摘要：在沿海的水利工程中，为降低混凝土温升，防止混凝土裂缝，通常采用大粒径骨料混凝土（骨料最大粒径为40～80mm）。而目前的混凝土抗氯离子性能快速实验方法（电量法和RCM法等），通常限定骨料最大粒径为25mm，这对推广应用大粒径骨料抗氯盐高性能混凝土造成了很大障碍。为解决这一问题，华南理工大学建筑学院在电量综合法的基础上，提出了适用于大粒径骨料混凝土的抗氯离子性能快速实验的电量综合法，并通过实验研究确定了其评价指标。
关键词：大粒径骨料；混凝土；氯离子；电量综合法
1 前言
目前国内外混凝土抗氯离子性能快速实验方法主要是电场法，通过测定混凝土的电量、电阻、电导或者在电场作用下的氯离子渗透深度，来评价混凝土的抗氯离子性能。其中最为常用的ASTM C1202快速电量测定方法（简称电量法）和快速电迁移法（国内称RCM法）。从试验原理看，电量法和RCM法是类似的，只是试验参数和表征方法不同。华南理工大学建筑学院在电量法和RCM法的基础上，通过试验研究，提出了电量综合法[1]。电量综合法采用60V电压，将通电时间延长到18h，测定6h和18d的电量值，另外还测定通电18h后的氯离子渗透深度。
在沿海的水闸等水利工程中的闸底板、闸墩等部位中，由于混凝土体积较大，为降低混凝土温升，防止混凝土裂缝，通常采用二级配和三级配的混凝土，骨料最大粒径可达80mm。华南理工大学建筑学院在普通水工二级配和三级配混凝土的基础上，采用大掺量矿渣微粉等技术措施，制备了大粒径骨料抗氯盐高性能混凝土[2-4]。但现有的电量法和RCM法（含改进的电量法和RCM法），均是针对使用较小骨料混凝土设计的，通常限定骨料最大粒径为25mm，不适用于骨料最大粒径为25mm以上的混凝土，这对推广应用大粒径骨料抗氯盐高性能混凝土造成了很大障碍。
为解决这一问题，华南理工大学建筑学院在电量综合法的基础上进行了相关研究，进一步将电量综合法的使用范围扩展到最大骨料粒径为63mm（或80mm）的混凝土中，并将其列入了正在参与主编的广东省地方标准《广东省抗海水腐蚀混凝土施工导则》中，本文对这一方法进行详细介绍。
2 大粒径骨料混凝土抗氯离子性能快速实验的电量综合法介绍
2.1 试验目的
通过测定混凝土在60V直流电作用下6h和18h内通过的电量值来快速地评价混凝土的抗氯盐性能，并对通电18h后混凝土中氯离子渗透深度进行测定。
2.2 适用范围
适用于在实验室测定骨料最大粒径不大于63mm的实验室制作的或者从实体结构取芯获得的混凝土试件的抗氯盐性能。对于骨料最大粒径为80mm的混凝土试件，可采用骨料最大粒径为63mm的混凝土试件的试验方法，但实验室制作时宜采用300mm的立方体试件。
注：根据混凝土保护层厚度不宜超过100mm以及骨料最大粒径与保护层厚度比不宜大于保护层最小厚度的4/5的限制，建议采用最大粒径不超过63mm的骨料。当采用最大粒径为80mm的骨料时，可采用最大粒径为63mm骨料相同的方法。
2.3 试验设备和化学试剂
试验设备和化学试剂应符合下列规定：
（1） 电量综合法测定仪（见图1）。 
（2） 氯化钠溶液：用蒸馏水配置成的3.0%质量（化学纯）百分比溶液。
（3） 氢氧化钠溶液：用蒸馏水配置的0.3mol/L（化学纯）的溶液。
（4） 混凝土切割机（双刀）。
（5） 磨平机；水砂纸（200#～600#）；细锉刀；游标长尺（精度0.1 mm）。
（6） 超声波清洗器（40kHz，功率1000KW）；电吹风（2000W）；温度计（精度0.2℃）。
（7） 真空保水设备，可保持真空值小于-0.05MPa。
（8） 试样夹具——两个对称的有机玻璃（异丁烯酸甲酯）小池，每个都包含了导电网和外部的连接物。图2显示了一个通常使用的设计。小池的深度均为40mm，对于不同骨料最大粒径的混凝土试样，采用不同的小池直径。对于骨料最大粒径不大于25mm的混凝土，小池的标准直径为95mm；对于骨料最大粒径不大于40mm的混凝土，小池的标准直径为130mm；对于骨料最大粒径不大于63mm的混凝土，小池的标准直径为180mm。
2.4 试验步骤
试验步骤如下：
（1） 不同骨料最大粒径的混凝土，采用不同尺寸的试样。对于骨料最大粒径不大于25mm的混凝土，采用100mm×100mm×（50±1）mm的长方体试样；对于骨料最大粒径不大于40mm的混凝土，采用150mm×150mm×（75±2）mm的长方体试样；对于骨料最大粒径不大于63mm的混凝土，采用200mm×200mm×（100±3）mm的长方体试样。
试件在试验室制作时，对于最大骨料粒径不大于25mm、40mm和63mm的混凝土，分别采用边长为100mm、150mm和200mm的立方体试模成型，一组三个试件。试件制作后立即用塑料薄膜覆盖，24小时后拆模并放入标准养护室养护。到规定龄期的前1天取出试件，切除试件的表面层，从试件中部切取试样，并用磨平机或者水砂纸、细锉刀打磨光滑。
试件在实体混凝土结构中钻取时，对于最大骨料粒径不大于25mm、40mm和63mm的混凝土，分别采用Φ100mm、Φ150mm和Φ200mm的的试件，试件长度不小于试件直径，切除试件的表面层，从试件中部切取试样，并用磨平机或者水砂纸、细锉刀打磨光滑。试样制备时，应标明混凝土成型面的方向。
（2） 试样安装前需进行120s超声浴清洗，超声波清洗器事先需用室温饮用水冲洗干净。
（3） 将超声清洗后的试样垂直码放于真空保水设备的真空室中，试样间应留有空隙。密闭真空室并开动真空泵和气路开关，在真空表显示值小于-0.05MPa的压力下保持6h后，断开气路，导入自来水至没过试件上表面20mm以上，关闭水路开关，再打开气路开关，抽真空至上述真空度并保持2h。关闭真空泵和所有开关，继续保持试样浸泡于真空室的状态至24h±2h（从开始抽真空时计）。
（4） 将试样从水中取出，把多余的水抹去，并把试样放置在密闭的盒子中或其它容器中，这将使试样保持在95%或更高的湿度下。实验室温度控制在20～25℃。试样的测试直径和厚度应该在试件安装前用游标卡尺测量（精度0.1 mm），并填入试验原始记录表（见表1）。安装前的试件表面应该干净，无油污、灰砂和水珠。 将四根带有垫片（光面接触有机玻璃夹具）的螺栓穿入有机玻璃夹具后水平放置，放好密封圈，然后将饱水后的混凝土试样置于夹具上（试样的成型面应朝向负极），之后将带有密封圈的另一夹具穿过螺栓，最后放置垫片，拧紧螺母。 
（5） 将固定好的混凝土试样垂直放好（接线柱朝上），通过漏斗从夹具表面的孔中倒入自来水，检查不漏水后，将自来水倒出，之后按照标准要求，负极夹具中装入3%质量百分比的NaCl溶液，正极夹具中装入0.3mol/L的NaOH 溶液。
（6） 接通电量法测试仪的电源及夹具的正负极，将电压设定在60±0.1伏，记录初始电流读数和阳极电解液初始温度。至少每隔60 分钟记录一次电流值，通电18小时后终止实验。在整个测试期间，夹具中都应充满溶液。
（7） 试验结束时，先记录电流值，测定阳极电解液最终温度，再关闭电源，断开连线，排除试验溶液，取出试样，将夹具完全浸入自来水中漂洗。试验数据填入试验原始记录表（表1）。
（8） 试件取出后，立即在压力试验机上从中劈成两半。在劈开的试件表面立即喷洒0.1mol/L AgNO3溶液，混凝土含氯离子部分则可在约15分钟后观察到白色硝酸银沉淀，不含氯离子部分一般显灰色。测量显色分界线离底面的距离，把如图3所示位置（测点位置不必考虑骨料阻挡的情况，但对非常明显的骨料阻挡情况，应在试验报告中注明）的测定值（精确到0.1mm）填入表1，计算所得的平均值即为显色深度。
（9） 将电流对时间作图，通过数据点画一条折线，对折线下的面积积分得到6 h和18h内通过的电量（库仑）；或者在测试期间或之后用自动数据处理设备进行积分求和并显示库仑值。
如果试样的测试直径小于相应骨料最大粒径时测试小池的标准直径，计算得到的电量值应进行调整。通过将测定的电量值乘以标准横截面积与试样实际横截面积的比值来进行校正。
混凝土电量值和氯离子扩散深度为3个试样的算术平均值。如任一个测值与中值的差值超过中值的15％，则取中值为测定值；如有两个测值与中值的差值都超过中值的15％，则该组试验无效。
2.5 试验报告
试验报告中需包含试样编号、试验龄期、骨料最大粒径、试样的尺寸、每个试件的初始电流、初始阳极溶液温度、最终电流、最终阳极溶液温度、6h和18h电量值、18h显色深度以及每组试件的电量值和显色深度代表值等信息，可参考表2。 
3 大粒径骨料混凝土抗氯离子性能快速实验的电量综合法评价指标
对于骨料最大粒径在25mm以上的混凝土的抗氯离子性能，采用上述方法专门进行了试验研究[5]。用最大骨料粒径为25mm的混凝土，制备了不同尺寸的混凝土试件，进行了不同试样尺寸混凝土6h电量值试验，得出了试样尺寸对混凝土电量值的影响；再进行以同样胶凝材料组成和水胶比、但混凝土最大骨料粒径为40mm和63mm的混凝土电量值实验，得到骨料最大粒径改变对电量值的影响。
综合上述试验结果，得到了采用不同大小试样时，最大骨料粒径为40mm和63mm的混凝土电量值与最大骨料粒径为25mm的混凝土电量值的关系，并按最大骨料粒径为25mm的混凝土电量限值推导出最大骨料粒径为40mm和63mm的混凝土6h电量限值，具体过程另文详述。
根据实验得到的通电6h和18h混凝土电量值的对比关系，取18h电量值为6h电量值的2.9倍，并进行适当修约，修约后的数据见表3。 
电量综合法的测试数据由电量值和氯离子渗透深度（可换算为氯离子扩散系数）组成。由于电量值是仪器测定，受人为影响小，而氯离子渗透深度由人工测定，人为因素影响大，故电量综合法以电量值为判定依据，以氯离子渗透深度为参考。由于目前的电量法采用6h电量值为判断依据，为与现有方法接轨，实验结果同时给出6h 和18h电量值，并以18h电量值为判断依据。
4 结语
针对大粒径骨料混凝土抗氯离子性能评价问题，参考混凝土立方体抗压强度的做法，对不同骨料最大粒径的混凝土了采用不同尺寸的试件及夹具的方法，建立了适用于大粒径骨料混凝土抗氯离子性能快速实验的电量综合法。通过试验研究，得出了相应的评价指标，解决了困扰大粒径骨料抗氯盐高性能混凝土推广的难题。
目前本方法只给出了18d电量值的评价指标，对于氯离子渗透深度或氯离子渗透系数评价指标的确立以及利用本方法进行混凝土耐久寿命的预测仍需进行大量的实验研究。
