基于可传输氯离子浓度分布的混凝土中氯离子迁移特性的表征方法

Chloride ions in pores of concrete and diffusion layer of electrical double layer in the pores are called as transportable chloride ions. It can characterize chloride ion migration in concrete more accurately based on distribution of transportable chloride ions. At present, free and total chloride ion concentrations are used for characterization of chloride migration in concrete by most widely used characterizing methods for migration of chloride ion in concrete, NT Build 492 and 443, respectively, which will produce bias of evaluation of chloride ion migration in concrete. In this project, transportable chloride ion concentration will be calculated based on an electrical double layer model and solution of key problem on dispersion effect and dielectric amplification in AC impedance spectroscope of concrete and measurement of OHP potential etc. Relationships among transportable chloride ions and free and acid soluble chloride ions will be established. Based on NT Build 492 and 443, transportable chloride ion migration coefficient, free chloride ion migration coefficient and acid soluble chloride ion mirgation coefficient will be characterized and difference among the three types of migration coefficient be compared. Characterizing method for chloride ion migration in concrete based on transportable chloride ion distribution will be established. Results can more accurately characterize chloride ion migration in concrete and thus durability of concrete exposed to chloride salt environment. Additionally, results can be beneficial for understanding of physically binding of chloride ions in concrete in theory.

混凝土孔隙中自由氯离子及吸附双电层的扩散层中氯离子被称为可传输离子。基于可传输氯离子浓度分布能更精确地表征混凝土中氯离子迁移。目前使用最广泛的氯离子迁移表征方法NT Build 492和443分别采用自由和总氯离子浓度计算氯离子迁移系数，评估混凝土中氯离子迁移时会产生偏差。本项目拟基于吸附双电层模型计算混凝土中可传输氯离子浓度公式，基于解决混凝土交流阻抗谱弥散、介电常数放大现象及OHP电位测量等关键问题，计算出可传输氯离子浓度分布，建立可传输氯离子与自由、酸溶性氯离子浓度的关系。基于NT Build 492和443表征出混凝土中可传输氯离子、酸溶及自由氯离子的迁移系数，评估三种氯离子迁移系数的差异，建立基于可传输氯离子浓度分布表征混凝土中氯离子迁移的方法。研究结果可更准确地表征混凝土中氯离子迁移及预测氯盐环境下混凝土的耐久性，还有助于在理论上理解混凝土中氯离子物理吸附状态的变化。

钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构破坏的最主要原因，而钢筋混凝土中钢筋锈蚀的诱因大多数源于氯离子侵蚀。因此氯离子在混凝土中的迁移评价方法十分重要。已有多种方法被用于评价混凝土中氯离子迁移。然而，广泛应用的NT Build492 和 NT Build443 方法在求取氯离子迁移系数时分别采用的是自由氯离子和总氯离子浓度分布。理论上，采用可传输氯离子浓度（自由氯离子+扩散层中氯离子浓度）才能客观衡量混凝土中氯离子迁移。本项目将可传输氯离子浓度分布用于 NT Build 443 和 NT Build 492 来表征混凝土中氯离子迁移系数，能够更科学地表征出氯离子在混凝土中的迁移特性及氯盐环境下的混凝土耐久性。项目取得的重要进展如下：.（1）为了精确计算可传输氯离子浓度，本研究对水泥基材料的介电常数的测试方法进行了深入研究，基于解决水泥基材料交流阻抗谱弥散与介电放大等关键科学问题及交流阻抗杂散阻抗校正技术与差分导纳极限法解析阻抗谱弥散的方法等关键技术，精确确定了水泥基材料中水的介电常数；.（2）提出了一种计算水泥基材料中可传输氯离子浓度的方法，发展了一种基于压滤液氯离子浓度反算双电层OHP电位的技术，明确了OHP电位正负机制取决于定位离子的种类与浓度。建立了可传输氯离子浓度与总氯离子浓度及自由氯离子浓度之间的关系；.（3）可传输氯离子电迁移系数Dnssm-tr.与自由氯离子电迁移系数Dnssm-f之间具有极好的线性相关性，比例为0.968。基于可传输氯离子浓度预测的服役寿命ttr.与基于自由氯离子浓度预测的服役寿命tf之间具有很好的线性相关性，二者的比例约为0.547。.（4）可传输氯离子扩散系数Dapp-tr.与总氯离子扩散系数Dapp-t之间具有极好的线性相关性，比例为0.532。基于可传输氯离子浓度预测的服役寿命ttr.与基于总氯离子浓度预测的寿命tt具有很好的相关性，二者的比例约为2.89。.综上所述，对比NT Build 492和NTBuild 443中采用的自由氯离子浓度分布与总氯离子浓度分布，基于可传输氯离子浓度分布表征混凝土中氯离子迁移系数和耐久性可能会引起显著的差异，需要审慎对待。