浅谈RCM方法对混凝土开裂试件自愈合效果评价的适用性

(华南理工大学土木与交通学院 广东 广州 510640)

一、混凝土自愈合

混凝土自愈合的概念起源于19世纪20年代，学者Abram发现开裂的混凝土在户外自然放置八年后出现了裂缝愈合的现象，这引起了该专业领域的极大关注，世界各国学者开始研究混凝土裂纹自防护，并提出了各种不同的方法。九十年代以来，在自愈合混凝土上的研究更是逐渐变得多元化，出现了在混凝土内置含修复剂的容器、模拟生物结构在混凝土内加入编织纤维网、添加形状记忆合金等等一系列自愈合技术。尽管实现自愈合的方式繁多，但核心的基本逻辑是令混凝土裂缝部位的间隙被新的物质填充，使之更密实，材料在微观整体性方面得到恢复。

二、RCM方法原理

RCM方法全称非稳态快速氯离子电迁移测定法(Rapid Chloride Migration)，是基于试件内部氯离子非稳态电迁移的一种试验方法，通过试验期间测得的氯离子渗透深度来计算氯离子的扩散性[1]。

通过氯离子的扩散性强弱，可以直观得知混凝土的密实程度，而基于这一点认识，也就可以继而转化使用在混凝土开裂试件的自愈合效果评价上，即混凝土开裂试件经过一定时期的自愈合过程之后，裂缝被填充，混凝土自身的密实程度得到提升，则氯离子在该混凝土试件的扩散性则必然相对弱化。

RCM方法的主要原理是利用外加电场的作用使试件外部的的氯离子向试件内部迁移，经过一段时间后，将该试件沿轴向劈裂，在新劈开的断面上喷洒硝酸银溶液，根据生成的白色氯化银沉淀测量氯离子渗透的深度，以此计算出混凝土氯离子扩散系数[2]。

三、国外关于采用RCM方法对开裂混凝土的报导

近年不少专家学者对自愈合混凝土做了力学性能恢复效果和水渗透性能恢复效果的试验，但鲜有研究混凝土在氯离子环境中的自愈合效果。

Mathias Maes等人[3]对聚酯胺胶囊自愈合混凝土做了抗氯离子渗透试验，发现聚酯胺胶囊可以阻止氯离子在裂缝中的进一步扩散，愈合效率达到83%，氯离子渗透系数较愈合之前降低。

Scott Jones等人[4]用填充剂来填补修复普通混凝土的裂缝，也用了氯离子渗透系数作为愈合剂修补效果的评价标准，并通过氯离子扩散系数预测了混凝土使用寿命，但其方法更在于是探究氯离子扩散到钢筋处时的扩散系数，并非单纯地采用RCM方法。

H.X.D.Lee等人[5]用具有具有超强吸收能力的聚合物作为混凝土愈合剂分别加入水泥砂浆和混凝土，浇筑小试件，通过力学方法制造贯穿裂缝，自愈合后自制仪器以测试试件对含氯离子液体流速的阻碍作用，以此作为评价自愈合效果的标准，并分析了聚合物用量、裂缝宽度、聚合物种类对流速的影响。

Pa Pa Win等人[6]浇筑预应力混凝土梁，人为生成裂缝，并浸入氯化钠溶液，用电子探针显微分析和比色测试的方法总结出氯离子侵入概述。

Mustafa S等人[7]制作了一批钢筋砂浆梁，并采用弯裂方式使梁试件开裂，然后置试件于浓度3%的NaCl溶液中浸泡30d，测量其裂缝宽度及不同裂缝深度下的砂浆含氯梁，利用Fick第二定律，用氯离子有效扩散系数De对砂浆自愈合效果进行了评价，并且结合XRD等微观手段，判断了CaCO3在裂缝自愈合的过程中起到的贡献效果。

由上可窥见，国外采用RCM方法对混凝土开裂的研究不在少数，但对于采用RCM方法、目标明确地评价自愈合混凝土的愈合性能的研究则相对较少。

四、采用RCM方法评价自愈合混凝土的适用性

(一)RCM方法能够反映内部宏观愈合效果

评价混凝土自愈合效果的方法有很多，如拍摄混凝土试件裂缝表观变化图像，反映混凝土表层的愈合情况，但该方法不能反映混凝土裂缝内部的愈合情况；如SEM、XRD、EDS等微观设备方法，其反映的是微观愈合产物的生长情况，往往只能反映某一个位点的愈合情况，亦难以展现整体的效果。因此，对于宏观层面以及内部愈合效果的评价，采用RCM方法可以作为补充。

(二)RCM方法能够推广至结构寿命预测

RCM方法得出的成果是氯离子扩散系数DRCM，该系数是目前建立结构寿命预测的一个关键系数。经自愈合的混凝土开裂试件采用RCM方法检测，在得出DRCM后，能够进一步拓展应用范畴，转化使用至整体结构性的使用寿命评估当中。

(三)RCM方法能够反映实际应用场景

混凝土自愈合的本质就在于混凝土耐久性的有效恢复，这也包含了混凝土抵御外界离子入侵腐蚀钢筋的能力。而在实际应用场景中，不论是一般民用的建筑，还是用途特殊的工业建筑、海港建筑乃至盐碱地的特殊建筑等，钢筋都需要混凝土来保护抵御有害离子引起的锈蚀，其中RCM方法是氯离子检测中最为成熟可靠的方法，因此能够适应实际建筑功能需要，亦能够反映实际应用场景的需求。

五、总结

综上所述，国外有研究学者使用RCM方法对带裂缝的混凝土进行氯离子侵蚀评估，亦有学者考虑到混凝土的愈合情况，但总体上，该领域目前仍较少人研究，而这些研究的方法本质是一致的。采用RCM方法研究混凝土自愈合情况，不但能够充分反映裂缝内部的愈合总体情况，避免过于微观或表层，而且还能由此推广至评估混凝土自愈合后的结构寿命状况，更能反映建筑物结构实际应用场景的需求。