浅论氯离子渗透试验方法
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图1 ASTM C 1202实验装置示意图
浅论氯离子渗透试验方法
高春勇1 白杰1 吴浩1 王帅 （1.中国建筑材料科学研究总院，北京 100024；2.北京城乡中昊建设有限责任公司，北京 100075 ）
[摘 要] 本文对目前最常用的三种混凝土氯离子渗透试验方法 ASTM C1202、NEL 法和 RCM 法进行讨论，并 分析了各自的优缺点。
[关键词] 氯离子渗透试验方法 ASTM C1202 NEL 法 RCM 法 [Abstract] The paper study on three test methods of resistance of concrete to chloride ion penetration, analyze merits and shortcomings of every one test method。
[keywords] Method of Test for Resistance of Concrete to Chloride Ion Penetration， ASTM C1202，test method
of NEL，test method of RCM
[中图分类号] TU528.0 [文献标识码] A [文章编号] 2009-04-0001-03
混凝土的抗氯离子渗透性能是混凝土耐久性 研究的重要方面， 长期以来国内外对此进行了多
方面的研究，形成了多种方法和试验设备，但各方
法的试验原理和适用范围有些差异， 本文主要针
对目前最常用的三种试验方法 ASTM C1202、NEL
法和 RCM 法进行讨论。
1 ASTMC1202（AASHTO T277）标准试验方法
氯离子渗透最初的试验方法为在盐溶液中长 期浸泡，一般为半年左右，根据浸泡后氯离子的渗
透深度来判定抗氯离子渗透性能的好坏。 由于长
期浸泡试验所需的时间长， 因此人们一直在努力
寻求一种快速测定氯离子渗透试验方法。 1981 年
Whiting 发明了用直流电加速氯离子扩散的 试 验 方法， 设计原理是溶液中的离子在外加直流电场
作用下加速在混凝土中的渗透。
由于这种试验方法大大缩短了试验的持续时 间， 在试验室内具有重复使用性， 该试验方法于 1983 年被美国公路运输局定为标准试验方法，即
AASHTO T277， 紧接着又被美国试验与材料协会
ASTM 选定为标准试验方法，即 ASTM C1202。 试
验装置见图 1。
ASTMC1202（AASHTO T277）试验的具体方法： 50mm 厚，100mm 直径的混凝土试件在真空条件下 进行饱水，饱水后的混凝土试件夹在两个水槽之间， 水槽所用溶液分别为 3.0%NaCl 和 0.3MNaOH， 在
60V 的外加电场下，持续通电 6h 后测定通过混凝土 试件的总电量，具体的计算公式为：
Q=900［I0+2（I30+I60+……+I300+I330)+I360］。 Q：通过的总电量。 I0、I30、… I330、I360： 分 别 为 每 隔 30min 所 测 得 的 电流。
它是在规定时间内测定通过混凝土的电量高
低来判断混凝土的抗氯离子渗透能力，见表 1。
这个方法也被我国的许多行业标准所选用 ， 作为混凝土耐久性的一个重要指标， 在我国这个
方法常被称为“混凝土电通量快速测定方法”。 但
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表 1 混凝土 6 小时通过的电量与氯离子渗透性关系 通过的电量（库伦） 氯离子渗透性 < 4000 高 2000~4000 中等 1000~2000 低 100~1000 很低 < 100 不渗透 这个方法是在外加 60V 的电场作用下， 最后的指
标用测得的电流通过计算而得， 所以在使用这个
方法的时候， 在混凝土中加入一些能影响所测电
流的物质， 都会使最终结果和实际情况有较大的 出入。 混凝土中加入一些无机盐类的外加剂，如早
强剂、防冻剂等，所测得的电通量就会很大，单凭
电通量这个指标来判定， 这类混凝土的氯离子渗
透性能肯定是很差。 但在实际的使用环境中，这样
的混凝土的氯离子渗透的速度并不见得比其他未 掺这些无机盐类的外加剂快。 另一种情况是在混
凝土中加入了树脂类的有机物或在测试表面用树 脂类的有机物处理过， 因为这类物质不导电或导 电性能很差，所以会导致测得的电通量会很小，测
试结果和实际情况偏离很大。 所以在遇到以上的
二种情况， 应该采用氯化物溶液长期浸渍的试验
作为判定，或者选用其他试验方法判定。 ASTMC1202 方法比较直观地反映了混凝土中 氯离子的渗透性， 到目前为止在世界范围内被普
遍应用于混凝土的氯离子渗透性试验。 由于通过
混凝土试件的电量除了和氯离子有关， 与混凝土
孔溶液中存在的所有的离子也有关系， 所以孔溶
液组成及孔溶液中的离子浓度对测得的结果有较 大的影响。 由于电压较高，电极作用会引起试样的
温度升高和其他变化(物理变化和化学变化)，使测
试结果不同程度受到影响。 同时电压值较高，测试
时间长，作为介质的溶液和试件本身有温升现象， 消耗一部分电量，影响测试的准确性。 但作为一种 快速测定混凝土氯离子渗透性的试验方法， 从我
们长期试验结果分析，在绝大多数的情况下，该方
法还是能较好的定性说明不同混凝土氯离子渗透 性能的差别。 为了减少胶凝材料种类 （混凝土孔溶液化学
性质）对氯离子渗透性能测试结果的影响，澳大利 亚标准委员会 CSIRO 提出了 改 进 的 ASTMC1202
方法：对一组试样进行试验，即为同一批成型、养
护的试样或试样取自同一圆柱混凝土试块， 一个
试样按 ASTMC1202 方法进行试验，以通过的电量
（记作 TCPS）作为评价指标；一个试样在测试时， 两个样品室都使用养护水做电解质， 养护水是指 用于浸泡试样的水 ， 这 时 通 过的总电量记作 TCPW，TCPW 要小于 TCPS。 试样的制备和测试方
法按 ASTMC1202 进行。 把两个测试结果的差值， 即 TCPS -TCPW （ 代 替 ASTMC1202 方 法 中 的 TCPS），作为对混凝土的评价指标。
可以看出，参照值（即 TCPW）的引入是通过用 养护水作补充试验来进行的，TCPW 表征了混凝土
试样的本身特性，它同时反映了（但不完全反映） 加速电子迁移试验过程中的一些影响， 由于电极
作用会引起试样的温度升高和其他变化 （物理变 化和化学变化），也就说，TCPW 可作为通过电量的
基准值，它与胶凝材料的组成有关。
2 清华大学NEL法
清华大学路新瀛基于离子扩散和电迁移提出 的实验方法。 与自然法不同的是，这种方法用真空
抽吸的方法加速混凝土试件饱盐。 该方法有如下
特点[1]：
● 基于混凝土的渗透性可通过氯离子扩散系 数的大小来评价，而氯离子扩散系数的确定可以利
用 Nernst-Einstein 方程转变为混凝土电导率的测 量， 将氯离子渗透性的评定转变成对高浓度氯盐
（一般用 NaCl）饱和后的混凝土的电导率的测量； ● 当混凝土用 4mol/l 的 NaCl 溶液在真空条 件下饱盐后，施加的电压可以足够低，从而消除由
高电压引起的不良影响， 在实际检测过程中，NEL
法的检测电压为 2V～8V 的交流电压； ● 当混凝土饱盐后， 可消除氯离子与水泥水
化产物之间的反应对实验结果的不良影响， 实验 结果反映的完全是自由离子的传输行为；
● 消除了其他实验方法中吸附过程对实验结 果的不良影响；
● 所需测量时间很短，饱盐完成后，在 15min
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图2 NEL法实验装置示意图
图3 RCM法实验装置示意图
内就能得到测试结果。 即使是对于高强混凝土也
是如此； ● 由于离子扩散系数与浓度无关， 因此可以 使用高浓度盐溶液对混凝土进行饱盐， 从而提高
测量精度。
表 2 NEL 法测试的数据与混凝土的氯离子渗透性的关系
氯离子扩散系数（10-14m2/s） 氯离子渗透性 >1000 Ⅰ（很高） 500～1000 Ⅱ（高） 100～500 Ⅲ（中） 50～100 Ⅳ（低） 10～50 Ⅴ（很低） 5～10 Ⅵ（极低） <5 Ⅶ（可忽略）
NEL 法测定氯离子在混凝土中的扩散系数 ， 了德国亚琛工业大学土木工程研究所对这一方法
细节做出局部修改后的方法，如图 3。
迁移装置中所用试件尺寸为直径 100mm，厚度
为 50mm。 所用的外加电压为 30V。 达到规定的试
验时间后，试件被取出并剖开，用硝酸银滴定法确 定氯离子扩散深度。 混凝土氯离子扩散系数按以
下公式计算：
DRCM.0=2.872×10-6 Th(Xd-α 姨Xd ） t α=3.338×10-3 姨Th
DRCM, 0 — RCM 法测定的混凝土氯离子扩散系数（m2/s）； T — 阳极电解液初始和最终温度的平均值（K）； h — 试件高度（m）； Xd — 氯离子扩散深度（m）； t — 通电试验时间（s）； a — 辅助变量。 表 3 初始电流与试验时间的关系
从氯离子在混凝土中的扩散速度的角度反映混凝 初始电流 I0/mA 应选定的通电 试验时间/h 初始电流 I0/mA 应选定的通电 试验时间/h 土抗氯离子渗透的能力， 用饱盐混凝土的电导率
来确定混凝土中的氯离子扩散系数， 从而评价混
凝土渗透性的优劣。 此技术的创新之处是巧妙地 解决了能斯特－爱因斯坦方程中离子迁移系数难
以确定的问题。 另外，测试结果可转化为自由和表
观氯离子扩散系数值， 对于预测含氯环境中钢筋
混凝土的使用寿命十分有用。
3 RCM混凝土氯离子扩散系数快速测定方法
Tang and Nilsson[1991]设计一种经过改装的，
更方便的迁移装置。 我国现在引用的 RCM 法是按
照唐路平提出的氯离子电迁移快速试验方法测定 混凝土中氯离子非稳态迁移的扩散系数， 并参考 I0<5 168 30≤I0<60 24 5≤I0<10 96 60≤I0<120 8 10≤I0<30 48 120≤I04 RCM 试验虽然简便， 但并没有从根本上解决
快速氯离子渗透试验中存在的问题。
4 三种方法的比较
4.1 三种试验方法的试验原理有所差异， 试验结 果之间也有差异，所以在试验过程中应注意，三种
试验方法所测得的试验结果并不能相互转换，只 能作相互参考之用； 4.2 三种方法 中 ASTMC1202 在国际上应用最为 广泛；NEL 法克服了 ASTMC1202 (下转第 12 页）
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