由于场地、人力等条件所限,混凝土耐久性试验大多是在实验室完成,而实验室中的试验都是理想条件下的试验,虽然具有试验条件易控制,试验速度快的优点,但与工程结构的实际服役环境往往差别很大,并且一般为短期试验或加速试验。对氯离子侵蚀来说,往往只侧重考虑毛细吸附、扩散、渗透中的某一种方式,不能全面反映自然环境下混凝土结构生命周期中的耐久性变化,近几年人们越来越重视长期的现场试验。
Schueremans等对位于比利时西北部邻近北海的泽布勒赫港进行了长期观测试验。为提高码头岸壁的耐久性,1993年当地主管部门决定在其建成后即采。用渗透型涂料进行表面处理,该码头岸壁概况如图4.28所示
工程中采用了不含溶剂的异丁基三乙氧基硅烷,根据实验室试验,首先确定渗透型涂料的喷涂量为300g/m²。为避免可能的海水侵蚀,在岸壁拆模后混凝土表面未干之前,应应该进行第一次表面处理;在混凝土拆模后7d进行第二次表面处理,以增加硅烷的渗透深度。研究人员分别在1996,1998和2005年对该码头进行了钻芯取样分析,取自码头岸壁的5种芯样分别为:1潮汐区未经表面处理的芯样;2潮汐区上部未经表面处理的芯样;3潮汐区经过表面处理的芯样;4潮汐区上部经过表面处理的芯样;5码头岸壁上表面经处理过的芯样。
依据比利时标准NBN B15-250(1990)在现场取芯切片后芯样中氯离子分布情况。导致钢筋锈蚀的只是氯离子中水溶性氯离子。因此测氯离子包括两部分,自由氯离子和Friedcl盐中的氯离子。测量结果如图4.29~4.33所示,图中数值为通过化学滴定分析得到的平均值。
从各图可以看出,潮汐区处于氯离子含量的离散性较小,而潮汐区上部氯离子含量的离散性较大,这主要是由于潮汐区上部藻类,飞溅海水,盐结晶,碳化环境等暴露条件的不同使混凝土遭受氯离子的侵蚀的不确定性变大。显而易见的是,由于没有渗透型涂料的隔离阻挡,潮汐区处未经处理混凝土的氯离子含量较高。外表面处为2.2%,95mm深度处为0.9%(占水泥质量的百分比),而经过硅烷表面处理混凝土的氯离子含量要低得多,外表面处为1.2%.95mm深度处为0.03%.码头岸壁上表面仅受海雾中的氯离子侵蚀,氯离子含量较少,虽然在1998年和2005年的检测中,潮汐区处经表面处理混凝土在距表面15mm位置的氯离子浓度仍然较高,与未经表面处理混凝土的氯离子浓度值相近,从2005年的检测结果看,在更深位置处(25mm以后)氯离子浓度与1996年的检测结果基本相同,说明该处氯离子浓度仍与初始氯离子浓度相当。
Schueremans根据现场检测中得来的相关数据计算了氯离子扩散系数的均值和方差(见表4.1),使用可靠度方法预测该码头的服役寿命。失效概率取0.5、0.15和0.07(相应的目标可靠指标分别为0、1.0和1.5)其中0.5是通常所取的失效概率,0.15则是ISO2394对正常使用极限状态所要求的失效概率。按照氯离子临界浓度为水泥质量的0.7%。钢筋的保护层厚度为120mm,定义钢筋表面氯离子浓度超过氯离子临界浓度为服役寿命结束,所计算得到的服役寿命如表4.1所示。可以看出,在氯离子侵蚀为结构破坏主要因素的情况下,渗透型涂料表面处理可以大幅度提高混凝土结构的使用寿命。当然,达到预测服役寿命后,并非结构完全倒塌失效,而是把混凝土中钢筋表面处氯离子浓度超过0.7%,钢筋开始锈蚀作为结构寿命的终结。
Nanukuttan等在位于苏格兰东北部的Dornoch大桥附近进行了7年暴露试验,试验桥墩的情况如图4.34所示,其中部分桥墩使用渗透型涂料进行了表面处理,部分未进行处理。通过试验发现经表面处理后混凝土的氯离子含量与未经表面处理的混凝土桥墩相近(见图4.35和图4.36)。分析其原因,首先,该区域涨潮和落潮的水位变动为2m,混凝土表面水头压力较大,面渗透型表面处理对毛细吸收影响很大,但对氯离子通过扩散、渗透方式的影响并不大;其次,试验混凝提的水胶比为0.4,混凝土本身比较密实,抗氯离子侵蚀性较强(经测定其表现氯离子扩散系数小于4x10-的负32m²/s)而渗透型涂料难以向水胶比较小的混凝土渗透,故对其抗氯离子侵蚀性提高幅度不明显。