凌陽++傅國將

【摘 要】混凝土的抗?jié)B性，是指混凝土材料抵抗壓力水滲透的能力，它是決定混凝土耐久性最基本的因素。混凝土的抗?jié)B性對于混凝土的耐久性具有重大的意義。本文討論了混凝土滲透性的機理及影響混凝土滲透性的因素。

【關(guān)鍵詞】混凝土；滲透性；機理；影響因素

On the impermeability of concrete

Ling Yang1，F(xiàn)u 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構(gòu)件在長期使用條件下抵抗各種破壞因素作用而保持其原有性能的性質(zhì)?；炷恋哪途眯灾苯雨P(guān)系到工程的使用壽命和工程的經(jīng)濟(jì)效益，因此在工程上也越來越受到重視。影響混凝土耐久性的因素有很多，抗?jié)B性便是其中之一。

（2）混凝土的抗?jié)B性，是指混凝土材料抵抗壓力水滲透的能力，它是決定混凝土耐久性最基本的因素。鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、硫酸鹽侵蝕和堿骨料反應(yīng)這些會導(dǎo)致混凝土品質(zhì)劣化的原因中水能夠滲透到混凝土內(nèi)部都是破壞的前提，也就是說水或者直接導(dǎo)致膨脹和開裂，或者作為侵蝕介質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)去混凝土內(nèi)部的載體。所以，混凝土的抗?jié)B性對于混凝土的耐久性具有重大的意義。本文討論了混凝土滲透性的機理及影響混凝土滲透性的因素。

（3）在鋼筋混凝土中，由于水分與空氣的滲透，會引起鋼筋的銹蝕。鋼筋的銹蝕導(dǎo)致其體積增大，造成鋼筋周同的混凝土保護(hù)層的開裂與剝落，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失去其耐久性。

（4）滲透性對混凝土的抗凍性也有重要的影響。因為滲透性決定了混凝土可能為水飽和的程度。滲透性高的混凝土，其內(nèi)部孔隙為水分充滿，在水的冰凍壓力作用下，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更易于產(chǎn)生損傷與破壞。

（5）因此可以說，混凝土的抗?jié)B性是其耐久性的第一道防線。

（6）此外，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與混凝土材料本身的滲透性密切相關(guān)，尤其是表層混凝土，是抵御水、二氧化碳等有害介質(zhì)侵蝕的第一道防線。

（7）混凝土與其微觀結(jié)構(gòu)的劣化和侵蝕性介質(zhì)的傳輸有關(guān)，混凝土的滲透性取決于其自身的微結(jié)構(gòu)和飽和水程度，是決定混凝土性能劣化的關(guān)鍵因素。因此可通過檢測混凝土的滲透性來評估其耐久性。

2. 混凝土滲透性的機理

（1）混凝土的滲透性是由于混凝土中連通孔道的存在所引起的，混凝土的滲透性的大小取決于流體在連通孔道中流動所受到的阻力。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)自建成之日起自身存在大量不連通的微裂紋，在環(huán)境因素及應(yīng)力作用下，這些微裂縫不斷擴(kuò)展直至連通，此時混凝土的滲透性決定了水和有害介質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部的速度，從而決定了劣化發(fā)展的速度。裂縫擴(kuò)展（由混凝土的斷裂能控制）加速了水等介質(zhì)的滲透速度，也加速了劣化進(jìn)程。此外，由于施工澆注的不密實和泌水也會產(chǎn)生混凝土內(nèi)部的連通孔道?；炷恋臐B透性可以看作是流體介質(zhì)（氣體、液體及其溶液）通過混凝土進(jìn)行的一種擴(kuò)散現(xiàn)象。因此可用能斯特一愛因斯坦擴(kuò)散公式表示。

（3）流體在連通孔道中流動阻力大小取決于流通孔道上的最小孔徑，即所謂的“瓶頸效應(yīng)”。Mehta的水透過試驗證明：水透過毛細(xì)孔（>l00mm）流動比透過更細(xì)小的凝膠孔（<50 mm ）容易得多，水泥石作為一個整體，其滲透性比凝膠體大20～100倍。因此Mehta認(rèn)為：只有l(wèi)00nm以上的毛細(xì)管孔隙才對抗?jié)B性有害，小于50nm的孔可能屬于以凝膠為主水化產(chǎn)物內(nèi)部的微孔，通過這種小孔徑的孔道的流動阻力過大而不能被水滲透。由此可見，水泥石的滲透性由其中的毛細(xì)管孔隙率控制。

圖1 水泥石的滲透性與帽子管孔隙關(guān)系

（4）水泥石的滲透性與毛細(xì)管孔隙率的關(guān)系如圖1所示。

圖1可見，如果水泥石中的毛細(xì)管孔隙率低于20%，其滲透系數(shù)低于2×10-11cm/s，與大理石的滲透系數(shù)相同。這是因為當(dāng)毛細(xì)管總的孔隙率降低時，混凝土試樣中的毛細(xì)管之間連通的幾率也隨之下降。在此引用多孔陶瓷的連通性理論：“只有當(dāng)陶瓷的密度小于90%時（即孔隙率大于10%時），才能夠保證氣孔通道的連通性”。由于50mm的孔被認(rèn)為是對氣孔通道的滲透性無用的孔，因此，我們認(rèn)為混凝土的孔隙率應(yīng)該大于10%才能使混凝土具有滲透性，即當(dāng)混凝土的孔隙率小于10%時，混凝土基本上是無滲透的。這與圖1的結(jié)果是一致的。

（5）Costa和Massaza研究結(jié)果也證明了這一結(jié)論，如表1所示。當(dāng)混凝土的孔隙率小于10%時，其滲透性接近于零，不過其中也有孔隙率大于20%的試樣其滲漏性也為0，編者認(rèn)為這可能是因為其中不透水的孔（孔徑<50mm）所占的比例過高所致。由此可以推論違用引氣劑能夠改善混凝土中的氣孔分布（將大孔轉(zhuǎn)變成小孔）進(jìn)而提高其抗?jié)B透性能。

表1 1d、28d、90d齡期的滲透性和孔隙率（%）

3.混凝土滲透性的影響因素

3.1 水泥石的滲透性與水灰比關(guān)系。

如果水泥石的水化程度相同，則水灰比越低，滲透性越低。

有研究表明，水泥石水化程度達(dá)93%時：當(dāng)水灰比低于0.6時，滲透系數(shù)急劇降低，如水灰比由0.7降至0.3時，則滲透系數(shù)可減少到千分之幾。這是由于低水灰比的水泥石，其毛細(xì)管的體積含量及形狀不同而造成的。同時還有研究表明，水灰比為0.7、水化完好的水泥石，其滲透系數(shù)與花崗巖相同。

3.2 水泥石的滲透性與水化程度的關(guān)系。

（1）當(dāng)混凝土的水灰比相同時，隨著齡期的增長，水化反應(yīng)使得混凝土結(jié)構(gòu)中的大孔轉(zhuǎn)變成小孔，從而導(dǎo)致大孔含量降低，混凝土的抗?jié)B性也隨之改善。

（2）Costa和Massaza研究了普通水泥石與摻入30%Baccoli火山灰的水泥石的孔隙率和滲透性。試驗結(jié)果顯示隨著混凝土水化時間的延長，水灰比為0.32的硅酸鹽水泥其孔隙率從20.8%（1d）減少到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?jié)B性。此外，似乎含火山灰的水泥漿的孔隙率比普通水泥的還高，但28d齡期以后，兩者的滲透性沒有多大差別。

（3）這可能是由于孔的體系不同造成的。在火山灰反應(yīng)的情況下，物質(zhì)沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但卻有足夠的數(shù)量去阻撓與障礙比較小的毛細(xì)孔與大孔相連，或者至少能降低大孔的開151程度。這樣，含火山灰的水泥漿，

即使其孔隙率可能高于普通水泥漿，但其滲透性也會隨水化時間延長而降低。

3.3 水泥石的滲透性與骨料、摻合料的關(guān)系。

混凝土是由水泥石、骨料及其界面組成。水泥石和混凝土（與水泥石含有相同的水灰比）滲透性的差異是由于骨料本身的滲透性與界面的滲透性來鑒別的。如果混凝土采用的骨料的滲透性低于水泥石，在一定的壓力作用下，水分滲透過水泥石，當(dāng)滲透到界面處，必定沿著界面繞過骨料顆粒，而使?jié)B透的通路加長，也就是說，由于骨料的存在，使混凝土的滲透性比砂漿低。

在高性能混凝土中，由于水灰比低，且以一部分礦物質(zhì)摻合料代替相應(yīng)的水泥，泌水離析現(xiàn)象得到了相應(yīng)的解決，使得Ca（OH）2在界面上的富集與結(jié)晶定向排列得到了解決，界面的黏結(jié)強度比普通混凝土高，抗?jié)B性也相應(yīng)提高。這是高性能混凝土耐久性提高的重要原因。研究表明硅粉含量對混凝土滲透性的影響：

參考文獻(xiàn)

[1] 張譽編著.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2] H.索默編.高性能混凝土的耐久性.北京：科學(xué)出版社，1998.

表1 1d、28d、90d齡期的滲透性和孔隙率（%）

3.混凝土滲透性的影響因素

3.1 水泥石的滲透性與水灰比關(guān)系。

如果水泥石的水化程度相同，則水灰比越低，滲透性越低。

有研究表明，水泥石水化程度達(dá)93%時：當(dāng)水灰比低于0.6時，滲透系數(shù)急劇降低，如水灰比由0.7降至0.3時，則滲透系數(shù)可減少到千分之幾。這是由于低水灰比的水泥石，其毛細(xì)管的體積含量及形狀不同而造成的。同時還有研究表明，水灰比為0.7、水化完好的水泥石，其滲透系數(shù)與花崗巖相同。

3.2 水泥石的滲透性與水化程度的關(guān)系。

（1）當(dāng)混凝土的水灰比相同時，隨著齡期的增長，水化反應(yīng)使得混凝土結(jié)構(gòu)中的大孔轉(zhuǎn)變成小孔，從而導(dǎo)致大孔含量降低，混凝土的抗?jié)B性也隨之改善。

（2）Costa和Massaza研究了普通水泥石與摻入30%Baccoli火山灰的水泥石的孔隙率和滲透性。試驗結(jié)果顯示隨著混凝土水化時間的延長，水灰比為0.32的硅酸鹽水泥其孔隙率從20.8%（1d）減少到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?jié)B性。此外，似乎含火山灰的水泥漿的孔隙率比普通水泥的還高，但28d齡期以后，兩者的滲透性沒有多大差別。

（3）這可能是由于孔的體系不同造成的。在火山灰反應(yīng)的情況下，物質(zhì)沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但卻有足夠的數(shù)量去阻撓與障礙比較小的毛細(xì)孔與大孔相連，或者至少能降低大孔的開151程度。這樣，含火山灰的水泥漿，

即使其孔隙率可能高于普通水泥漿，但其滲透性也會隨水化時間延長而降低。

3.3 水泥石的滲透性與骨料、摻合料的關(guān)系。

混凝土是由水泥石、骨料及其界面組成。水泥石和混凝土（與水泥石含有相同的水灰比）滲透性的差異是由于骨料本身的滲透性與界面的滲透性來鑒別的。如果混凝土采用的骨料的滲透性低于水泥石，在一定的壓力作用下，水分滲透過水泥石，當(dāng)滲透到界面處，必定沿著界面繞過骨料顆粒，而使?jié)B透的通路加長，也就是說，由于骨料的存在，使混凝土的滲透性比砂漿低。

在高性能混凝土中，由于水灰比低，且以一部分礦物質(zhì)摻合料代替相應(yīng)的水泥，泌水離析現(xiàn)象得到了相應(yīng)的解決，使得Ca（OH）2在界面上的富集與結(jié)晶定向排列得到了解決，界面的黏結(jié)強度比普通混凝土高，抗?jié)B性也相應(yīng)提高。這是高性能混凝土耐久性提高的重要原因。研究表明硅粉含量對混凝土滲透性的影響：

參考文獻(xiàn)

[1] 張譽編著.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2] H.索默編.高性能混凝土的耐久性.北京：科學(xué)出版社，1998.

表1 1d、28d、90d齡期的滲透性和孔隙率（%）

3.混凝土滲透性的影響因素

3.1 水泥石的滲透性與水灰比關(guān)系。

如果水泥石的水化程度相同，則水灰比越低，滲透性越低。

有研究表明，水泥石水化程度達(dá)93%時：當(dāng)水灰比低于0.6時，滲透系數(shù)急劇降低，如水灰比由0.7降至0.3時，則滲透系數(shù)可減少到千分之幾。這是由于低水灰比的水泥石，其毛細(xì)管的體積含量及形狀不同而造成的。同時還有研究表明，水灰比為0.7、水化完好的水泥石，其滲透系數(shù)與花崗巖相同。

3.2 水泥石的滲透性與水化程度的關(guān)系。

（1）當(dāng)混凝土的水灰比相同時，隨著齡期的增長，水化反應(yīng)使得混凝土結(jié)構(gòu)中的大孔轉(zhuǎn)變成小孔，從而導(dǎo)致大孔含量降低，混凝土的抗?jié)B性也隨之改善。

（2）Costa和Massaza研究了普通水泥石與摻入30%Baccoli火山灰的水泥石的孔隙率和滲透性。試驗結(jié)果顯示隨著混凝土水化時間的延長，水灰比為0.32的硅酸鹽水泥其孔隙率從20.8%（1d）減少到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?jié)B性。此外，似乎含火山灰的水泥漿的孔隙率比普通水泥的還高，但28d齡期以后，兩者的滲透性沒有多大差別。

（3）這可能是由于孔的體系不同造成的。在火山灰反應(yīng)的情況下，物質(zhì)沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但卻有足夠的數(shù)量去阻撓與障礙比較小的毛細(xì)孔與大孔相連，或者至少能降低大孔的開151程度。這樣，含火山灰的水泥漿，

即使其孔隙率可能高于普通水泥漿，但其滲透性也會隨水化時間延長而降低。

3.3 水泥石的滲透性與骨料、摻合料的關(guān)系。

混凝土是由水泥石、骨料及其界面組成。水泥石和混凝土（與水泥石含有相同的水灰比）滲透性的差異是由于骨料本身的滲透性與界面的滲透性來鑒別的。如果混凝土采用的骨料的滲透性低于水泥石，在一定的壓力作用下，水分滲透過水泥石，當(dāng)滲透到界面處，必定沿著界面繞過骨料顆粒，而使?jié)B透的通路加長，也就是說，由于骨料的存在，使混凝土的滲透性比砂漿低。

在高性能混凝土中，由于水灰比低，且以一部分礦物質(zhì)摻合料代替相應(yīng)的水泥，泌水離析現(xiàn)象得到了相應(yīng)的解決，使得Ca（OH）2在界面上的富集與結(jié)晶定向排列得到了解決，界面的黏結(jié)強度比普通混凝土高，抗?jié)B性也相應(yīng)提高。這是高性能混凝土耐久性提高的重要原因。研究表明硅粉含量對混凝土滲透性的影響：

參考文獻(xiàn)

[1] 張譽編著.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2] H.索默編.高性能混凝土的耐久性.北京：科學(xué)出版社，1998.