华南地区高性能抗渗混凝土的研究

刘依婷 郝亚男

摘要：华南地区多雨潮湿，建筑抗渗性能等问题比较突出，混凝土作为当代建筑应用最广泛的材料，研究其抗渗性能尤为重要。添加粉煤灰以及水灰比对混凝土抗渗性能影响较大，只要水泥替代量不超过50%，粉煤灰的掺入将有利于提高混凝土的抗渗性能；当混凝土水灰比大于0.55时，混凝土的渗透性急剧增加。华南地区多雨潮湿的工作环境使微裂纹扩展导致渗透性能劣化。提高混凝土抗渗性能的措施包括设计合理的混凝土配合比，严格控制混凝土的水灰比等

关键词：华南地区；混凝土；抗渗性能；措施

引言

随着我国社会经济的高速发展和人民生活水平不断提高的需求，大量的民用及工业建筑拔地而起，建筑的安全舒适美观和耐久性被是被关注较多的问题。华南地区作为我国经济发展较快的区域，这些问题同样存在，并且作为多雨潮湿地区，建筑的抗渗防水性能更为关注。混凝土作为当代建筑应用最广泛的材料，研究其抗渗性能就尤为重要。

1.概述

1.1定义

抗渗混凝土（impermeable concrete）是指抗渗等级等于或大于P4级的混凝土。抗渗混凝土按抗渗压力不同分为P4、P6、P8、P10、P12和大于P12共6个等级。

高性能混凝土是指抗渗性、抗冻性、钢筋锈蚀、化学侵蚀、碱集料反应等任一性能比普通混凝土高等级的混凝土。

1.2研究混凝土抗渗性能的意义

近年来，高性能混凝土的概念大有取代高强度混凝土概念的趋势，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就是耐久性有保证的混凝土。

混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、钢筋锈蚀、化学侵蚀、碱集料反应等。其中混凝土的抗渗性是混凝士耐久性的第一道防线，对混凝土的耐久性的影响十分重要。因为水分或侵蚀性介质的入侵是引发混凝十质量劣化、耐久性不足的主要原因。

有学者认为混凝土的抗渗性是评价混凝土耐久性最重要的综合指标。美国的Metha，英国的Nevill及我国已故I程院院土吴中伟主张，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善混凝+耐久性的关键[1]。

2.华南地区混凝土

华南地区山水雨水较多，建筑结构耐久性失效过程极为复杂，提高抗渗性是建筑混凝土耐久性的主要途径。石沙混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。

今天，随着我国经济建设的发展，河砂的过量开采已带来严重的环境问题，很多地方河砂资源已经枯竭，特别是华南某些多山地区，山砂的价格比河沙便宜，人们对山砂的应用日益重视，山砂作为混凝土原料的一个砂种，已正式写入我国国家和行业标准中，省外也开始在使用山砂。

3.影响混凝土抗渗性能主要因素的研究

3.1粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响

文献[3]研究了大量掺入粉煤灰对混凝t抗渗性能的影响。

（1）不掺粉煤灰的参考混凝土

（2）0%～ 70%水泥被粉煤灰取代的混凝土

测试强度、氯化物渗透性、空气渗透性和渗水性：

（1）在28天期龄，无粉煤灰混凝土的空气渗透性低于高掺粉煤灰混凝土

（2）在91天期龄，50%替代量的混凝土比，其空气渗透性、水渗透性最低

（3）.通常而言，只要水泥替代量不超过50%，粉煤灰的掺入有利于提高混凝土的抗渗性能。

3.2水灰比对混凝土抗渗性能的影响

水灰比对混凝土抗渗性的影响最大，减小水灰比，有利于调高混凝土的抗渗性能。水灰比越大，包围水泥颗粒的水层就大，水在水泥石中形成相互连通的、无规则的毛细孔系统，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗渗性就差。相同条件下，随着水灰比增大，毛细孔的半径明显增大见下表。当混凝土水灰比大于0.55时，混凝土的渗透性急剧增加。

3.3华南地区多雨潮湿的工作环境使微裂紋扩展导致渗透性能劣化

3.3.1微裂纹宽度对混凝士抗渗性能的影响

理论上讲，带裂隙块体的渗透能力与裂纹宽度w的关系可以由著名的裂隙水流立方定律来描述，也称为Poiseuille定律。

q = w3Jf /2μ （4）

q-通过裂隙断面的单位时间流量；

-流体的密度；

μ-流体黏度；

Jf-为裂隙中水力梯度。

该式适用条件中，不变形块体是指裂隙形状、体积不受应力及渗透压力的影响；所谓理想裂隙是指假定裂隙两壁面光滑且相互平行，裂隙长度远大于裂隙宽度w，即所谓平行板状窄裂缝。

3.3.2静荷载下微裂纹扩展对混凝土抗渗性的影响

在外加荷载施加之前，在砂浆与骨料界面之间就存在粘结裂缝，在砂浆和骨料本身，也存在微裂纹，但这些微裂纹与粘结裂纹相比是微不足道的。

在所施加的荷载不超过极限荷载的30 %之前，粘结裂纹的增量可以忽略不计；

如果荷载进一步增加，粘结裂纹不论是在宽度还是在长度方面都将随之增加。

荷载达到70 %～ 90 %极限荷载时，在砂浆内部的微裂纹已经发展延伸，开始连接粘结裂纹；如果是高强混凝土，此时在骨料中也已经开始产生微裂纹；这样就在混凝土内部形成了一个复杂的裂纹网络。连续裂纹在混凝十内部的散布延伸导致混凝土体积的增加。这意味着混凝土内部形成了大于毛细管尺寸的内部孔、空隙系统。这将为气体、液体及可溶解固体在混凝十内部迁移提供了潜在的通道。

3.3.3时间因素对带裂隙混凝土抗渗性能的影响

与龄期对混凝 H抗渗性能的影响略有不同，带裂隙混凝十的渗透性随时间递减是由于裂孔隙逐渐被水流带动的物质所堵塞。在对试件施以高水压后在试件底部发现了水泥和其它淤积粒子，说明内部开裂面产生了脱落粒子，部分被冲出裂隙，剩余部分将使水流通道逐渐狭窄。试验结果都证实：渗透持续时间对渗流量有很大影响，总体上说渗流量随时间由大趋小。

混凝土内物质的析出固然降低渗透性，但物质析出可能降低混凝土内部的碱环境，这对耐久性本身是不利的；而且物质大量析出会影响强度。如何综合评价混凝裂缝自动愈 合现象对混凝t耐久性的影响，是一个值得进步研究的问题。

4.提高混凝土抗渗性能的措施

1.提高混凝土自身的抗渗能力：

（1）设计合理的混凝土配合比，严格控制混凝土的水灰比。

（2）在混凝士中掺入粉煤灰等外加剂提高混凝土的抗渗性。

（3）对砂石的清洁度特别是含泥量提出严格要求。

（4）采用机械振捣和机械搅拌，保证混凝土的抗渗性。

（5）加强混凝土的养护

2.采用表面涂层或覆盖层

3.浸渍混凝土[6]

5.总结

本文阐述了研究混凝十抗渗性能的重要性，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，介绍了研究现状及目前获得的一些重要结论。特别提出适合华南地区抗渗混凝土材料的特点，并提出混凝土的抗渗研究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。

参考文献

[1]迟培云，梁永峰，于素建，提高混凝土耐久性的技术途径，混凝土，2001年第8期。

[2]过镇海、时旭东编著，钢筋混凝土原理，第一版。北京：清华大学出版社。

[3]李志刚，浅谈影响混凝土抗渗性能的几个因素。内蒙古石油化工，2011年第8期。

[4]金伟良、赵羽习，混凝士结构耐久性，科学出版社，北京，2002。

（作者单位：桂林理工大学博文管理学院）