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1、混凝土抗渗性能研究综述GENERALINTRODUCTIONONCONCRETEPERMEABILITYSTUDY土木工程学院：*混凝土抗渗性能研究综述混凝土抗渗性能研究综述 目 录二、混凝土的孔结构五、提高混凝土抗渗性能措施六、总结一、概述三、混凝土渗透试验方法的研究四、影响混凝土抗渗性能因素的研究一、概述1.定义混凝土抵抗液体和气体渗透的能力称为抗渗性。2. 研究混凝土抗渗性能的重要性近年来，高性能混凝土的概念大有取代高强度混凝土概念的趋势，因为人们认识到强度这一单一的指标并不足以揭示结构材料的工作状态。高性能混凝土首先要求就是耐久性有保证的混凝土。混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、钢筋锈
2、蚀、化学侵蚀、碱集料反应等。其中混凝土的抗渗性是混凝土耐久性的第一道防线，对混凝土的耐久性的影响十分重要。因为水分或侵蚀性介质的入侵是引发混凝土质量劣化、耐久性不足的主要原因。有学者认为混凝土的抗渗性是评价混凝土耐久性最重要的综合指标。美国的Metha，英国的Nevill及我国已故工程院院士吴中伟主张，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善混凝土耐久性的关键1。一、概述图1水对混凝土的渗透作用二、混凝土的孔结构混凝土的抗渗性能很大程度上都取决于混凝土材料内部结构的多孔性和渗透性。故研究和解决混凝土的抗渗性能问题，首先要了解其内部孔结构的组成和特点。序号孔隙类型主要形成原因典型尺寸/m占总体积%孔型1凝
3、胶孔水泥水化的化学收缩0.0330.510大部分封闭2毛细孔水分蒸发遗留1501015大部分开放3内泌水孔钢筋或骨料周界的离析101000.11大部分开放4水平裂隙分层离析（0.11）10312大部分开放5气孔引气剂专门引入525310大部分封闭搅拌、浇筑、振捣时引入（0.15）10313大部分封闭6微裂缝收缩（15）10300.1开放温度变化（120）10301开放7大空洞和缺陷漏震、捣不实（1500)10305开放表1混凝土空隙结构的类型和特征2直流电量法三、混凝土渗透试验方法的研究2.3(T)2+1.1(F28c)2104002.3(T)2+1.1(F28c)210400三、混凝土渗透试
4、验方法的研究3.1.3抗渗标号法我国试验方法标准中采用的是所谓抗渗标号法，采用6个高度为180mm的圆台形试件0.1MPa开始施加水压，每隔8小时水压增加0.1MPa，直至6个试件中有3个被压力水穿透，停止试验，记录此时的水压力值(H,MPa)；通过一个简单的线性换算关系，将停止试验时的水压力值换算成一个整数，这个整数即所谓混凝土的抗渗标号；也可以认为抗渗标号法.抗渗标号计算式为：S=10H-1(3)S混凝土抗渗标号H第三个试件顶面开始渗水时的水压（MPa）混凝土抗渗标号分级为S2、S4、S6、S8、S10、S12等。该方法的特点是简单，适合工程上评价混凝土抗渗性能，但对于科学研究，该方法获得
5、的数据太少。图2混凝土抗渗仪三、混凝土渗透试验方法的研究3.2氯离子渗透试验法直流电量法是氯离子渗透试验的代表。试验示意图如图3所示。将一个50mm厚的混凝土圆饼试件用装在两个腔室里的两个铜网制成的电极夹紧，氢氧化钠(013N)和氯化纳(重量3%)溶液分别被倾倒在混凝土试样两面的腔室里，这样两种溶液被混凝土试件分隔开；然后施加60伏的直流电穿过两个表面。每隔30分钟监测一次电流通过混凝土的情况，持续试验时间6小时；然后计算6小时中的总电量来评价混凝土的渗透性。如表2所示。图3直流电量法渗透性试验三、混凝土渗透试验方法的研究3.2氯离子渗透试验法6小时导电量/库伦Cl-渗透性相应类型的混凝土40
6、00高W/C0.6的普通混凝土20004000中中等水灰比（0.50.6）的混凝土10002000低低水灰比混凝土1001000非常低低水灰比，掺5%10%硅灰混凝土100可忽略不计聚合物混凝土，掺5%10%硅灰混凝土表2ASTMC1202导电量及其对混凝土分类4该方法存在的问题之一是长时间电压作用下溶液产生热量，试验数据受到干扰。影响氯离子渗透试验数据稳定性的影响因素是多方面的，该方法还有待进一步完善。四、影响混凝土抗渗性能因素的研究4.1粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响研究文献4研究了大量掺入粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响。如下图所示。0%70%水泥被粉煤灰取代的混凝土1.在28天期龄，无粉煤灰
7、混凝土的空气渗透性低于高掺粉煤灰混凝土2.在91天期龄，50%替代量的混凝土配比，其空气渗透性、水渗透性最低3.通常而言，只要水泥替代量不超过50%，粉煤灰的掺入将降低混凝土的氯离子渗透性不掺粉煤灰的参考混凝土测试强度、氯化物渗透性、空气渗透性和渗水性四、影响混凝土抗渗性能因素的研究4.1.1粉煤灰和硅灰4.2硅灰对混凝土抗渗性能的影响研究CelikOzyildirim5在研究矿渣和硅灰掺入混凝土中对渗透性的影响时发现，少量的硅灰(3%5%)和高达47%的矿渣在水灰比为0.40.45的情况下，可获得既经济又具有足够强度的低渗透性混凝土。他得出结论:用矿渣作为胶凝材料的一部分比单纯用普通硅酸盐水
8、泥作为胶凝材料配制的混凝土，其抗氯离子渗透的能力更高。4.2四、影响混凝土抗渗性能因素的研究4.1.1粉煤灰和硅灰4.24.2其他组份材料的影响研究研究聚丙烯纤维掺入混凝土中，是否会与混凝土的各种外加组分如:粉煤灰、硅灰、或磨细的高炉矿渣发生反应导致抗渗性能下降的问题；通过实验确定:虽然聚丙烯纤维掺入会降低混凝土的抗渗性，但聚丙烯纤维基本不与上述其它组分发生反应，上述组分对混凝土抗渗性能的正面影响在掺入聚丙烯纤维后依然存在，也就是说混凝土耐久性不会受到合成纤维的影响。膨胀剂对混凝土抗渗性能的影响，视混凝土内、外部对膨胀的限制情况而定。孙伟3等人对钢纤维、合成纤维以及膨胀剂在混凝土硬化过程中对收
9、缩开裂的影响进行了研究，研究结果证实：钢纤维与膨胀剂混合增强混凝土，钢纤维能够对膨胀产生很大的内部限制，使得混凝土更加致密，混合增强的方式能够取得很好的抑制硬化期间收缩裂纹的效果，从而极大地改进抗渗性能。四、影响混凝土抗渗性能因素的研究4.1.1粉煤灰和硅灰4.3水灰比对混凝土抗渗性能的影响研究4.2序号水灰比积分孔隙率cm2/g体积%10.250.10519.520.300.10018.930.350.14524.840.50.21923.0水灰比对混凝土抗渗性的影响最大。水灰比越大，包围水泥颗粒的水层就大，水在水泥石中形成相互连通的、无规则的毛细孔系统，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗渗性
10、就差。相同条件下，随着水灰比增大，毛细孔的半径明显增大，见下表。当混凝土水灰比大于0.55时，混凝土的渗透性急剧增加。表3水灰比和孔隙率的关系6四、影响混凝土抗渗性能因素的研究4.1.1粉煤灰和硅灰4.4.1微裂纹宽度对混凝土抗渗性能的影响4.2理论上讲，带裂隙块体的渗透能力与裂纹宽度w的关系可以由著名的裂隙水流立方定律来描述，也称为Poiseuille定律。q=w3Jf/12(4)q通过裂隙断面的单位时间流量；流体的密度；流体黏度；Jf为裂隙中水力梯度。该式适用条件中，不变形块体是指裂隙形状、体积不受应力及渗透压力的影响；所谓理想裂隙是指假定裂隙两壁面光滑且相互平行，裂隙长度远大于裂隙宽度w
11、，即所谓平行板状窄裂缝。4.4服役期间的工作环境使微裂纹扩展导致渗透性能劣化四、影响混凝土抗渗性能因素的研究4.1.1粉煤灰和硅灰4.4.2静荷载下微裂纹扩展对混凝土抗渗性的影响4.2在外加荷载施加之前，在砂浆与骨料界面之间就存在粘结裂缝，在砂浆和骨料本身，也存在微裂纹，但这些微裂纹与粘结裂纹相比是微不足道的。在所施加的荷载不超过极限荷载的30%之前，粘结裂纹的增量可以忽略不计；如果荷载进一步增加，粘结裂纹不论是在宽度还是在长度方面都将随之增加。荷载达到70%90%极限荷载时，在砂浆内部的微裂纹已经发展延伸，开始连接粘结裂纹；如果是高强混凝土，此时在骨料中也已经开始产生微裂纹；这样就在混凝土内
12、部形成了一个复杂的裂纹网络。连续裂纹在混凝土内部的散布延伸导致混凝土体积的增加。这意味着混凝土内部形成了大于毛细管尺寸的内部孔、空隙系统。这将为气体、液体及可溶解固体在混凝土内部迁移提供了潜在的通道。四、影响混凝土抗渗性能因素的研究4.1.1粉煤灰和硅灰4.4.3时间因素对带裂隙混凝土抗渗性能的影响4.2与龄期对混凝土抗渗性能的影响略有不同，带裂隙混凝土的渗透性随时间递减是由于裂孔隙逐渐被水流带动的物质所堵塞。在对试件施以高水压后在试件底部发现了水泥和其它淤积粒子，说明内部开裂面产生了脱落粒子，部分被冲出裂隙，剩余部分将使水流通道逐渐狭窄。试验结果都证实:渗透持续时间对渗流量有很大影响，总体上
13、说渗流量随时间由大趋小。混凝土内物质的析出固然降低渗透性，但物质析出可能降低混凝土内部的碱环境，这对耐久性本身是不利的；而且物质大量析出会影响强度。如何综合评价混凝土裂缝自动愈合现象对混凝土耐久性的影响，是一个值得进一步研究的问题。五、提高混凝土抗渗性能的措施1.提高混凝土自身的抗渗能力2.采用表面涂层或覆盖层3.浸渍混凝土 6加强混凝土的养护采用机械振捣和机械搅拌，保证混凝土的抗渗性对砂石的清洁度特别是含泥量提出严格要求设计合理的混凝土配合比，严格控制混凝土的水灰比在混凝土中掺入粉煤灰等外加剂提高混凝土的抗渗性六、总结本报告阐述了关注混凝土抗渗性能的重要性，分析了影响混凝土抗渗性能的各个方面
14、和主要影响因素，并且针对这些影响因素，介绍了国内外研究现状及目前获得的一些重要结论。认为水渗透性试验、氯化物渗透性试验、空气渗透性试测试各适合于不同的场合和情况，不存在某一种强于另一种的问题。提出混凝土的抗渗研究应该更多地关注混凝土在服役环境中由于荷载、裂纹扩展等导致的抗渗性能劣化的问题。参考文献1迟培云，梁永峰，于素建，提高混凝土耐久性的技术途径，混凝土，2001年第8期。2过镇海、时旭东编著，钢筋混凝土原理，第一版。北京：清华大学出版社。3易成、谢和平、孙华飞、高伟，混凝土抗渗性能研究的现状与进展。混凝土，2003年第2期。4李志勇、姚佳良、张宇，关于混凝土抗渗性试验方法的研究。混凝土，2006年第2期。5李志刚，浅谈影响混凝土抗渗性能的几个因素。内蒙古石油化工，2011年第8期。6金伟良、赵羽习，混凝土结构耐久性，科学出版社，北京，2002。谢谢
