孔隙率对混凝土材料的影响及控制

2019-08-08陶静淮南矿业集团

新商务周刊 2019年15期

文/陶静，淮南矿业集团

1 前言

近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，而混凝土结构以其材料廉价物美、施工方便、承载力大、可装饰强的特点，日益受到人们的欢迎。混凝土的孔隙率对混凝土的强度和耐久度会产生很大的影响。一般认为，孔隙率可从两个方面对混凝土材料产生影响：一是混凝土孔隙的多少；二是混凝土孔隙的特征。一旦混凝土的强度和耐久度发生破坏，就将会对建筑物产生极大的的影响，另外，在强度可以维持的前提之下，尽量减小混凝土孔隙率会极大的节约材料和能源。所以，如何采取有效措施控制混凝土的孔隙率，是一个非常值得关注的问题。

2 孔隙率对混凝土材料的影响

按孔隙的特征，材料的孔隙可分为开口孔隙和闭口孔隙两种，二者孔隙率之和等于材料的总孔隙率。按孔隙的尺寸大小，又可分为微孔、细孔及大孔三种。不同的孔隙对材料的性能影响各不相同。一般而言，孔隙率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗冻性和抗渗性较好。

孔结构是影响水泥混凝土性能的重要因素, 而孔结构中最简单且最重要的参数就是孔隙率.混凝土的孔隙率是材料体积内孔隙体积所占的比例, 用式(1) 计算：

式中： V 0 为材料体积； V 为材料中固体体积.

2.1 吸水性

混凝土材料的吸水性是指混凝土材料与水接触吸收水分的性质。混凝土材料吸水饱和时的含水率称为混凝土材料的吸水率。

混凝土材料吸水率的大小主要取决于混凝土材料的孔隙率及孔隙特征。具有细微而连通孔隙且孔隙率大的混凝土材料吸水率较大；具有粗大孔隙的混凝土材料，虽然水分容易渗入，但仅能润湿孔壁表面而不易在孔内存留，因而其吸水率不高；密实混凝土材料以及仅有封闭孔隙的材料是不吸水的。

混凝土材料含水后，自重增加，强度降低，保温性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显的体积膨胀。

2.2 抗渗性

抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。抗渗性对混凝土的耐久性起重要作用，因为抗渗性控制着水分渗入的速率，这些水可能含有侵蚀性的化合物，同时控制混凝土受热或受冻时水的移动。

混凝土的孔结构随着水化程度的提高和龄期的演唱不断变化，因为有凝胶孔的水泥凝胶体积比未水化的水泥体积增大1.2倍。因而水化产物填充了由拌合水占有的那部分体积，毛细孔体积减小，凝胶孔体积增加。混凝土渗水的过程首先是混凝土中的毛细管的毛细现象，毛细孔吸水饱和后，才使水通过。

2.3 抗冻性

2.3.1 混凝土的孔结构

混凝土的抗冻性和与其孔结构有着密切的关系。在混凝土中，孔是水存在的空间，只有水存在时，在负温度条件下才可能结成冰。在饱和状态下，空越多，冰冻约严重。所以，对同一体积的混凝土块，孔隙率越大，则孔越多，则混凝土的抗冻性越差。

2.3.2 骨料的孔隙率对混凝土的影响

骨料本身一般是比较密实的，孔隙率极低，孔径也较小。通常骨料中的水不是冻结的。但骨料的孔隙率影响水的扩散阻力，骨料的保水程度影响其容水空间，特别是采用较大粒径的骨料，混凝土冻结时间排出多余水分的通路较长，产生的压力较大，因而容易产生破坏。

3 混凝土孔隙率的控制措施

明确了孔隙率对于混凝土材料的影响，可以通过宏观手段调节孔隙率，以期在一定程度上改善混凝土的性能。

3.1 使用减水剂及矿物掺合料

当未使用减水剂及矿物掺合料时，水泥浆体中的水泥颗粒之间的间隙较大，其中包括了较多的自由水，加入了减水剂及矿物掺合料的水泥浆体，由于排出了多余的自由水分，水泥粒子间隙降低，同时使用减水剂及矿物掺合料的水泥浆体，由于超细粉填充于水泥颗粒之间，硬化后混凝土的耐久性及强度均会得到较大的改善。

3.2 使用引气剂及矿物掺合料

使用引气剂时，由于混凝土内部孔隙率改变而使混凝土性能提高的表现归纳起来有4个方面：1）由于降低了水灰比（引气剂或引气减水剂都具有一定的减水能力），混凝土中水泥砂子的密实度得到提高；2）由于减少了混凝土拌合物的体积含水量，混凝土中沉陷毛细管的体积减少；3）由于毛细管通道被矿化空气泡阻塞，毛细管壁表面憎水化以及开口孔隙转变为闭塞状态，使毛细管吸附力降低；4）以闭塞气泡形式存在于膨胀体系中的空气泡于水分冻结时对压力的局部增加起到缓冲作用。

引气剂能改善混凝土孔隙率，是由于混凝土中有微小分散的空气泡存在，以及由此发生的材料结构上的变化，使混凝土拌合物总的体积含水量减少，单位体积中开口的毛细管数量也减少，降低了混凝土材料的孔隙率。

另外，这些气泡阻塞了毛细管彼此之间的联络通道，使毛细管网成为被隔开的矿化空气泡。同时表面活性物质在管壁上吸附，并使其憎水化，混凝土具有这种结构时，混凝土内冻结水分的破坏作用就难以实现。这是因为毛细管吸附力比不掺引气剂时小得多，浸入饱和会受阻碍。另外，如果含有空气泡的混凝土中开口毛细管部分被水填塞，那么当水分在毛细管中结冰时，由于毛细管中存在着矿化空气泡，结冰时膨胀水分可以从毛细管中被挤到由空气泡组成的而且被薄的矿化膜和毛细管分开的后备地带--膨胀腔中去，从而起到卸压和缓冲的作用，使混凝土结构免遭破坏。