混凝土检测中氯离子渗透系数的测定标准和试验方法

氯离子渗透是引发混凝土结构耐久性失效的关键因素，会加速钢筋锈蚀、导致混凝土开裂剥落，因此准确测定氯离子渗透系数是评估结构服役寿命的核心环节。本文围绕混凝土检测中氯离子渗透系数的测定标准与试验方法展开，梳理常用标准的适用场景、各类试验方法的原理与操作细节，以及影响结果的关键因素，为检测工作提供实操参考。

混凝土氯离子渗透系数测定的常用标准

国内核心标准是《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009），整合了电迁移法、RCM法等，明确试件制备、养护、环境控制等参数，是国内检测机构的主要依据。该标准既覆盖普通混凝土，也适用于高性能混凝土的渗透性评价。

国际上，美国ASTM C1202-19《混凝土抗氯离子渗透的标准试验方法（电迁移法）》应用广泛，通过测量6小时内的总电荷量快速评价渗透性，结果分为“高、中、低、很低”四个等级，操作简便，适合工程质量控制。

北欧标准NT Build 492是“快速氯离子迁移法（RCM法）”的起源，强调用硝酸银染色测量渗透深度，计算非稳态扩散系数，结果更接近实际扩散行为，适用于重要工程或科研需求。

国际标准化组织ISO 12620-1《混凝土试验方法 第1部分：氯离子迁移系数的测定（电迁移法）》则侧重统一国际测试方法，内容与NT Build 492衔接，近年在国内科研中逐步推广。

氯离子渗透系数测定的主要试验方法分类

氯离子渗透系数测定方法可分为三类：电迁移法、非稳态扩散法、稳态扩散法。电迁移法用电场加速离子迁移，测试快；非稳态扩散法靠浓度梯度自然扩散，更贴近实际；稳态扩散法需达到浓度稳态，精度最高但耗时久。

电迁移法的核心是直流电场驱动氯离子迁移，通过电流、电荷量或渗透深度计算系数。代表性方法有ASTM C1202的“总电荷法”（快速评价）和NT Build 492的“RCM法”（准确计算扩散系数），前者侧重效率，后者侧重数据准确性。

非稳态扩散法无需电场，依靠浓度梯度自然扩散，通过不同时间点的氯离子浓度分布拟合Fick第二定律。该方法接近实际服役环境，但周期长（数周），适合科研或长期性能评估。

稳态扩散法需维持恒定浓度梯度，直到氯离子迁移达到稳态，通过扩散通量和浓度梯度直接计算系数。这种方法精度最高，但需数月时间，仅用于校准或高精度测试。

电迁移法（ASTM C1202）的具体操作步骤

ASTM C1202是工程中最常用的快速测试方法，步骤如下：制备直径100mm、厚度50mm的圆柱试件，养护至28天（高性能混凝土可延长至56天）；真空饱水（-0.09MPa抽2小时，再常压饱水24小时），确保试件完全饱和。

将试件放入试验装置，左侧槽注3%氯化钠溶液（阳极），右侧注0.3mol/L氢氧化钠溶液（阴极），两端加60V直流电压。每5分钟记录一次电流值，持续6小时，直到电流稳定（变化小于1mA）。

计算6小时内通过试件的总电荷量（库仑）：Q=∫₀⁶ₕI(t)dt（I为电流，t为时间）。根据总电荷量评价渗透性：Q<1000C为很低，1000-2000C为低，2000-4000C为中，>4000C为高。

需注意，该方法是“间接评价”，通过电荷量反映渗透性，若需计算扩散系数，需结合混凝土孔隙率、饱水度等参数修正。

非稳态电迁移法（RCM法）的试验细节

RCM法是GB/T 50082-2009推荐的准确方法，原理是电场加速氯离子迁移，通过硝酸银染色测渗透深度计算扩散系数。步骤如下：制备直径100mm、厚度50mm的试件，养护至龄期后真空饱水。

将试件放入RCM装置，左侧（阳极）注0.3mol/L氯化钠溶液，右侧（阴极）注0.3mol/L氢氧化钠溶液，施加12-48V电压（高性能混凝土用更高电压），持续24小时。

试验结束后，沿试件轴线切开，切面喷0.1mol/L硝酸银溶液，氯离子渗透区呈白色（氯化银沉淀），未渗透区为混凝土本色。用钢尺测10个点的渗透深度，取平均值d（精确至1mm）。

按公式计算扩散系数：D_RCM=(0.0239×(273+T)×L×(U-2)×t)/(L²×ln(1+0.0238×(273+T)×L×d/(U-2)×t)))，其中T为试验温度（20±2℃）、L为试件厚度（m）、U为电压（V）、t为时间（s）。

稳态扩散法的原理与应用

稳态扩散法是“金标准”，基于Fick第一定律：J=-D×dc/dx（J为扩散通量，D为扩散系数，dc/dx为浓度梯度）。当氯离子迁移达到稳态，扩散通量恒定，可直接计算D。

操作步骤：制备100mm×100mm×200mm的长方体试件，养护至龄期后，一侧泡5%氯化钠溶液，另一侧泡去离子水，定期更换溶液维持浓度梯度。每周取去离子水样本，用离子色谱仪测氯离子浓度，直到浓度不变（达到稳态）。

稳态时，计算扩散通量J（单位时间内去离子水氯离子增加量/试件面积），测量两侧溶液浓度差Δc和试件厚度L，浓度梯度dc/dx=Δc/L，代入公式得D=J×L/Δc。

这种方法结果最接近实际，但需2-3个月，设备复杂，主要用于校准快速方法或科研，工程中很少用。

影响试验结果的关键因素

龄期：混凝土龄期越长，水泥水化越充分，孔隙率越低，渗透系数越小。试验需明确龄期（通常28天，高性能混凝土56天）。

水灰比：水灰比越大，混凝土孔隙越多，渗透系数越大。比如水灰比0.6的混凝土，扩散系数是水灰比0.4的5-10倍。

养护条件：标准养护（20±2℃、RH≥95%）的混凝土比自然养护更密实，渗透系数更低。养护不当（如早期失水）会导致干缩裂缝，增大渗透系数。

试验温度：温度越高，离子运动越快，电迁移法电流会增大，结果偏高。标准要求温度控制在20±2℃，测试前需预温试件和溶液。

试验操作的注意事项

试件饱水：必须完全饱水，否则孔隙中的空气会阻碍离子迁移，导致结果偏低。推荐真空饱水，优于直接浸泡（需数天）。

电极接触：电迁移法中，试件与电极间需放浸湿的滤纸或海绵，确保导电良好，避免接触电阻影响电流测量。

数据记录：ASTM C1202需每5分钟记电流，RCM法染色后立即测渗透深度，避免硝酸银干燥后颜色变浅。

尺寸精度：试件尺寸需符合标准（如ASTM C1202要求直径100mm、厚度50mm），厚度误差超过2mm会影响电场分布，导致结果偏差。

溶液浓度：氯化钠、氢氧化钠、硝酸银溶液需准确配制，浓度误差会影响离子梯度或染色效果，需用电子天平、容量瓶精确操作。