浅析混凝土渗透性测试方法及影响因素

2015-03-21胡慧莹胡文娟

河南建材 2015年6期

关键词：毛细孔渗透性测试方法

胡慧莹胡文娟

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2河南省建设工程质量监督检测行业协会（450002）

浅析混凝土渗透性测试方法及影响因素

胡慧莹胡文娟

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2河南省建设工程质量监督检测行业协会（450002）

混凝土保护层的渗透性是决定混凝土耐久性的重要因素，混凝土渗透性测试方法及影响因素的研究具有重要的工程实际意义。这里在总结前人研究的基础上，对混凝土渗透性的测试方法和影响因素进行了总结分析。

混凝土；渗透性；耐久性

随着经济的不断发展，混凝土早已成为现代工程结构的主要材料,我国每年混凝土用量约10亿m3。近几年来，混凝土耐久性的研究在国内外引起了普遍重视。众所周知，影响混凝土耐久性的因素很多，包括其本身的强度、保护层厚度以及外部环境影响等，而最主要的则是混凝土保护层渗透性。故对混凝土耐久性的研究长期以来都是建立在对其渗透性评价的基础之上。渗透性是指气体、液体及其他离子受压力、化学势或电场作用，在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度。混凝土的保护层作为抵御水、二氧化碳等有害介质侵蚀的第一道防线，对于阻止各种化学元素（氯离子、碳酸离子、硫酸离子等）的侵入，避免钢筋腐蚀，降低各种冻融和盐冻的破坏具有重要的作用[1]。因此，开展对混凝土渗透性的研究，无疑是耐久性研究中不可或缺的组成部分，对混凝土耐久性的评价与高耐久性混凝土的设计亦具有重要的现实意义。

1 现有渗透性测试方法概述

常用的混凝土抗渗性测试方法有水压力试验法、抗氯化物渗透试验法和气体渗透性测试法等。与以水和各种化合物为介质的测试方法不同，以气体为介质的测试方法的优点是不会改变测试构件的微观结构和组成，更符合实际情况，有利于现场无损伤检测。因此就国内目前情况来说，前两种试验方法均以试验室测试为主，气体渗透法则主要用于现场无损伤检测。

1.1 水压力试验法

水压力试验法分为稳定流动法、渗透深度法[2-3]。稳定流动法仅适用于研究具有较高渗透性的混凝土,且根据Darcy定律计算渗透系数过程中，一般存在相当大的试验误差。

渗透深度法测量压力液体穿透混凝土的深度，通常采用一次加压法，恒压24h后劈开试件，测试平均渗水高度，并以此计算渗透系数Kp。计算Kp时由于孔隙率常采用估算值而引起误差。

它们存在的主要缺陷是:混凝土同时受水压力和毛细孔压力两种驱动力的作用，但却不能区别和表示混凝土的水压力渗透性和毛细孔压力渗透性各自的大小。水压力渗透性测试方法的试验结果虽然包含了毛细孔压力渗透性的作用，但在多数情况下却不能代替毛细孔压力渗透性的测试方法。在毛细孔压力大于水压力的情况下，渗透高度法甚至不能正确判定水压力渗透性的高低。只有与毛细孔压力渗透性试验相结合，才能判定水压力渗透性的高低。

1.2 离子渗透性的测试方法

离子渗透性的测试方法的代表是氯离子渗透性试验[4-5]。这种方法存在的不足是:试验测得的氯离子浓度分布结果，多数是相对混凝土一定渗透深度以内单位质量或单位体积的氯离子平均浓度。它无法反映混凝土材料和孔结构中呈不均匀分布的局部氯离子浓度。因此，建议在评价混凝土的氯离子渗透性时，不仅要考虑和采用混凝土单位体积或质量的氯离子浓度，而且应当考虑和增加单位孔隙体积（主要指开口孔隙体积）的氯离子浓度指标——混凝土内部氯离子数量除以开口孔隙体积，或混凝土某一深度内单位体积氯离子浓度除以开口孔隙率。这样才能反映混凝土局部氯离子浓度的高低。在实际工程中，氯离子在混凝土内部的渗透性会同时受到毛细孔压力和水压力的影响。离子渗透性的试验方法大多数仅反映了氯离子浓度差的影响（测试前试块多已饱水或饱盐），所以要判断氯离子在混凝土内部渗透的真实情况，还必须同时进行毛细孔压力渗透性试验与水压力渗透性试验。

1.3 气体渗透性测试法

气体渗透测试法主要是基于达西渗透定律，通

过在混凝土表层创建真空，测试混凝土试样渗透前后压强差确定混凝土渗透系数，从而测出混凝土保护层的空气渗透系数，同时也可以估算受影响的混凝土深度。该方法测试相对可靠，但对试件表面平整度要求较高。目前国内相关研究较少，韩阳、段君峰[6]等人曾利用气体渗透测试仪，通过试验，建立了混凝土试件气压差与渗透系数关系数学模型，并论证了该方法的可行性。

2 渗透性影响因素及改善措施

混凝土渗透性的影响因素很多。内部因素是指混凝土本身的材料组成和结构特性，外在因素是指混凝土所处的使用环境。其影响因素主要有以下几个方面[7]。

2.1 水灰比及集料对混凝土渗透性的影响

混凝土通过水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经充分搅拌形成，因此必须选择合适的原材料，采用良好的配合比。实际工程中，加水量常常过多，过多超量的水在混凝土内部留下了孔隙，从而大大降低了混凝土的密实度而增加了孔隙率和渗透性，使混凝土容易受有害气体和液体的侵蚀渗透，这是水灰比影响耐久性的主要原因。因此要提高混凝土的抗渗性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌合用水量。

2.2 掺合料对混凝土渗透性的影响

掺合料(火山灰、粉煤灰、矿渣)能显著降低混凝土的渗透性，这是由于浆体结构得到了改善，水灰产物填充孔隙，毛细孔隙率降低，孔径细化，孔的连通性被阻断，从而渗透性降低。对于加掺合料的混凝土，长时间的湿养护是必须的。

2.3 孔结构对混凝土渗透性的影响

混凝土强度和渗透性虽然没有必然的联系，但仍存在着密切关联性。因为混凝土的渗透性与连通的孔隙有关，而抗压强度主要是受总的孔隙率控制的。Nyame等人和Metha等人的研究表明:混凝土的渗透性和孔径分布存在良好的关系。根据Nyame的研究，“最大连续孔径”是代表性的孔尺寸，水只能通过它在混凝土中渗透。Metha提出“临界孔径”是渗透性和孔径分布关系中的一个重要参数。这两种孔径的范围以132nm为界，大孔对渗透性的影响比小孔更为重要。杨志强等人比较了养护温度分别为27℃和60℃下水泥浆体的孔结构和渗透性，结果表明:60℃养护的样品具有较小的孔隙率，但渗透性较高，其主要差别是由60℃养护样品中75～ 230nm的孔引起的，认为孔径大于75nm的孔对混凝土的渗透性有很大的影响。

2.4 混凝土制作工艺对其渗透性的影响

混凝土在制作和使用中,通常包括拌和、运输、浇捣和养护四道程序。

在拌合过程中往往不按有关技术规范要求施工，随意性很大，致使混凝土熟料得不到充分地搅拌。加水常常超量，使水灰比过大，从而降低了混凝土成品的抗渗性。

混凝土浇筑、振捣是保证混凝土工程质量的关键性工序。混凝土施工中最常见的质量事故如蜂窝、麻面、孔洞、露筋、埋件和转角处多孔疏松，拆模时脱棱掉角、表面泛浆和多孔，使混凝土的密实性降低，从而降低了混凝土的抗渗性。另外，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光,也可增加表面密实度，是提高混凝土抗渗性的一个有力措施。自然环境对混凝土结构体的物理、化学侵蚀是从表面开始的。因此，结构表面施工质量的优劣将影响整个构件的渗透性。

混凝土的养护是影响混凝土渗透性的又一个重要因素。混凝土是一种疏松多孔的混合物，新拌混凝土中存在着大量均匀分布的毛细孔，其中充满水，使混凝土进一步发生水化作用，使大孔变成小孔，增加混凝土的密实度。若养护不当，会使毛细孔水迅速蒸发，水泥不仅因缺水而停止水化作用，还会因毛细管引力作用很快使混凝土收缩。此时混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力很快使混凝土开裂，破坏混凝土结构，造成质量事故。因此，混凝土浇捣完毕后必须及时养护。