基于吸附机理的混凝土中自由氯离子浓度分布测量

混凝土中自由氯离子浓度分布是评估钢筋混凝土抗氯离子侵蚀性能的直接测量对象，测量方法至关重要。目前广泛使用的水萃取法与压滤法无法精确测量混凝土中自由氯离子浓度，水萃取法测量的包括解吸附的氯离子，压滤法测量时存在所谓的"氯离子浓缩"。此外，混凝土表面自由氯离子浓度无法直接测量。本项目建立氯离子吸附双电层模型，测试模型计算所需要的相关参数，同时测量化学吸附氯离子量的变化。基于物理吸附模型及化学吸附测量，计算不同试验条件下压滤孔溶液中氯离子浓度，精确压滤法测量时的理论与试验条件，研究水萃取法不同试验参数对动力学方程的影响，确定合理的水萃取法试验参数。基于模型和本体溶液的测量计算混凝土表面氯离子浓度。研究成果可以为精确测量混凝土中自由氯离子浓度分布与精确评估钢筋混凝土抗氯离子侵蚀性能提供理论和方法基础。混凝土表面氯离子浓度研究成果还可以应用在硝酸银显色法中，快速、精确测量混凝土中自由氯离子浓度分布。

据不完全统计，钢筋混凝土结构的破坏80%以上与钢筋锈蚀有关，而钢筋锈蚀绝大多数源于氯离子侵蚀。因此，衡量混凝土抗氯离子渗透性方法十分重要。而在很多衡量混凝土抗氯离子渗透性的方法中，自由氯离子浓度分布的测量方法极其关键。压滤法和水萃取法是应用最广泛的两种测量混凝土中氯离子浓度及其分布的方法。然而，这两种方法均存在测量结果波动范围大的缺点，为了精确这两种被广泛使用的方法，本项目基于氯离子吸附双电层模型计算测试结果，并进行系统的试验验证，从理论上和试验条件上完善了这两种方法。另外还基于表面氯离子浓度计算与实测值，研究了硝酸银显色法测试混凝土中自由氯离子浓度分布的方法。得到的主要研究进展如下：.1、基于实测水泥颗粒吸附氯化钠溶液后表面的ζ电位和电化学双电层吸附理论建立了氯离子吸附双电层模型，可以用于压滤法与水萃取法测试的氯离子浓度以及表面氯离子浓度的计算；.2、基于建立的双电层模型，计算了压滤孔溶液氯离子浓度，其值一般处在本体溶液的1-3倍之间变化，与已出版文献的测试结果范围吻合，首次阐明了水泥基材料中氯离子“浓缩”现象的本质；.3、依据计算结果理论上确定了压滤法试验结果的影响因素，系统研究了压滤法试验结果的影响因素，确定了合理的压滤法试验测试条件；.4、基于建立的双电层模型，计算了水萃取法测试的孔溶液氯离子浓度，其结果一般在本体溶液的1-4倍之间变化，与已出版文献的测试结果范围吻合，基于计算结果，理论上确定了影响水淬取法试验结果的因素；.5、研究了水萃取法影响因素对氯离子溶解动力学的影响规律，确定了合理的水萃取法试验测试条件，建立了压滤法与水萃取法的试验结果之间的合理关系式，校核了水萃取法可靠性；.6、基于建立的双电层模型，计算了表面氯离子浓度，研究了计算的表面氯离子浓度与与实测的表层氯离子浓度用于Fick第二定律解析解求氯离子表观扩散系数的差异性，同时采用Fick第二定律解析解变形式，基于计算的表面氯离子浓度与实测的表层氯离子浓度、计算的表观氯离子扩散系数、硝酸银显色深度及变色边界氯离子浓度计算了混凝土中氯离子浓度分布，为混凝土中自由氯离子浓度分布预估提供一种有潜力的方法。.通过上述研究，本项目完成了预期的研究计划与目标，研究成果可为混凝土氯离子迁移测试方法提供理论支持，进一步可以规范水萃取法、压滤法这两种测试混凝土中自由氯离子浓度及其分布的方法并有望形成通用标准。