混凝土渗透性
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EXPOSURE PERIOD YEARS
% CL. AT 50 MM DEPTH 8% MS* SPC-A**
2 10 20 40
0.00002 0.046 0.140 0.272
0.19 0.39 0.45 0.49
*MS-CONC: W/C = 0.6, C = 302 KG/M3，8%Silica Fume **SPC-A: W/C = 0.55, C = 305KG/M3 SLUMP = 127 MM
W/C>0.6 的普通混凝土 W/C=0.4~0.6 的普通混凝土 W/C<0.4 的普通混凝土 改性乳液混凝土 聚合物浸渍混凝土
存在问题：
在电场和浓度差的驱使下发生的离子迁移，与 纯粹的渗透有差距。 施加60V的高电压而产生极化反应，使溶液温 度升高，影响实验结果。 实验结果受到混凝土孔溶液化学成分的影响。 对于特低渗透性的混凝土误差加大。
测定方法：
自然扩散法 电迁移法
计算方法：
Fick第二定律
氯离子在混凝土中扩 散时，扩散系数随扩 散时间而变化，是非 稳定扩散。
Fick第二定律
对于一维扩散
Ci Ci Di 2 t x
2
上式的解为：
x Ci ( x, t ) Ci 0 (1 erf ) 2 Di t
erf(x)是余误差函数
混凝土的渗透性
影响混凝土耐久性的各种破坏过程 都与水有关，因此混凝土的渗透性 是评价混凝土耐久性的重要指标。
材料的渗透性
在材料的两个相对表面，当压力、浓度或电 位等有差异时，就有物质从压力（浓度等） 高的方向向压力（浓度等）低的方向迁移的 过程。 在压力差的作用下发生的物质迁移称为渗透； 在浓度差的作用下发生的物质迁移称为扩散。 材料的渗透性是材料的特性，用于衡量多孔 固体中液体流动速度的一种性质。
交流阻抗法
采用1V，1000Hz的交流电流，试件两 端采用3%的NaCl溶液，测定混凝土的 交流阻抗。 实验结果与ASTM C1202方法的结果 有很好的相关性。 同样是定性评价方法。 实验结果受到混凝土孔溶液化学成分的 影响。
氯离子扩散系数测定方法
扩散指一种介质在有浓度差而无压力差 的条件下在另一种介质中传输的过程。 用Fick定律描述。 假定基质的成分和微结构是均匀的，传 输介质与基质不发生反应。
rk
A0 (1 )
2
k：比例系数
由此，材料的渗透系数
1 k 2 K ( ) 2 8 A0 (1 )
渗透性是反映材料本身特性的参数，与参与 渗透的流体性质无关。但表征参数与流体性 质有关。 材料的毛细孔结构决定渗透的性质和程度。 对于带变截面的连通毛细孔的多孔体，渗透 性由连通渠道的最小直径所决定。 气体和液体在混凝土中的渗透过程中无相的 变化。
Fick定律
Fick第一定律：描述与时间无关的稳定 扩散状态。 Fick第二定律：描述与时间有关的非稳 定扩散状态。
某种物质在另一种物质中的扩散性（用 扩散系数表示）是这种物质的特性，但 也反映第二种物质的结构性质。 混凝土的渗透性可以通过氯离子在混凝 土中的扩散系数来表征。 扩散与渗透具有正比关系。可用扩散系 数来表征混凝土的渗透性。
混凝土渗透性测量方法
压力水渗透法： 直流电量法 交流阻抗法 氯离子扩散系数法
压力水渗透法
压力水渗透法
定性评价方法。只适用于低抗渗性的试 件。
测量水透过规定尺寸的混凝土试件所需 的压力。 与试验时间有关。 试验压力并不代表混凝土的抗渗能力。
直流电量法
美国ASTM C1202采用的方法 用于评价具有高密实性的混凝土的抗渗 性。 定性的分级评定方法。
对于稳定流动，渗透系数K由达西定律 描述：
2
dq r AP AP K dt 8 l l dq/dt为液体流动的速率
K r
2
8
η为液体的粘度 ΔP为压力梯度 A为毛细孔表面积 l为固体厚度 r为材料中毛细孔的半径
多孔材料的毛细孔半径r与孔隙率ε及其 组成材料的颗粒的比表面积A0有关：
假定粒子i的迁移数为1，则粒子i的偏电 导等于混凝土的电导。
测定由高浓度盐溶液饱和的混凝土的电 导，即可由N-E方程近似计算氯离子在 混凝土中的扩散系数。
混凝土的扩散系数与混凝土渗透性的关系
NEL 法建议评价标准
混凝土等 饱盐混凝土电导率 水灰比 氯离子扩散系数 -4 (W/C) (10-14m2/s) 级 (10 S/m) >0.60 <C30 >2000 >1000 0.45~0.60 C30~C40 1000~2000 500~1000 0.40~0.45 C40~C60 200~1000 100~500 0.35~0.40 C60~C80 100~200 50~100 0.30~0.35 C80~C100 10~100 5~50 <0.30 >C100 <10 <5 为 25C，用饱和 NaCl 溶液饱和的饱盐混凝土的电导率
自然扩散法
预先测定氯离子随时间和距离变化的离 子扩散曲线，即可用上式计算离子的扩 散系数。 经典方法，比较接近实际情况。 费时费力。
Calculated Chloride Concentration in Concrete at 50mm Depth after Varying Exposure Periods in Seawater
试件：Φ100mm50mm饱水混凝土块； 正极：0.3mol NaOH溶液； 负极：3% NaCl溶液； 60V 直流电流通电6小时。 记录这期间通过试件的电量。
通过混凝土的电量与混凝土渗透性的关系
通过混凝土的电量/C >4000 2000-4000 1000-2000 100-1000 <100 混凝土渗透性 高 中 低 极低 可忽略 混凝土类型
基于Nernst-Einstein方程的电迁移法
将混凝土看作固体电解质，则带电粒子i 在混凝土中的扩散系数Di与其偏电导σi 有关（Nernst-Einstein方程）：
RT i Di 2 2 Z i F Ci
如果知道粒子 i的偏电导和浓度，则 粒子 i的扩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系数便可求出。
实际情况迁移数总 小于1。现取1是偏 于保守
% CL. AT 50 MM DEPTH 8% MS* SPC-A**
2 10 20 40
0.00002 0.046 0.140 0.272
0.19 0.39 0.45 0.49
*MS-CONC: W/C = 0.6, C = 302 KG/M3，8%Silica Fume **SPC-A: W/C = 0.55, C = 305KG/M3 SLUMP = 127 MM
W/C>0.6 的普通混凝土 W/C=0.4~0.6 的普通混凝土 W/C<0.4 的普通混凝土 改性乳液混凝土 聚合物浸渍混凝土
存在问题：
在电场和浓度差的驱使下发生的离子迁移，与 纯粹的渗透有差距。 施加60V的高电压而产生极化反应，使溶液温 度升高，影响实验结果。 实验结果受到混凝土孔溶液化学成分的影响。 对于特低渗透性的混凝土误差加大。
测定方法：
自然扩散法 电迁移法
计算方法：
Fick第二定律
氯离子在混凝土中扩 散时，扩散系数随扩 散时间而变化，是非 稳定扩散。
Fick第二定律
对于一维扩散
Ci Ci Di 2 t x
2
上式的解为：
x Ci ( x, t ) Ci 0 (1 erf ) 2 Di t
erf(x)是余误差函数
混凝土的渗透性
影响混凝土耐久性的各种破坏过程 都与水有关，因此混凝土的渗透性 是评价混凝土耐久性的重要指标。
材料的渗透性
在材料的两个相对表面，当压力、浓度或电 位等有差异时，就有物质从压力（浓度等） 高的方向向压力（浓度等）低的方向迁移的 过程。 在压力差的作用下发生的物质迁移称为渗透； 在浓度差的作用下发生的物质迁移称为扩散。 材料的渗透性是材料的特性，用于衡量多孔 固体中液体流动速度的一种性质。
交流阻抗法
采用1V，1000Hz的交流电流，试件两 端采用3%的NaCl溶液，测定混凝土的 交流阻抗。 实验结果与ASTM C1202方法的结果 有很好的相关性。 同样是定性评价方法。 实验结果受到混凝土孔溶液化学成分的 影响。
氯离子扩散系数测定方法
扩散指一种介质在有浓度差而无压力差 的条件下在另一种介质中传输的过程。 用Fick定律描述。 假定基质的成分和微结构是均匀的，传 输介质与基质不发生反应。
rk
A0 (1 )
2
k：比例系数
由此，材料的渗透系数
1 k 2 K ( ) 2 8 A0 (1 )
渗透性是反映材料本身特性的参数，与参与 渗透的流体性质无关。但表征参数与流体性 质有关。 材料的毛细孔结构决定渗透的性质和程度。 对于带变截面的连通毛细孔的多孔体，渗透 性由连通渠道的最小直径所决定。 气体和液体在混凝土中的渗透过程中无相的 变化。
Fick定律
Fick第一定律：描述与时间无关的稳定 扩散状态。 Fick第二定律：描述与时间有关的非稳 定扩散状态。
某种物质在另一种物质中的扩散性（用 扩散系数表示）是这种物质的特性，但 也反映第二种物质的结构性质。 混凝土的渗透性可以通过氯离子在混凝 土中的扩散系数来表征。 扩散与渗透具有正比关系。可用扩散系 数来表征混凝土的渗透性。
混凝土渗透性测量方法
压力水渗透法： 直流电量法 交流阻抗法 氯离子扩散系数法
压力水渗透法
压力水渗透法
定性评价方法。只适用于低抗渗性的试 件。
测量水透过规定尺寸的混凝土试件所需 的压力。 与试验时间有关。 试验压力并不代表混凝土的抗渗能力。
直流电量法
美国ASTM C1202采用的方法 用于评价具有高密实性的混凝土的抗渗 性。 定性的分级评定方法。
对于稳定流动，渗透系数K由达西定律 描述：
2
dq r AP AP K dt 8 l l dq/dt为液体流动的速率
K r
2
8
η为液体的粘度 ΔP为压力梯度 A为毛细孔表面积 l为固体厚度 r为材料中毛细孔的半径
多孔材料的毛细孔半径r与孔隙率ε及其 组成材料的颗粒的比表面积A0有关：
假定粒子i的迁移数为1，则粒子i的偏电 导等于混凝土的电导。
测定由高浓度盐溶液饱和的混凝土的电 导，即可由N-E方程近似计算氯离子在 混凝土中的扩散系数。
混凝土的扩散系数与混凝土渗透性的关系
NEL 法建议评价标准
混凝土等 饱盐混凝土电导率 水灰比 氯离子扩散系数 -4 (W/C) (10-14m2/s) 级 (10 S/m) >0.60 <C30 >2000 >1000 0.45~0.60 C30~C40 1000~2000 500~1000 0.40~0.45 C40~C60 200~1000 100~500 0.35~0.40 C60~C80 100~200 50~100 0.30~0.35 C80~C100 10~100 5~50 <0.30 >C100 <10 <5 为 25C，用饱和 NaCl 溶液饱和的饱盐混凝土的电导率
自然扩散法
预先测定氯离子随时间和距离变化的离 子扩散曲线，即可用上式计算离子的扩 散系数。 经典方法，比较接近实际情况。 费时费力。
Calculated Chloride Concentration in Concrete at 50mm Depth after Varying Exposure Periods in Seawater
试件：Φ100mm50mm饱水混凝土块； 正极：0.3mol NaOH溶液； 负极：3% NaCl溶液； 60V 直流电流通电6小时。 记录这期间通过试件的电量。
通过混凝土的电量与混凝土渗透性的关系
通过混凝土的电量/C >4000 2000-4000 1000-2000 100-1000 <100 混凝土渗透性 高 中 低 极低 可忽略 混凝土类型
基于Nernst-Einstein方程的电迁移法
将混凝土看作固体电解质，则带电粒子i 在混凝土中的扩散系数Di与其偏电导σi 有关（Nernst-Einstein方程）：
RT i Di 2 2 Z i F Ci
如果知道粒子 i的偏电导和浓度，则 粒子 i的扩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系数便可求出。
实际情况迁移数总 小于1。现取1是偏 于保守