荷载等级对混凝土渗透性能的影响

童慧芝 黄 晋

0 引言

现代科技与时代的发展要求混凝土材料和结构具有越来越高的性能与耐久性。混凝土耐久性从根本上取决于其渗透性，抗渗性能的好坏决定了外界物质侵蚀混凝土的难易与快慢[1，2]。因此，正确有效地对混凝土渗透性能进行评价十分重要。然而现有的评价方法多停留于实验室分析研究，脱离了复杂的服役环境，特别是忽略了荷载作用的影响。少数一部分意识到了荷载的重要性，但却在卸载之后进行分析评价[3-8]。大量的研究表明[7，9，10]，荷载的施加改变了与混凝土渗透性息息相关的内部微裂纹的分布与数量，卸载与否则决定了裂纹的闭合状态。

本文基于上述出发点，研究弯曲荷载作用期间，不同应力水平及水灰比对于受拉应力作用区混凝土水渗透性能的影响。根据混凝土的电阻与含水率之间的良好相关关系，可知混凝土的电阻变化履历可在一定程度上表达混凝土的水分迁移特征。

研究表明，混凝土内部孔径特征符合分形几何的思想，即孔径越小，数量越多;孔径越大，数量越少。这说明，有害孔中的毛细孔是外界物质进入混凝土内部的主要通道。对于干燥混凝土，水分先充满数量不多的大孔，再充满数量占多的毛细孔，促使电

其中，Kr为相对渗透系数，mm/s;Dm为平均渗水高度，mm;H为压力水头，1.0 MPa的压力水头为102 m;T为恒压时间，s;a为混凝土的吸水率，约为0.03，或进行实际测定，约在 0.02～0.06之间。解质溶解，电阻出现明显的下降。

因此，可将该突变的时间作为水分在该压力水头下到达该深度的时间。确定渗透时间—渗透深度—压力水头，可采用达西定律的推导式求得混凝土的相对渗透系数，如式(1):

1 实验概要

基于上述研究路线，以普通水灰比0.65混凝土为研究对象，确定压力水头为规程建议使用的1.0 MPa～1.2 MPa范围，在弯曲集中荷载作用下的受拉面20 mm，30 mm，40 mm 3个渗水深度处埋置铜电极，配合自行设计的整个监测系统，考察与分析4个开裂荷载的荷载水平(分别为 0.7倍，0.5倍，0.3倍开裂荷载和无荷载条件)对混凝土渗透性能的影响。

1.1 原材料及混凝土配合比

本研究以普通混凝土作为研究对象，见表 1，表2，目标坍落度使用泵送混凝土的常用坍落度(150±10)mm。

表1 混凝土实验原材料

表2 配合比(1 m3)

1.2 渗透装置

渗水实验实物图包括三部分:1)荷载的施加与控制，采用2分点加载的形式，两端支点垫以钢板和荷载传感器，拧紧螺栓对试件施加荷载，荷载传感器(量程10 kN)与数据采集仪(c)相连接以控制荷载大小。2)压力水头用混凝土渗透仪控制，量程为0 MPa～5 MPa，其出水端用铜管连出，配合自制渗水模具对试件施加水压。3)混凝土各渗水深度处的电阻用手持式 lcr电桥以半小时为间隔进行测定记录。

1.3 其他试件及汇总

本研究以集中荷载的开裂荷载(fcr)作为基准，采用0.7倍，0.5倍，0.3倍开裂荷载和无荷载四种荷载水平来考查荷载的影响。确定开裂荷载的试件结构与形式只比实验对象少了电极的布置，其他相同。

浇筑抗压强度试件以确定混凝土基本物理力学性能，尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。

2 实验结果及分析

2.1 混凝土电阻履历

图1为混凝土电阻随时间的变化曲线，可得到下述结论:1)电阻变化曲线出现拐点，根据上节所述，可将曲线趋向平衡的那个拐点作为水分基本到达的时间。2)初始电阻随着渗透深度的增加而降低。说明在这一干燥状态，混凝土内部水分分布不均匀。

2.2 相对渗透系数

根据上述曲线，可获得各处混凝土电阻变化的拐点时刻，如表3所示。

根据实验规程给定公式，可得到相对渗透系数表格如表4所示。

2.3 荷载作用对混凝土渗透性能的影响

分析上述图表，随着荷载水平的增加，混凝土的渗透系数出现了明显的增长，当荷载水平达到 0.5倍 fcr时，渗透系数达到了无荷载施加条件的2倍以上。0.65水灰比混凝土的渗透系数对于荷载水平的反应灵敏，荷载达到0.3倍开裂荷载水平时，渗透系数就达到了无荷载水平的2倍。

表3 电阻拐点时刻

表4 相对渗透系数

3 结语

本文研究了混凝土弯曲开裂荷载水平与混凝土渗透性能的关系。0.3倍开裂荷载水平是改变水灰比为0.65混凝土渗透性能的临界荷载，这些临界荷载导致混凝土相对渗透系数比无荷载作用时提高了2倍以上。这说明，弯曲荷载的存在极大降低了混凝土的抗渗性能。

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