论混凝土的抗渗性

凌阳++傅国将

【摘 要】混凝土的抗渗性，是指混凝土材料抵抗压力水渗透的能力，它是决定混凝土耐久性最基本的因素。混凝土的抗渗性对于混凝土的耐久性具有重大的意义。本文讨论了混凝土渗透性的机理及影响混凝土渗透性的因素。

【关键词】混凝土；渗透性；机理；影响因素

On the impermeability of concrete

Ling Yang1，Fu Guo-jiang2

（1.Yu Jian， Zhejiang Construction Group Co.， Ltd Shaoxing Zhejiang 312000；

2.Environmental Shaoxing Sheng Construction Co Shaoxing Zhejiang 312000）

【Abstract】Impermeability of concrete， concrete material refers to the ability to resist the pressure of water penetration， which is the most basic factors that determine the durability of concrete. Impermeability of concrete for the durability of concrete is of great significance. This article discusses the mechanism and the factors affecting the permeability of concrete permeability of concrete.

【Key words】Concrete；Permeability；Mechanism；Factors

1. 前言

（1）混凝土耐久性是指混凝土构件在长期使用条件下抵抗各种破坏因素作用而保持其原有性能的性质。混凝土的耐久性直接关系到工程的使用寿命和工程的经济效益，因此在工程上也越来越受到重视。影响混凝土耐久性的因素有很多，抗渗性便是其中之一。

（2）混凝土的抗渗性，是指混凝土材料抵抗压力水渗透的能力，它是决定混凝土耐久性最基本的因素。钢筋锈蚀、冻融循环、硫酸盐侵蚀和碱骨料反应这些会导致混凝土品质劣化的原因中水能够渗透到混凝土内部都是破坏的前提，也就是说水或者直接导致膨胀和开裂，或者作为侵蚀介质扩散进去混凝土内部的载体。所以，混凝土的抗渗性对于混凝土的耐久性具有重大的意义。本文讨论了混凝土渗透性的机理及影响混凝土渗透性的因素。

（3）在钢筋混凝土中，由于水分与空气的渗透，会引起钢筋的锈蚀。钢筋的锈蚀导致其体积增大，造成钢筋周同的混凝土保护层的开裂与剥落，使钢筋混凝土结构失去其耐久性。

（4）渗透性对混凝土的抗冻性也有重要的影响。因为渗透性决定了混凝土可能为水饱和的程度。渗透性高的混凝土，其内部孔隙为水分充满，在水的冰冻压力作用下，混凝土内部结构更易于产生损伤与破坏。

（5）因此可以说，混凝土的抗渗性是其耐久性的第一道防线。

（6）此外，混凝土结构耐久性与混凝土材料本身的渗透性密切相关，尤其是表层混凝土，是抵御水、二氧化碳等有害介质侵蚀的第一道防线。

（7）混凝土与其微观结构的劣化和侵蚀性介质的传输有关，混凝土的渗透性取决于其自身的微结构和饱和水程度，是决定混凝土性能劣化的关键因素。因此可通过检测混凝土的渗透性来评估其耐久性。

2. 混凝土渗透性的机理

（1）混凝土的渗透性是由于混凝土中连通孔道的存在所引起的，混凝土的渗透性的大小取决于流体在连通孔道中流动所受到的阻力。

（2）混凝土结构自建成之日起自身存在大量不连通的微裂纹，在环境因素及应力作用下，这些微裂缝不断扩展直至连通，此时混凝土的渗透性决定了水和有害介质进入内部的速度，从而决定了劣化发展的速度。裂缝扩展（由混凝土的断裂能控制）加速了水等介质的渗透速度，也加速了劣化进程。此外，由于施工浇注的不密实和泌水也会产生混凝土内部的连通孔道。混凝土的渗透性可以看作是流体介质（气体、液体及其溶液）通过混凝土进行的一种扩散现象。因此可用能斯特一爱因斯坦扩散公式表示。

（3）流体在连通孔道中流动阻力大小取决于流通孔道上的最小孔径，即所谓的“瓶颈效应”。Mehta的水透过试验证明：水透过毛细孔（>l00mm）流动比透过更细小的凝胶孔（<50 mm ）容易得多，水泥石作为一个整体，其渗透性比凝胶体大20～100倍。因此Mehta认为：只有l00nm以上的毛细管孔隙才对抗渗性有害，小于50nm的孔可能属于以凝胶为主水化产物内部的微孔，通过这种小孔径的孔道的流动阻力过大而不能被水渗透。由此可见，水泥石的渗透性由其中的毛细管孔隙率控制。

图1 水泥石的渗透性与帽子管孔隙关系

（4）水泥石的渗透性与毛细管孔隙率的关系如图1所示。

图1可见，如果水泥石中的毛细管孔隙率低于20%，其渗透系数低于2×10-11cm/s，与大理石的渗透系数相同。这是因为当毛细管总的孔隙率降低时，混凝土试样中的毛细管之间连通的几率也随之下降。在此引用多孔陶瓷的连通性理论：“只有当陶瓷的密度小于90%时（即孔隙率大于10%时），才能够保证气孔通道的连通性”。由于50mm的孔被认为是对气孔通道的渗透性无用的孔，因此，我们认为混凝土的孔隙率应该大于10%才能使混凝土具有渗透性，即当混凝土的孔隙率小于10%时，混凝土基本上是无渗透的。这与图1的结果是一致的。

（5）Costa和Massaza研究结果也证明了这一结论，如表1所示。当混凝土的孔隙率小于10%时，其渗透性接近于零，不过其中也有孔隙率大于20%的试样其渗漏性也为0，编者认为这可能是因为其中不透水的孔（孔径<50mm）所占的比例过高所致。由此可以推论违用引气剂能够改善混凝土中的气孔分布（将大孔转变成小孔）进而提高其抗渗透性能。

表1 1d、28d、90d龄期的渗透性和孔隙率（%）

3.混凝土渗透性的影响因素

3.1 水泥石的渗透性与水灰比关系。

如果水泥石的水化程度相同，则水灰比越低，渗透性越低。

有研究表明，水泥石水化程度达93%时：当水灰比低于0.6时，渗透系数急剧降低，如水灰比由0.7降至0.3时，则渗透系数可减少到千分之几。这是由于低水灰比的水泥石，其毛细管的体积含量及形状不同而造成的。同时还有研究表明，水灰比为0.7、水化完好的水泥石，其渗透系数与花岗岩相同。

3.2 水泥石的渗透性与水化程度的关系。

（1）当混凝土的水灰比相同时，随着龄期的增长，水化反应使得混凝土结构中的大孔转变成小孔，从而导致大孔含量降低，混凝土的抗渗性也随之改善。

（2）Costa和Massaza研究了普通水泥石与掺入30%Baccoli火山灰的水泥石的孔隙率和渗透性。试验结果显示随着混凝土水化时间的延长，水灰比为0.32的硅酸盐水泥其孔隙率从20.8%（1d）减少到9.8%（28d），90d后其孔隙率降至5～9%，孔隙率的降低也大大提高了混凝土的抗渗性。此外，似乎含火山灰的水泥浆的孔隙率比普通水泥的还高，但28d龄期以后，两者的渗透性没有多大差别。

（3）这可能是由于孔的体系不同造成的。在火山灰反应的情况下，物质沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但却有足够的数量去阻挠与障碍比较小的毛细孔与大孔相连，或者至少能降低大孔的开151程度。这样，含火山灰的水泥浆，

即使其孔隙率可能高于普通水泥浆，但其渗透性也会随水化时间延长而降低。

3.3 水泥石的渗透性与骨料、掺合料的关系。

混凝土是由水泥石、骨料及其界面组成。水泥石和混凝土（与水泥石含有相同的水灰比）渗透性的差异是由于骨料本身的渗透性与界面的渗透性来鉴别的。如果混凝土采用的骨料的渗透性低于水泥石，在一定的压力作用下，水分渗透过水泥石，当渗透到界面处，必定沿着界面绕过骨料颗粒，而使渗透的通路加长，也就是说，由于骨料的存在，使混凝土的渗透性比砂浆低。

在高性能混凝土中，由于水灰比低，且以一部分矿物质掺合料代替相应的水泥，泌水离析现象得到了相应的解决，使得Ca（OH）2在界面上的富集与结晶定向排列得到了解决，界面的黏结强度比普通混凝土高，抗渗性也相应提高。这是高性能混凝土耐久性提高的重要原因。研究表明硅粉含量对混凝土渗透性的影响：

参考文献

[1] 张誉编著.混凝土结构耐久性概论.上海：上海科学技术出版社，2003.

[2] H.索默编.高性能混凝土的耐久性.北京：科学出版社，1998.

表1 1d、28d、90d龄期的渗透性和孔隙率（%）

3.混凝土渗透性的影响因素

3.1 水泥石的渗透性与水灰比关系。

如果水泥石的水化程度相同，则水灰比越低，渗透性越低。

有研究表明，水泥石水化程度达93%时：当水灰比低于0.6时，渗透系数急剧降低，如水灰比由0.7降至0.3时，则渗透系数可减少到千分之几。这是由于低水灰比的水泥石，其毛细管的体积含量及形状不同而造成的。同时还有研究表明，水灰比为0.7、水化完好的水泥石，其渗透系数与花岗岩相同。

3.2 水泥石的渗透性与水化程度的关系。

（1）当混凝土的水灰比相同时，随着龄期的增长，水化反应使得混凝土结构中的大孔转变成小孔，从而导致大孔含量降低，混凝土的抗渗性也随之改善。

（2）Costa和Massaza研究了普通水泥石与掺入30%Baccoli火山灰的水泥石的孔隙率和渗透性。试验结果显示随着混凝土水化时间的延长，水灰比为0.32的硅酸盐水泥其孔隙率从20.8%（1d）减少到9.8%（28d），90d后其孔隙率降至5～9%，孔隙率的降低也大大提高了混凝土的抗渗性。此外，似乎含火山灰的水泥浆的孔隙率比普通水泥的还高，但28d龄期以后，两者的渗透性没有多大差别。

（3）这可能是由于孔的体系不同造成的。在火山灰反应的情况下，物质沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但却有足够的数量去阻挠与障碍比较小的毛细孔与大孔相连，或者至少能降低大孔的开151程度。这样，含火山灰的水泥浆，

即使其孔隙率可能高于普通水泥浆，但其渗透性也会随水化时间延长而降低。

3.3 水泥石的渗透性与骨料、掺合料的关系。

混凝土是由水泥石、骨料及其界面组成。水泥石和混凝土（与水泥石含有相同的水灰比）渗透性的差异是由于骨料本身的渗透性与界面的渗透性来鉴别的。如果混凝土采用的骨料的渗透性低于水泥石，在一定的压力作用下，水分渗透过水泥石，当渗透到界面处，必定沿着界面绕过骨料颗粒，而使渗透的通路加长，也就是说，由于骨料的存在，使混凝土的渗透性比砂浆低。

在高性能混凝土中，由于水灰比低，且以一部分矿物质掺合料代替相应的水泥，泌水离析现象得到了相应的解决，使得Ca（OH）2在界面上的富集与结晶定向排列得到了解决，界面的黏结强度比普通混凝土高，抗渗性也相应提高。这是高性能混凝土耐久性提高的重要原因。研究表明硅粉含量对混凝土渗透性的影响：

参考文献

[1] 张誉编著.混凝土结构耐久性概论.上海：上海科学技术出版社，2003.

[2] H.索默编.高性能混凝土的耐久性.北京：科学出版社，1998.

表1 1d、28d、90d龄期的渗透性和孔隙率（%）

3.混凝土渗透性的影响因素

3.1 水泥石的渗透性与水灰比关系。

如果水泥石的水化程度相同，则水灰比越低，渗透性越低。

有研究表明，水泥石水化程度达93%时：当水灰比低于0.6时，渗透系数急剧降低，如水灰比由0.7降至0.3时，则渗透系数可减少到千分之几。这是由于低水灰比的水泥石，其毛细管的体积含量及形状不同而造成的。同时还有研究表明，水灰比为0.7、水化完好的水泥石，其渗透系数与花岗岩相同。

3.2 水泥石的渗透性与水化程度的关系。

（1）当混凝土的水灰比相同时，随着龄期的增长，水化反应使得混凝土结构中的大孔转变成小孔，从而导致大孔含量降低，混凝土的抗渗性也随之改善。

（2）Costa和Massaza研究了普通水泥石与掺入30%Baccoli火山灰的水泥石的孔隙率和渗透性。试验结果显示随着混凝土水化时间的延长，水灰比为0.32的硅酸盐水泥其孔隙率从20.8%（1d）减少到9.8%（28d），90d后其孔隙率降至5～9%，孔隙率的降低也大大提高了混凝土的抗渗性。此外，似乎含火山灰的水泥浆的孔隙率比普通水泥的还高，但28d龄期以后，两者的渗透性没有多大差别。

（3）这可能是由于孔的体系不同造成的。在火山灰反应的情况下，物质沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但却有足够的数量去阻挠与障碍比较小的毛细孔与大孔相连，或者至少能降低大孔的开151程度。这样，含火山灰的水泥浆，

即使其孔隙率可能高于普通水泥浆，但其渗透性也会随水化时间延长而降低。

3.3 水泥石的渗透性与骨料、掺合料的关系。

混凝土是由水泥石、骨料及其界面组成。水泥石和混凝土（与水泥石含有相同的水灰比）渗透性的差异是由于骨料本身的渗透性与界面的渗透性来鉴别的。如果混凝土采用的骨料的渗透性低于水泥石，在一定的压力作用下，水分渗透过水泥石，当渗透到界面处，必定沿着界面绕过骨料颗粒，而使渗透的通路加长，也就是说，由于骨料的存在，使混凝土的渗透性比砂浆低。

在高性能混凝土中，由于水灰比低，且以一部分矿物质掺合料代替相应的水泥，泌水离析现象得到了相应的解决，使得Ca（OH）2在界面上的富集与结晶定向排列得到了解决，界面的黏结强度比普通混凝土高，抗渗性也相应提高。这是高性能混凝土耐久性提高的重要原因。研究表明硅粉含量对混凝土渗透性的影响：

参考文献

[1] 张誉编著.混凝土结构耐久性概论.上海：上海科学技术出版社，2003.

[2] H.索默编.高性能混凝土的耐久性.北京：科学出版社，1998.