海砂混凝土中的氯离子结合特性的研究

在混凝土氯盐腐蚀的研究中，习惯上把混凝土中的氯离子分为内掺型和外掺型两类。内掺型氯离子值伴随混凝土组分在拌和过程中就已经进入混凝土的氯离子。诸多的学者已针对内掺型做了大量研究，研究作用的内掺方法多为将氯盐溶于拌和水或在拌和过程中直接掺入。我们在研究中发现，以海沙形式（氯离子吸附于砂表面）引入氯离子（下文称海砂型内掺氯离子），与随拌和水进入或者直接掺入的氯离子（下文称普通型内掺氯离子）存在差异。我们初步探讨了海砂型与普通型内掺氯离子在混凝土中结合规律的差异。

混凝土中的自由氯离子对钢筋构成威胁，但氯离子中有相当部分被水泥石结合。水泥石对氯离子的结合可分为化学结合、物理结合等形式。化学结合指的是氯离子与某一水泥组分或水化相之间发生化学反应，使得一部分氯离子被固化，不再游离在孔隙溶液中。在上述因素的作用下，混凝土中的部分氯离子被结合固化起来。在氯离子浓度较低时，结合的氯离子和氯离子总量成正比例，关系曲线为直线，该曲线的斜率反映其结合率；而当结合能力耗尽时，侵入的氯离子增多，其结合量不再增大，这种情况反应在图中以水平的直线表示。

在实际情况中，对于海砂型内掺引入的氯离子，含量不会太高，如深圳的海砂中氯离子含量一般不超过0.1%，宁波地区的海砂氯离子含量最高在0.11%~0.12%，一些海滩砂则可高到0.2%-0.3%，换算成占水泥重的百分比则一般不超过1.5%。所以，在海砂型内掺氯离子的试验中没有设置很高的氯离子引入量。

随着砂浆的拌和，海砂型氯离子一部分溶解在拌和水中，一部分被水泥浆包裹在砂表面。一方面，溶解在拌和水中的氯离子参与水泥浆的化学反应，部分被固化；另一方面，砂表面的氯离子缓慢的向孔溶液中扩散，直到达到某种平衡。虽然得出的结论显示，同等条件下海砂型内掺氯离子的结合率要低于普通型内掺氯离子，粉煤灰的掺入会降低海砂型内掺氯离子的结合率，但不能得出这样的推论：海砂型氯离子的危害比普通型氯离子更大，粉煤灰不宜用于抑制海砂型内掺氯离子引起的钢筋锈蚀。按照水溶性氯离子测试方法，封闭在砂表面的氯离子不部分会被归为水溶性氯离子，但不能视为自由氯离子。另外的初步研究表明，海砂型内掺氯离子混凝土内钢筋锈蚀率低于普通型氯离子混凝土。所以，用水溶性氯离子含量评价海砂混凝土的潜在危害，会严重夸大氯离子腐蚀性。

在氯离子总含量不是很高的情况下，海砂型内掺氯离子存在一个固定的结合率，这个结合率低于普通型内掺氯离子的结合率。粉煤灰的掺入会导致海砂型内掺氯离子结合率的降低。在海砂混凝土中，按照水溶性氯离子的相关测试方法测得到的水溶性氯离子含量高，并不一定意味着其带来的危害大、钢筋潜在锈蚀风险高；也就是说，用水溶性氯离子含量不能直接有效的评价海砂混凝土中内掺氯离子的潜在危害。但水溶性氯离子检测方法简单易行，若用其评价海砂型氯离子的潜在危害，还需通过进一步的试验研究，区别于普通内掺和渗入氯离子，确定专门用于海沙混凝土结构的氯离子限值，这样有助于科学、经济的进行结构评估。