淺析混凝土滲透性測(cè)試方法及影響因素

胡慧瑩 胡文娟

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)行業(yè)協(xié)會(huì)（450002）

淺析混凝土滲透性測(cè)試方法及影響因素

胡慧瑩 胡文娟

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)行業(yè)協(xié)會(huì)（450002）

混凝土保護(hù)層的滲透性是決定混凝土耐久性的重要因素，混凝土滲透性測(cè)試方法及影響因素的研究具有重要的工程實(shí)際意義。這里在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土滲透性的測(cè)試方法和影響因素進(jìn)行了總結(jié)分析。

混凝土；滲透性；耐久性

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，混凝土早已成為現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的主要材料,我國(guó)每年混凝土用量約10億m3。近幾年來(lái)，混凝土耐久性的研究在國(guó)內(nèi)外引起了普遍重視。眾所周知，影響混凝土耐久性的因素很多，包括其本身的強(qiáng)度、保護(hù)層厚度以及外部環(huán)境影響等，而最主要的則是混凝土保護(hù)層滲透性。故對(duì)混凝土耐久性的研究長(zhǎng)期以來(lái)都是建立在對(duì)其滲透性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)之上。滲透性是指氣體、液體及其他離子受壓力、化學(xué)勢(shì)或電場(chǎng)作用，在混凝土中滲透、擴(kuò)散或遷移的難易程度?；炷恋谋Ｗo(hù)層作為抵御水、二氧化碳等有害介質(zhì)侵蝕的第一道防線，對(duì)于阻止各種化學(xué)元素（氯離子、碳酸離子、硫酸離子等）的侵入，避免鋼筋腐蝕，降低各種凍融和鹽凍的破壞具有重要的作用[1]。因此，開展對(duì)混凝土滲透性的研究，無(wú)疑是耐久性研究中不可或缺的組成部分，對(duì)混凝土耐久性的評(píng)價(jià)與高耐久性混凝土的設(shè)計(jì)亦具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)有滲透性測(cè)試方法概述

常用的混凝土抗?jié)B性測(cè)試方法有水壓力試驗(yàn)法、抗氯化物滲透試驗(yàn)法和氣體滲透性測(cè)試法等。與以水和各種化合物為介質(zhì)的測(cè)試方法不同，以氣體為介質(zhì)的測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)改變測(cè)試構(gòu)件的微觀結(jié)構(gòu)和組成，更符合實(shí)際情況，有利于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損傷檢測(cè)。因此就國(guó)內(nèi)目前情況來(lái)說(shuō)，前兩種試驗(yàn)方法均以試驗(yàn)室測(cè)試為主，氣體滲透法則主要用于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損傷檢測(cè)。

1.1 水壓力試驗(yàn)法

水壓力試驗(yàn)法分為穩(wěn)定流動(dòng)法、滲透深度法[2-3]。穩(wěn)定流動(dòng)法僅適用于研究具有較高滲透性的混凝土,且根據(jù)Darcy定律計(jì)算滲透系數(shù)過(guò)程中，一般存在相當(dāng)大的試驗(yàn)誤差。

滲透深度法測(cè)量壓力液體穿透混凝土的深度，通常采用一次加壓法，恒壓24h后劈開試件，測(cè)試平均滲水高度，并以此計(jì)算滲透系數(shù)Kp。計(jì)算Kp時(shí)由于孔隙率常采用估算值而引起誤差。

它們存在的主要缺陷是:混凝土同時(shí)受水壓力和毛細(xì)孔壓力兩種驅(qū)動(dòng)力的作用，但卻不能區(qū)別和表示混凝土的水壓力滲透性和毛細(xì)孔壓力滲透性各自的大小。水壓力滲透性測(cè)試方法的試驗(yàn)結(jié)果雖然包含了毛細(xì)孔壓力滲透性的作用，但在多數(shù)情況下卻不能代替毛細(xì)孔壓力滲透性的測(cè)試方法。在毛細(xì)孔壓力大于水壓力的情況下，滲透高度法甚至不能正確判定水壓力滲透性的高低。只有與毛細(xì)孔壓力滲透性試驗(yàn)相結(jié)合，才能判定水壓力滲透性的高低。

1.2 離子滲透性的測(cè)試方法

離子滲透性的測(cè)試方法的代表是氯離子滲透性試驗(yàn)[4-5]。這種方法存在的不足是:試驗(yàn)測(cè)得的氯離子濃度分布結(jié)果，多數(shù)是相對(duì)混凝土一定滲透深度以內(nèi)單位質(zhì)量或單位體積的氯離子平均濃度。它無(wú)法反映混凝土材料和孔結(jié)構(gòu)中呈不均勻分布的局部氯離子濃度。因此，建議在評(píng)價(jià)混凝土的氯離子滲透性時(shí)，不僅要考慮和采用混凝土單位體積或質(zhì)量的氯離子濃度，而且應(yīng)當(dāng)考慮和增加單位孔隙體積（主要指開口孔隙體積）的氯離子濃度指標(biāo)——混凝土內(nèi)部氯離子數(shù)量除以開口孔隙體積，或混凝土某一深度內(nèi)單位體積氯離子濃度除以開口孔隙率。這樣才能反映混凝土局部氯離子濃度的高低。在實(shí)際工程中，氯離子在混凝土內(nèi)部的滲透性會(huì)同時(shí)受到毛細(xì)孔壓力和水壓力的影響。離子滲透性的試驗(yàn)方法大多數(shù)僅反映了氯離子濃度差的影響（測(cè)試前試塊多已飽水或飽鹽），所以要判斷氯離子在混凝土內(nèi)部滲透的真實(shí)情況，還必須同時(shí)進(jìn)行毛細(xì)孔壓力滲透性試驗(yàn)與水壓力滲透性試驗(yàn)。

1.3 氣體滲透性測(cè)試法

氣體滲透測(cè)試法主要是基于達(dá)西滲透定律，通

過(guò)在混凝土表層創(chuàng)建真空，測(cè)試混凝土試樣滲透前后壓強(qiáng)差確定混凝土滲透系數(shù)，從而測(cè)出混凝土保護(hù)層的空氣滲透系數(shù)，同時(shí)也可以估算受影響的混凝土深度。該方法測(cè)試相對(duì)可靠，但對(duì)試件表面平整度要求較高。目前國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少，韓陽(yáng)、段君峰[6]等人曾利用氣體滲透測(cè)試儀，通過(guò)試驗(yàn)，建立了混凝土試件氣壓差與滲透系數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)模型，并論證了該方法的可行性。

2 滲透性影響因素及改善措施

混凝土滲透性的影響因素很多。內(nèi)部因素是指混凝土本身的材料組成和結(jié)構(gòu)特性，外在因素是指混凝土所處的使用環(huán)境。其影響因素主要有以下幾個(gè)方面[7]。

2.1 水灰比及集料對(duì)混凝土滲透性的影響

混凝土通過(guò)水泥作膠凝材料，砂、石作集料，與水（可含外加劑和摻合料）按一定比例配合，經(jīng)充分?jǐn)嚢栊纬桑虼吮仨氝x擇合適的原材料，采用良好的配合比。實(shí)際工程中，加水量常常過(guò)多，過(guò)多超量的水在混凝土內(nèi)部留下了孔隙，從而大大降低了混凝土的密實(shí)度而增加了孔隙率和滲透性，使混凝土容易受有害氣體和液體的侵蝕滲透，這是水灰比影響耐久性的主要原因。因此要提高混凝土的抗?jié)B性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細(xì)管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌合用水量。

2.2 摻合料對(duì)混凝土滲透性的影響

摻合料(火山灰、粉煤灰、礦渣)能顯著降低混凝土的滲透性，這是由于漿體結(jié)構(gòu)得到了改善，水灰產(chǎn)物填充孔隙，毛細(xì)孔隙率降低，孔徑細(xì)化，孔的連通性被阻斷，從而滲透性降低。對(duì)于加摻合料的混凝土，長(zhǎng)時(shí)間的濕養(yǎng)護(hù)是必須的。

2.3 孔結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土滲透性的影響

混凝土強(qiáng)度和滲透性雖然沒有必然的聯(lián)系，但仍存在著密切關(guān)聯(lián)性。因?yàn)榛炷恋臐B透性與連通的孔隙有關(guān)，而抗壓強(qiáng)度主要是受總的孔隙率控制的。Nyame等人和Metha等人的研究表明:混凝土的滲透性和孔徑分布存在良好的關(guān)系。根據(jù)Nyame的研究，“最大連續(xù)孔徑”是代表性的孔尺寸，水只能通過(guò)它在混凝土中滲透。Metha提出“臨界孔徑”是滲透性和孔徑分布關(guān)系中的一個(gè)重要參數(shù)。這兩種孔徑的范圍以132nm為界，大孔對(duì)滲透性的影響比小孔更為重要。楊志強(qiáng)等人比較了養(yǎng)護(hù)溫度分別為27℃和60℃下水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)和滲透性，結(jié)果表明:60℃養(yǎng)護(hù)的樣品具有較小的孔隙率，但滲透性較高，其主要差別是由60℃養(yǎng)護(hù)樣品中75～ 230nm的孔引起的，認(rèn)為孔徑大于75nm的孔對(duì)混凝土的滲透性有很大的影響。

2.4 混凝土制作工藝對(duì)其滲透性的影響

混凝土在制作和使用中,通常包括拌和、運(yùn)輸、澆搗和養(yǎng)護(hù)四道程序。

在拌合過(guò)程中往往不按有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求施工，隨意性很大，致使混凝土熟料得不到充分地?cái)嚢?。加水常常超量，使水灰比過(guò)大，從而降低了混凝土成品的抗?jié)B性。

混凝土澆筑、振搗是保證混凝土工程質(zhì)量的關(guān)鍵性工序?；炷潦┕ぶ凶畛Ｒ姷馁|(zhì)量事故如蜂窩、麻面、孔洞、露筋、埋件和轉(zhuǎn)角處多孔疏松，拆模時(shí)脫棱掉角、表面泛漿和多孔，使混凝土的密實(shí)性降低，從而降低了混凝土的抗?jié)B性。另外，在混凝土終凝前做好原漿抹面壓光,也可增加表面密實(shí)度，是提高混凝土抗?jié)B性的一個(gè)有力措施。自然環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)體的物理、化學(xué)侵蝕是從表面開始的。因此，結(jié)構(gòu)表面施工質(zhì)量的優(yōu)劣將影響整個(gè)構(gòu)件的滲透性。

混凝土的養(yǎng)護(hù)是影響混凝土滲透性的又一個(gè)重要因素。混凝土是一種疏松多孔的混合物，新拌混凝土中存在著大量均勻分布的毛細(xì)孔，其中充滿水，使混凝土進(jìn)一步發(fā)生水化作用，使大孔變成小孔，增加混凝土的密實(shí)度。若養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，會(huì)使毛細(xì)孔水迅速蒸發(fā)，水泥不僅因缺水而停止水化作用，還會(huì)因毛細(xì)管引力作用很快使混凝土收縮。此時(shí)混凝土強(qiáng)度還很低，收縮引起的拉應(yīng)力很快使混凝土開裂，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，造成質(zhì)量事故。因此，混凝土澆搗完畢后必須及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)論

混凝土保護(hù)層的滲透性是決定混凝土耐久性的重要因素，對(duì)其滲透性檢測(cè)方法的研究具有重要的工程實(shí)際意義。

[1]楊錢榮.混凝土滲透性及引氣作用對(duì)耐久性的影響[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,37(6).

[2]陳立軍.混凝土滲透性測(cè)試方法的改進(jìn)及水膠比的影響[J].混凝土，2005,(11).

[3]陳立軍，孔令煒,，王德君，丁銳，梁銳.混凝土滲透性概念的細(xì)化及其測(cè)試方法[J].混凝土，2009,(1).

[4]蘇安雙，巴恒靜，葉金蕊，鄧宏衛(wèi).混凝土滲透性測(cè)定方法比較與選[J].工業(yè)建筑，2006,36(9).

[5]楊錢榮，朱蓓蓉.混凝土滲透性的測(cè)試方法及影響因素，低溫建筑技術(shù)，2003,(5).

[6]韓陽(yáng)，段君峰，丁會(huì)甫.混凝土保護(hù)層滲透系數(shù)測(cè)試方法研究[J].混凝土，2011,(11).

[7]賀霞，史慶軒，劉元展.混凝土滲透性的影響因素及改善措施[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007,(20).