wǎng)施加60V直流恒電壓，并記錄電流初始讀數(shù)I0，通電并保持試驗(yàn)槽中充滿(mǎn)溶液。開(kāi)始時(shí)每隔5min記錄一次電流值，當(dāng)電流值變化不大時(shí)，每隔10min記錄一次電流值，當(dāng)電流變化很小時(shí)，每隔30min記錄一次電流值，直至通電6h。 試驗(yàn)后排除試驗(yàn)溶液，試驗(yàn)槽仔細(xì)用飲用水和洗滌劑沖洗60s，最后用蒸餾水洗凈并電吹風(fēng)（用冷風(fēng)檔）吹干。（6）試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算 繪制電流與時(shí)間的關(guān)系圖。將各點(diǎn)數(shù)據(jù)以光滑曲線(xiàn)連接起來(lái)，對(duì)曲線(xiàn)作面積積分，或按梯形法進(jìn)行面積積分，即可得試驗(yàn)6h通過(guò)的電量。當(dāng)試件直徑不等于95mm時(shí)，所得電量應(yīng)按截面面積比的正比關(guān)系換算成直徑為95mm的標(biāo)準(zhǔn)值。 取同組三個(gè)試件通過(guò)的電量平均值作為該組試件的通電量來(lái)評(píng)定混凝土抗氯離子滲透性。如果某一個(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)結(jié)果無(wú)效。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2-1。表2-1混凝土通過(guò)的電量與氯離子滲透性Table 2-1 Standard for assessing concrete permeability通過(guò)的電量(庫(kù)侖)氯離子滲透性4000高2000-4000中1000-2000低100-1000非常低100可忽略2.2.2 用交流電測(cè)量混凝土電阻（電參數(shù)）文獻(xiàn)33對(duì)該方法做了詳細(xì)介紹?；炷翆?dǎo)電有三種途徑：a.通過(guò)骨料，b.通過(guò)漿體，c.相繼通過(guò)骨料和漿體。對(duì)于早齡期的混凝土，容抗在總阻抗中占有不可忽視的比率。但對(duì)于用通電的方法測(cè)量混凝土滲透性，混凝土的齡期一般至少要在28d以上，計(jì)算總阻抗時(shí)容抗則完全可以忽略。在混凝土中，由于一般骨料比漿體的導(dǎo)電性低的多，混凝土導(dǎo)電主要通過(guò)漿體，混凝土的導(dǎo)電性主要取決于混凝土的漿/骨比。但是混凝土的導(dǎo)電性與其漿骨比之間并無(wú)簡(jiǎn)單的關(guān)系存在。因?yàn)楫?dāng)骨料增加時(shí)，一方面降低了混凝土的導(dǎo)電組分漿體，另一方面又增加了界面區(qū)域含量，界面區(qū)中孔隙率高而且孔易連通，即增加了混凝土的導(dǎo)電通道。實(shí)際上，混凝土導(dǎo)電是由于其中的骨料、漿體和界面區(qū)中含有孔隙，并且孔隙中存在含有離子的毛細(xì)孔水和膠孔水。一般認(rèn)為，當(dāng)將孔溶液的化學(xué)成分作為常量考慮時(shí)，混凝土的導(dǎo)電性可以反映其內(nèi)部孔隙情況34,35。 美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)推薦的混凝土氯離子滲透性試驗(yàn)方法（ASTM C1202）存在的問(wèn)題之一是試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，且長(zhǎng)時(shí)間直流電壓作用下溶液溫度升高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)受到干擾。用交流電測(cè)量混凝土滲透性試驗(yàn)方法改進(jìn)了美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)推薦的混凝土氯離子滲透性試驗(yàn)方法（ASTM C1202），并克服了后者的許多缺點(diǎn)。但兩種試驗(yàn)結(jié)果有很好的相關(guān)關(guān)系33,36，如圖2-5所示，相關(guān)系數(shù)為0.9867，即兩種試驗(yàn)方法可以相互取代。圖2-5 交流電導(dǎo)與ASTM C1202電量的關(guān)系Fig. 2-5 Relationship between conductivity and the number of coulombs2.2.3 飽鹽混凝土電導(dǎo)率法文獻(xiàn)37,38詳細(xì)介紹了該方法。導(dǎo)體的電導(dǎo)與截面積成正比，與長(zhǎng)度成反比，即，式中比例系數(shù)稱(chēng)為電導(dǎo)率，電導(dǎo)率的單位為Sm1。如果把混凝土看成是固體電解質(zhì)，則帶電粒子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)與其偏電導(dǎo)有關(guān)。該關(guān)系即Nernst-Einstein方程，見(jiàn)式（2-1）： （2-1）式中：粒子的擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s；氣體常數(shù)，為8.314J/(molK)；絕對(duì)溫度，K；粒子的偏電導(dǎo)，S/m；粒子的電荷數(shù)或價(jià)數(shù)；Faraday常數(shù)，為96500C/mol；粒子的濃度，mol/cm3；如果已知粒子的偏電導(dǎo)和濃度，則粒子的擴(kuò)散系數(shù)可由Nernst-Einstein方程求出。偏電導(dǎo)如式（2-2）： （2-2）式中：混凝土的電導(dǎo)率；粒子的遷移數(shù)，其定義如式（2-3）： （2-3）式中：，粒子對(duì)所傳輸?shù)目傠娏亢涂傠娏鞯呢暙I(xiàn)。利用Nernst-Einstein方程確定某種離子的擴(kuò)散系數(shù)，必須知道這種離子的遷移數(shù)。這一般是比較困難的。一種較為簡(jiǎn)便的方法是使得此值最大限度的趨近1.0。例如，要想測(cè)定氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)，可以將混凝土充分飽鹽，假設(shè)氯離子的遷移數(shù)等于1.0，可認(rèn)為是孔溶液中氯離子的濃度，或是所用鹽溶液中氯離子濃度。與自然擴(kuò)散法不同的是，這種方法用真空抽吸的方法加速混凝土試件飽鹽。飽鹽混凝土電導(dǎo)率法標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法如下：（1）試驗(yàn)?zāi)康睦肗ernst-Einstein方程和NEL型混凝土快速真空飽水飽鹽裝置及混凝土滲透性電測(cè)儀檢測(cè)混凝土中的氯離子擴(kuò)散系數(shù)DNEL，對(duì)混凝土滲透性進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。為耐久混凝土的配合比設(shè)計(jì)和混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)提供依據(jù)。（2）檢測(cè)步驟 配制溶液：用分析純NaCl和蒸餾水?dāng)嚢枧渲?molL NaCl鹽溶液，靜停8h以上備用。 試樣制備：將待測(cè)混凝土試件（可為指定齡期的試件或鉆取的芯樣），切去表面層2cm以避免浮槳層的影響，然后切成100100 50mm 或F10050mm的試樣，上下表面應(yīng)平整；取其中三塊，用千分尺量取試樣中心厚度。 真空飽鹽：將5cm厚的混凝土試樣垂直碼放于NEL型混凝土快速真空飽鹽裝置的真空室中，試樣間應(yīng)留有間隙。密封真空室并開(kāi)動(dòng)真空泵和氣路開(kāi)關(guān)，在真空表顯示值小于-0.05 MPa的壓力下保持6h后，斷開(kāi)氣路，導(dǎo)入4molL的NaCl溶液至液位指示燈滅，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為止（從開(kāi)始抽真空時(shí)計(jì)）。每次飽鹽完畢，應(yīng)及時(shí)更換真空泵油（若用無(wú)油泵，需檢查工作狀態(tài)是否正常），并清洗真空室。 測(cè)量氯離子擴(kuò)散系數(shù)DNEL：擦去飽鹽試樣側(cè)面鹽水并置于試樣夾具中兩F50mm紫銅電極間（如果混凝土試樣表面略不平整，可在兩電極與試樣表面各加一浸有4molL NaCl的80目銅網(wǎng)），用NEL型混凝土滲透性電測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量，混凝土滲透性電測(cè)儀可自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，直接給出該混凝土試樣中氯離子擴(kuò)散系數(shù)DNEL值。 數(shù)據(jù)處理和混凝土滲透性評(píng)定：取偏差小于15%的三塊平行試樣的氯離子擴(kuò)散系數(shù)平均值作為該混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)值；若三塊平行試樣的測(cè)定值與平均值的偏差均超過(guò)15%，則需重新進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)表2-2對(duì)混凝土滲透性進(jìn)行分級(jí)。表2-2 混凝土滲透性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2-2 Standard for assessing concrete permeability氯離子擴(kuò)散系數(shù)DNEL (10-14 m2/s)混凝土滲透性等級(jí)混凝土滲透性評(píng)價(jià)1000很高5001000高100500中50100低1050很低10極低注：當(dāng)氯離子擴(kuò)散系數(shù)DNEL恰好為兩等級(jí)的邊界值時(shí)，取上一等級(jí)。2.2.4 極限電壓法 極限電壓法與電導(dǎo)率法相似，將不同混凝土的對(duì)比基礎(chǔ)設(shè)定為混凝土開(kāi)孔中無(wú)水分。然后將混凝土看成是絕緣介質(zhì)，進(jìn)行電擊穿試驗(yàn)，或是設(shè)定一極限電流，測(cè)定極限電壓，從而評(píng)價(jià)混凝土的滲透性。該方法只適用于混凝土滲透性的相對(duì)比較。2.3 離子擴(kuò)散系數(shù)法 擴(kuò)散是一種由運(yùn)動(dòng)引起的物質(zhì)傳遞過(guò)程。若離子在介質(zhì)中分布不均勻并存在濃度梯度時(shí)，則介質(zhì)中將產(chǎn)生使?jié)舛融呌诰鶆虻亩ㄏ驍U(kuò)散流。德國(guó)學(xué)者菲克（Fick）對(duì)于這種擴(kuò)散過(guò)程做了定量描述，分別提出了菲克第一定律和菲克第二定律39。某種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)（或是擴(kuò)散性）不僅反映第一種物質(zhì)本身的特性，同時(shí)也包含了第二種物質(zhì)的一些信息。與材料的滲透性相似，一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)也與第二種物質(zhì)的孔隙率和材料組成有關(guān)；一般地，第二種物質(zhì)的孔隙率越大，第一種物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)越大。因此，侵蝕性介質(zhì)在混凝土中擴(kuò)散系數(shù)的大小可以很好反映混凝土滲透性的高低。一些陽(yáng)離子由于電斥力的作用，擴(kuò)散在離開(kāi)表面處進(jìn)行，而氯離子親和力較大，可在表面附近擴(kuò)散，因此易于擴(kuò)散至2nm以下的孔中，故而常用氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)混凝土滲透性。2.3.1 氯離子自然擴(kuò)散試驗(yàn)自然擴(kuò)散試驗(yàn)也叫自然浸泡試驗(yàn)，是先將混凝土長(zhǎng)時(shí)間的浸泡于含氯的鹽水中，再通過(guò)化學(xué)分析的方法得到氯離子濃度與擴(kuò)散距離的關(guān)系，然后利用菲克第二定律計(jì)算出氯離子的擴(kuò)散系數(shù)。菲克第二定律如式（2-4）： （2-4）式中：粒子的擴(kuò)散系數(shù)；距離；時(shí)間。利用邊界條件解得如式（2-5）： （2-5）式中：時(shí)刻距離表面處的粒子濃度； 粒子在0處的初始濃度。當(dāng)混凝土試件浸泡在含氯的鹽溶液中，在與氯鹽溶液接觸的一面，氯離子由于濃度差開(kāi)始從表面向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，直至透過(guò)混凝土試件，擴(kuò)散至另一側(cè)溶液中，氯離子濃度沿混凝土試件厚度方向隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖2-640。氯離子透過(guò)混凝土試件之前的階段叫做非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。當(dāng)氯離子透過(guò)混凝土試件，擴(kuò)散相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，叫做穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。圖2-6 穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散氯離子濃度沿混凝土試件厚度方向隨時(shí)間變化情況Fig. 2-6 Stable chloride diffusion and unstable chloride diffusion兩種試驗(yàn)方法的主要區(qū)別在于，在測(cè)定氯離子濃度和擴(kuò)散距離的關(guān)系時(shí)，采用的方法不同。非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散試驗(yàn)是在浸泡一定時(shí)間后，沿混凝土試件暴露于鹽溶液的側(cè)面向內(nèi)逐層切片、磨粉，分析不同深度內(nèi)氯離子含量，進(jìn)而計(jì)算氯離子濃度和擴(kuò)散距離的關(guān)系；穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是在擴(kuò)散穩(wěn)定后，測(cè)定擴(kuò)散下游溶液中的氯離子濃度，進(jìn)而計(jì)算氯離子濃度和擴(kuò)散距離的關(guān)系。對(duì)于氯離子濃度的測(cè)定，目前常用的方法主要有滴定法、感性電極法和離子色譜法41-44。自然擴(kuò)散試驗(yàn)是確定離子在混凝土中擴(kuò)散系數(shù)的最常用方法，比較接近實(shí)際情況，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力。（1） 非穩(wěn)態(tài)自然擴(kuò)散試驗(yàn)（鹽溶液長(zhǎng)期浸泡法）1981年以前，美國(guó)測(cè)試混凝土中氯離子擴(kuò)散主要采用改方法。即美國(guó)最早的氯離子擴(kuò)散試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法AASHTO T259（鹽溶液浸泡試驗(yàn)）45-47。后來(lái)歐洲在此基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)，并制定了Nord Test，NT Build 443-94氯離子擴(kuò)散試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)48。由圖2-7可以看出美國(guó)和歐洲在氯離子擴(kuò)散長(zhǎng)期浸泡試驗(yàn)方法有所不同，最明顯的不同是對(duì)試件的處理，美國(guó)AASHTO T259標(biāo)準(zhǔn)中的試件留下兩個(gè)相對(duì)暴露面，Nord Test，NT Build443-94試驗(yàn)中試件只留一個(gè)相對(duì)暴露面；其次是暴露環(huán)境。雖然如此，兩種浸泡試驗(yàn)中混凝土的浸泡時(shí)間幾乎一致，即普通混凝土在氯化鈉溶液中35d，對(duì)高強(qiáng)、高性能混凝土，浸泡時(shí)間為90d或更長(zhǎng)。圖2-7 AASHTO T259試驗(yàn)與Nord Test試驗(yàn)對(duì)比圖Fig.2-7 AASHTO T259 and Nord Test（2） 穩(wěn)態(tài)自然擴(kuò)散試驗(yàn)（擴(kuò)散室法）穩(wěn)態(tài)自然擴(kuò)散試驗(yàn)也叫擴(kuò)散室法（Diffusion Cell Test），試驗(yàn)裝置示意如圖2-8。左右兩室內(nèi)的氫氧化鈣飽和溶液是模擬混凝土內(nèi)部孔溶液環(huán)境。氯離子濃度和試件尺寸可以根據(jù)要求適當(dāng)調(diào)整，試驗(yàn)方法詳見(jiàn)第6章。根據(jù)菲克第一定律，氯離子擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算如試（2-6）49： （2-6）式中： 為氯離子擴(kuò)散系數(shù)； 達(dá)到穩(wěn)定擴(kuò)散后，下游室內(nèi)氯離子濃度隨時(shí)間的變化率； 下游室內(nèi)溶液體積； 試件厚度；上游室內(nèi)氯離子初始濃度；試件與溶液接觸的面積。 圖2-8 擴(kuò)散室試驗(yàn)裝置示意圖Fig. 2-8 Experimental diffusion cell2.3.2 氯離子電遷移試驗(yàn)離子在電場(chǎng)作用下進(jìn)行的定向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為電遷移，當(dāng)電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在外電場(chǎng)的作用下正離子向陰極方面遷移，負(fù)離子向陽(yáng)極方面遷移，共同承擔(dān)導(dǎo)電的作用。氯離子電遷移試驗(yàn)是先通過(guò)電場(chǎng)來(lái)加速氯離子在混凝土中的遷移（相對(duì)氯離子自然擴(kuò)散試驗(yàn)，大大縮短了氯離子傳輸時(shí)間），然后結(jié)合化學(xué)分析，通過(guò)測(cè)定氯離子濃度距離時(shí)間曲線(xiàn)，利用描述電遷移過(guò)程的NernstPlank方程來(lái)確定氯離子擴(kuò)散系數(shù)。假定外加電場(chǎng)是恒定的，且試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有對(duì)流產(chǎn)生，氯離子遷移的NernstPlank方程如式（2-7）： （2-7）式中：氯離子流量；氯離子擴(kuò)散系數(shù)；氯離子濃度；距離；Faraday常數(shù)；外加電壓；通用氣體常數(shù)；絕對(duì)溫度。（1） 穩(wěn)態(tài)電遷移試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)電遷移試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置與擴(kuò)散室試驗(yàn)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，其不同點(diǎn)在于兩室內(nèi)都有電極，試驗(yàn)裝置示意如圖2-9。擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算如式（2-8）： （2-8）式中：氯離子擴(kuò)散系數(shù)；通用氣體常數(shù)；氯離子化合價(jià)；Faraday常數(shù)；外加電壓； 達(dá)到穩(wěn)定擴(kuò)散后，下游室內(nèi)氯離子濃度隨時(shí)間的變化率； 下游室內(nèi)溶液體積；上游室內(nèi)氯離子初始濃度；試件與溶液接觸的面積。圖2-9穩(wěn)態(tài)電遷移試驗(yàn)裝置示意圖Fig. 2-9 Experimental migration cell（2） 非穩(wěn)態(tài)電遷移試驗(yàn)對(duì)于非穩(wěn)態(tài)電遷移試驗(yàn)，擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算如式（2-9）： （2-9）式中：氯離子滲透深度。 計(jì)算如式（2-10）： （2-10）式中：上游室內(nèi)氯離子初始濃度；顏色變化區(qū)氯離子濃度；誤差函數(shù)的倒數(shù)。按照德國(guó)Aachen工業(yè)大學(xué)土木工程研究所（ibac）采用的氯離子電遷移快速試驗(yàn)方法ibac test27，測(cè)定混凝土中氯離子非穩(wěn)態(tài)快速遷移的擴(kuò)散系數(shù)。試驗(yàn)方法詳見(jiàn)第4章。氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測(cè)定的RCM方法最早由唐路平提出（CTH法）50-54，后被定為北歐標(biāo)準(zhǔn)（NT Build 492）55,56。ibac-test27采用的RCM法也是以此為依據(jù)，但在某些細(xì)節(jié)上有差別，如前者的試件在試驗(yàn)前要用飽和石灰水作真空飽水預(yù)處理，而后者則用超聲?。磺罢叩脑嚰糜谠囼?yàn)槽內(nèi)的傾角為32o，而后者為22o，且試驗(yàn)時(shí)采用的陰、陽(yáng)極電解溶液也有所不同。這些差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響尚待進(jìn)一步研究，國(guó)外已有對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為兩種方法無(wú)明顯差別，特別當(dāng)傾角在2032變化時(shí)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響可以忽略57,58。RCM方法一般用于實(shí)驗(yàn)室濕養(yǎng)護(hù)的試件，如果試件經(jīng)過(guò)干燥或取自干燥的混凝土構(gòu)件，是否必須先作真空飽水處理或者只需用超聲浴，宜通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)確定。ibac-test為歐盟資助的有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的聯(lián)合研究項(xiàng)目DuraCrete所采用，作為一種快速測(cè)定氯離子擴(kuò)散系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，也已被確定為瑞士標(biāo)準(zhǔn)SIA262/159。2.3.3 多介質(zhì)理論因?yàn)榄h(huán)境中除含有氯離子以外，還存在許多其它的可溶性離子，當(dāng)氯離子在混凝土中擴(kuò)散或遷移時(shí)，其它離子也在混凝土中擴(kuò)散或遷移。同時(shí)，由于混凝土內(nèi)Ca(OH)2的溶解和CSH凝膠的脫鈣作用60，Ca2，OH等離子會(huì)溶解到溶液中，如離子擴(kuò)散與遷移示意圖2-102-1240所示。因此，忽略多種離子的相互影響會(huì)造成很大的理論分析誤差。盡管多介質(zhì)理論比較復(fù)雜，目前還并不完善，但是使用多介質(zhì)理論來(lái)描述氯離子在混凝土中的擴(kuò)散或遷移已經(jīng)受到了一定的關(guān)注。圖2-10 擴(kuò)散過(guò)程示意圖Fig. 2-10 Theoretical process of diffusion圖2-11 電遷移過(guò)程示意圖Fig. 2-11 Theore