混凝土抗渗性能研究的现状与进展(一)

混凝土抗渗性能研究的现状与进展(一)

摘要：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，对今后混凝土抗渗性能研究的发展方向也进行了探讨。认为水渗透性试验、氯化物渗透性试验、空气渗透性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。在荷载作用对混凝土抗渗性能的影响问题上，目前不同研究人员的研究结论之所以相差悬殊，试验条件不同是一个主要原因。

关键词：混凝土抗渗性能耐久性微裂纹

1前言

20世纪30年代，人们开始关注混凝土的抗渗性能，是始于大型水工工程的建设，诸如混凝土水坝、水渠、涵管及位于地下水位线以下的地下结构如隧道等；一旦混凝土的抗渗性能不足或受到破坏，会降低这些结构的使用效能，造成污染、渗漏等事故。尤其是水坝之类的大型水工结构，在设计中需要确知混凝土抵抗高水压下水穿透的能力1]。

从20世纪80年代起，人们重新对混凝土抗渗性能产生兴趣，是由于混凝土的耐久性问题日益为人们所关注。混凝土的耐久性，与水和其它有害液体、气体向其内部流动的数量、范围等有关，因此抗渗性能高的混凝土，其耐久性就好。近年来，高性能混凝土的概念大有取代高强混凝土概念的趋势2]，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是耐久性有保证的混凝土。因此，要研究高性能混凝土，就不能不关注混凝土的抗渗性能。然而，服役期间的混凝土，其抗渗性能并非是一个常数，其与龄期、浆体水化程度等因素丝丝相扣，与微裂纹的延伸扩展更是密切相关。正是因为涉及的影响因素太多，试验耗功耗时，因此，目前人们在这方面获得的研究成果还远远不能令人满意，有必要在这方面进一步深入进行研究。本文正是针对上述问题，分析了混凝土的抗渗性能的主要影响因素，并且介绍了研究现状。

2试验方法的研究

混凝土的渗透试验是一项艰难而耗时的工作，用什么方法能快速而且准确地测量出反映混凝土渗透性能的数据，首先成为有关研究人员的研究领域。

研究混凝土抗渗性能有多种试验方法；有传统的水压力试验法，还有近年来越来越引起人们重视的抗氯化物渗透试验法，以及气体渗透性试验法等。气体渗透法比较适合在现场测试，在我国应用相对较少，试验室测试以前两种为主。

2.1水压力法

传统的水压力试验法又分为稳定流动法(constantflowmethod)、渗透深度法(depthofpenetrationmethod)和抗渗标号法。

稳定流动法测量压力液体流过混凝土的流量、流速，适用于研究具有较高渗透性，例如强度不高、龄期不长的混凝土。在该方法中，渗透系数Kf可以根据Darcy定律来确定，在足够缓慢的单向稳定流中Darcy定律可表示为:

Kf=μQd/A·t·H(1)

在此，Kf———流动法测量的渗透系数；

μ———液体的黏度；

Q———液体流量

；A———流动液体穿越的试件截面积；

t———流量穿越试件所花时间；

d———试件高度；

H———水头高度。

在根据Darcy定律计算渗透系数过程中，测量一般存在相当大的试验误差，所以谨慎起见，要在不同的低流速下进行测量，将流速对压降作图，用一条直线来拟合这些数据点3]。渗透深度法测量压力液体穿透混凝土的深度，适用于研究具有低渗透性的混凝土。在该方法中，相对渗透系数可用下式

计算4]:

Kp=.d2·v/2t·H(2)

在此，Kp———渗透深度法测量的渗透系数；.

d———平均渗透高度；

v———混凝土孔隙率；

t———恒定压力时间；

H———水头高度。

应该说，由于孔隙率实测困难而常采用估算值，Kp值有误差，一般仅用于进行相对值的比较。R1P1KhatriandV1Sirivivatnanon5]在研究中，建立了稳定流动法与渗透深度法之间的联系，给出了两种研究方法的选择标准。他们认为，究竟采用哪种试验方法为宜，取决于混凝土的28天抗压强度F28c与龄期T，临界条件如下:如果213(T)2+111(F28c)2>10400，采用渗透深度法；如果213(T)2+111(F28c)2

我国试验方法标准中采用的是所谓抗渗标号法6]，采用6个高度为180mm的圆台形试件从0.1MPa开始施加水压，每隔8小时水压增加011MPa，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；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是渗透深度法的一种特例。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，该方法获得的数据太少。

2.2氯离子渗透试验法

近年来随着新型外加剂的不断出现，混凝土的水灰比越来越小，所测试的试件越来越密实，导致水压力试验法非常费时，而且渗透深度小，计算也易导致较大误差。人们希望有一种能加快试验速度的试验方法。因此，通电增加氯离子渗透速度的试验方法为许多研究人员采用。一般而言，抗氯化物渗透性好，往往就意味着抗水及抗气体渗透性好；反之亦然。当然，它们也非完全没有差别。因为抗氯离子渗透性能不仅仅反映材料的致密程度，而且反映混凝土成分与氯离子的化学反应，最能直接反映混凝土的耐久性能。

直流电量法是氯离子渗透试验的代表，它也是AASHTOT277和ASTMC1202推荐的测量混凝土渗透性的方法7，8]。文献9]对这一方法进行了较详细的阐述: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；总的电荷库仑数由电流—时间函数曲线(单位是安培·秒)下的面积计算。这一试验的基本原理是，氯化物离子的负电荷将被吸引到正电极；因此，测试期间电流的传输量就是氯化物渗透混凝土的量。上述方法存在的问题之一是在长时间电压作用下溶液产生热量，实验数据受到干扰。为解决这一问题，许多学者进行了探讨，例如有的学者在盛溶液的容器中加了水泵和热交换器来减少溶液温升的影响10]；而有的人则采用降低电压(12伏)而延长试验时间(30小时)的方法降低溶液热量11]；当然，延长试验时间毕竟不是一个优良的选择，将导致混凝土龄期对渗透性的影响增加，尤其龄期较低时是如此。目前，有研究人员提出用高频而低压的交流电取代直流电并配以电桥进行混凝土渗透性测量；其原理是：由试件与可变电阻和电容形成电桥的半桥，两个标准电阻形成另外半桥。通过调节可变电阻与电容使电桥平衡，由此可测得试件的阻抗、电导或通过试件的电量等参数，并以此评定混凝土的渗透性。