现场无损检测技术下海洋水工混凝土耐久性技术探析

邢志强

(盘锦市大洼区水利服务中心，辽宁 盘锦 124214)

0 引 言

现阶段检测混凝土耐久性的方法主要是利用与结构相同配合比的混凝土试件，通过实验室成型室内完成相应的测试。然而，由于边界效应、尺寸效应以及工程实际与室内外荷载、环境、试验条件的差异等因素，实体结构的取芯检测结果与室内试验结果往往相差较大[3-4]。专项检测实体结构的耐久性既能够为使用寿命预测提供数据支持，还可以全面、真实地反映结构状况，并为科学制定维修加固方案和管养措施提供依据。文章整理归纳了水工混凝土常规检测指标和技术，并进一步对比了各项技术的优缺点极其使用范围，重点探讨了现场无损检测设备及技术，为海洋水工混凝土耐久性监测提供技术支持。

1 水工混凝土常规检测指标

水工混凝土耐久性检测除了钢筋锈蚀状况、保护层厚度、裂缝状况、抗压强度等常规指标外，还有抗渗性能和氯离子等专项指标，其中常规检测内容(如混凝土裂缝、强度等)已经可以实现现场无损检测，现场检测时部分专项指标以取粉微损检测和取芯有损检测为主，无损检测相对较少[5]。无损检测可以有效提高实体结构的检测效率，最大程度地降低水工结构受检测工作的干扰，从而防止外界腐蚀介质因有损检测的侵入，并为揭示水工结构性能变化特征提供数据支持。

目前，混凝土耐久性常规检测技术的优缺点及其适用范围见表1，各项检测技术的研究应用已比较成熟，应结合实际需求选择合适的检测方法。

表1 水工混凝土性能常规

2 海洋水工混凝土耐久性检测技术

2.1 RCT法检测氯离子含量

工程中主要选用佛尔哈德法、硝酸盐滴定法及RCT离子电极法检测水工混凝土氯离子含量，见表2。现场检测一般选用RCT法，该方法对结构实体的扰动较小，其检测原理是利用液相中的氯离子浓度与电极作用下不含任何杂质的氯离子溶液电位差成正比的关系，来现场检测氯离子含量[6-7]。开始检测前，为界定混凝土碳化区域需要先测量测点处的碳化深度，将特定的萃取液和刮取的未碳化区混凝土粉末相混合，提取灰粉中的氯离子测定萃取后溶液的电压值，然后对比电位差标准曲线(纯溶液中的氯离子浓度已知)，从而获取相应的氯离子含量。RCT法具有检测时间段、设备小巧、操作简单等优势，除RCT仪器外无需其他设备即可实现混凝土中氯离子含量的快速测定，并且检测结果清晰、准确，可以满足现场测试精度要求。测试过程中应先测定溶液电位差，故校准RCT仪器电极直接决定着电极对溶液反应的敏感度和标准电位曲线的精度，对其具有较高要求。

表2 氯离子含量检测技术

目前，微损检测RCT法已广泛应用于实际工程领域，如嘉兴港某码头利用RCT法检测不同高度处海水干湿交替区的混凝土氯离子含量，研究揭示了随高程变化混凝土中的氯离子分布规律[8]。

2.2 混凝土抗渗性检测技术

工程中多选用室内试验、实体结构取样的有损检测法评价混凝土抗渗性能，但缺少可供参考的现场检测规范。总体上，可以将抗渗性能检测技术划分成气体、离子以及抗水渗透法3类，见表3。由于抗水渗透法对高强混凝土的适用性差且多为室内成型试件，实际应用时受到一定的限制，一般不作为无损检测技术。目前，气体和离子渗透法已有诸多研究成果，在部分工程中其微损、无损检测技术均已得到应用。

表3 抗渗性检测技术

续表3 抗渗性检测技术

2.2.1 离子渗透法

Permit法因具有数据自动采集、时间段、设备便携等优点而被广泛应用，这也是迄今唯一的能够现场测定氯离子渗透性的方法。Permit离子迁移仪有两个同心溶液室(相互隔离)，内、外室电极分别为阴极和阳极，阴极材质多为不锈钢而阳极材质多为普通低碳钢，其结构形式见图1。

图1 Permit离子迁移仪结构图

测试过程中，采用夹钳或螺栓将测试器固定在被待测区，通过内、外室间施加电压离子能够从内室迁移至外室，布设于外室的探头可以每隔1-15min测定一次电导，然后利用氯离子浓度与溶液电导率之间的关系能够计算出外室的氯离子浓度。试验达到稳定状态下，依据稳态电迁移理论和Nemst-Planck方程测定氯离子单位时间迁移量，并进一步确定氯离子迁移系数。该方法可以准确反映混凝土表层抗氯离子渗透性，试验前需要将待测构件用去离子水浸泡24h，使混凝土表面达到保水状态，检测过程中待测区表面要保持平整，表面钻孔并用Φ6mm螺栓将测试器固定。实际测试时该方法也存在许多不足，具体如下：①对构件内部离子的影响较小只能保证表层15mm深的测试精度，内部检测困难；②从主观上界定的稳态阶段具有一定差异，由此测定的电导变化率和氯离子迁移系数存在较大差异；③构件表面保水程度越低则达到稳态迁移的时间越长，试验时间也就越长。

2.2.2 抗水渗透法

抗水渗透性能主要包括渗水高度法和抗渗标号法等方法，实际工程中大多选用抗渗标号法，该方法采取在水工结构上钻芯取多组试样或实验室成型试样，然后室内检测，故不适用于高强混凝土，结构易受到较大扰动，在一定程度上限制了其应用范围[9]。

2.2.3 气体渗透系数法

因具有计算结果精准度高、试验操作简单等优势，气压差值法是诸多气体渗透性能测试方法中被国内外学者应用较多的方法，如法国研发的气体渗透系数检测技术已成功应用于实体混凝土结构检测，在混凝土桥梁结构和核电站燃料水池混凝土层中也有应用。该技术使用前需在构件内钻孔埋设或预埋探针，探针可重复、长期使用且对构件性能无影响。检测过程中将惰性气体注入探头内，经特殊的多孔探针将气体渗透至构件内部；压力达到稳定后，将进气阀关闭，构件内的气体不断扩散，气压逐渐下降，选取与明显小于进气压的气压降测量该气压降达成时间；然后利用达西法则即可确定气体渗透系数，从而实现气体渗透性能无损、长期且现场检测[10-11]。

混凝土自身的水饱和度对气体渗透系数具有较大影响，但其自身的水饱和度很难在工程现场精准测出。所以，在现场检测前需要在实验室标定混凝土不同水饱和度的气体渗透系数，由此以来现场检测结果既可以获取其水饱和度，还能够精准测定气体渗透系数，这些数据对预测结构使用寿命，揭示混凝土性能劣化规律等具有重要意义[12-13]。

采用气压差值法形成的气体渗透系数检测技术相对于其它混凝土渗透性测量方法具有诸多优点，如现场无损检测、结构受扰动程度低、可操作性强、检测流程简单、结果直观、惰性气体不改变混凝土组成和微观结构。目前，对于水工结构耐久性评估与检测，现有规范主要是通过检测主要构件性能来评估工程结构的整体状况。研究认为，水工结构耐久性评估与检测可采用更为科学、全面的结构状态分析方法，如现场检测与模态分析相结合的方法，从而提高结构耐久性检测能力。

3 结 语

研究及推广应用海洋水工混凝土耐久性的现场微损或无损检测技术，对于水利工程项目的全周期运营管理、养护和建设等具有重要意义，文章结合研究现状提出以下几点建议：①考虑到气体渗透系数检测技术尚无可供参考规范的实际情况，通过研究现有评价指标与以上指标的关系，建议在混凝土管理养护标准中纳入无损检测技术指标；②采用优化计算的方式促进在混凝土结构剩余使用寿命预测以及长期性能劣化规律研究中耐久性指标检测结果的应用；③潮差区的混凝土构件或结构性能劣化情况非常严重，该条件下因无法反映结构内部状况Permit法已不再适用，因此研究气体渗透系数与氯离子扩散系数的相关性也是亟待解决的问题。