混凝土滲透性的測試 

隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步，混凝土制備的可變因素越來越多。各種礦物細(xì)摻料和高性能減水劑作為基本材料組分，更增加了混凝土耐久性影響因素的復(fù)雜性。金偉良、趙羽習(xí)等把混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性分為環(huán)境、材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)四個(gè)層次。盡管影響因素很多，但歸根結(jié)底，這些因素影響著混凝土的兩個(gè)重要的基本特性，即滲透性和強(qiáng)度。 

混凝土是一種多相的、不均質(zhì)的、多孔的復(fù)合體系，當(dāng)其相對的表面存在壓力、濃度和電位差時(shí)，就會(huì)發(fā)生物質(zhì)的遷移。隨著水工工程的發(fā)展，20世紀(jì)30年代，人們開始關(guān)注混凝土的滲透性。由于水工結(jié)構(gòu)諸如大壩、水渠、涵管，以及海底隧道等，一旦抗?jié)B性能不能滿足要求，就會(huì)造成污染、滲漏等工程事故。 

20世紀(jì)80年代，由于混凝土耐久性問題日益為人們所關(guān)注，混凝土的抗?jié)B性能也越來越受到人們的重視。我國也是從這時(shí)開始研究混凝土的碳化與鋼筋銹蝕問題?；炷恋臐B透性能與其耐久性有密切的關(guān)系：抗?jié)B性能好的混凝土具有好的密實(shí)性、好的抗碳化能力、好的抵抗鋼筋銹蝕能力以及抗凍性等。 

滲透性能對耐久性的影響程度取決于兩個(gè)因素：內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素是指混凝土的材料組成和結(jié)構(gòu)特征。外部因素是指混凝土所處的使用環(huán)境。通過提高混凝土的抗?jié)B性能來提高混凝土的耐久性，可以從內(nèi)、外兩個(gè)因素入手。內(nèi)部因素可以通過合理的配合比設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)闹谱鞴に噥韺?shí)現(xiàn)。

外部因素是客觀存在的，提高滲透性的關(guān)鍵是在于減少混凝土對侵蝕性介質(zhì)的易感組份，提高混凝土的密實(shí)性。 

高性能混凝土是按耐久性設(shè)計(jì)的混凝土，具有優(yōu)異的耐久性能而區(qū)別于普通混凝。而實(shí)際工程中的混凝土往往是受環(huán)境中的水、氣體以及侵蝕性介質(zhì)的侵入而使其劣化的。

產(chǎn)生這種劣化作用需要內(nèi)外兩個(gè)因素，內(nèi)部因素是混凝土的成份和結(jié)構(gòu)，外部因素是環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)和水的存在。必要條件是外部侵蝕性介質(zhì)和水能夠逐步滲透到混凝土內(nèi)部。隨著混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，以及向惡劣環(huán)境中的延伸，避免混凝土劣化的外部條件是不可能的，也是不明智的。為此有必要從內(nèi)部因素入手提高混凝土的耐久性能。也就是當(dāng)混凝土劣化的外部條件存在時(shí)，使混凝土不產(chǎn)生原始裂縫，混凝土硬化后體積穩(wěn)定不產(chǎn)生收縮裂縫，同時(shí)改善混凝土的成份和結(jié)構(gòu)，減少易受腐蝕的組分，從根本上提高混凝土的抗侵蝕性能。 

滲透性是混凝土耐久性的最重要標(biāo)志，是混凝土耐久的第一道防線，只有提高混凝土的抗?jié)B性，做到“百毒不侵”，混凝土才能達(dá)到真正的耐久。只有對高性能混凝土的抗?jié)B性進(jìn)行深入的研究，了解滲透機(jī)理，才能對在役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性評定和剩余壽命預(yù)測，而且還可以用來對新建項(xiàng)目進(jìn)行耐久性預(yù)測，對提高工程的設(shè)計(jì)水平和提高建筑物的使用壽命具有重要意義。 

混凝土的滲透性，籠統(tǒng)地說是指氣體、液體或離子受壓力、化學(xué)勢或電場作用在混凝土中滲透、擴(kuò)散或遷移的難易程度。常用的混凝土滲透性測試方法有:透水法、透氣法、氯池浸泡法及電量法等。 當(dāng)今的混凝土設(shè)計(jì)己經(jīng)由過去的強(qiáng)度設(shè)計(jì)逐步轉(zhuǎn)換到耐久性設(shè)計(jì)上來，強(qiáng)度高的混凝土未必耐久性好。而耐久性失效帶來的損失又是巨大的，為此有必要對混凝土的耐久性進(jìn)行評價(jià)。滲透性作為耐久性的一個(gè)方面，是影響耐久性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。可以說，抗?jié)B性能高的棍凝土具有較高的耐久性。 混凝土的滲透性，籠統(tǒng)地說是指氣體、液體或離子受壓力、化學(xué)勢或電場作用在混凝土中滲透、擴(kuò)散或遷移的難易程度。常用的混凝土滲透性評價(jià)主要有液體滲透法、氣體滲透法和導(dǎo)電法。但每種方法都有不同程度的缺陷。 

一、透水法 

我國標(biāo)準(zhǔn)的混凝土滲透性試驗(yàn)方法屬于此類，并進(jìn)一步分為“抗?jié)B標(biāo)號(hào)法”、“滲透系數(shù)法”及“滲水高度法”。

1、抗?jié)B標(biāo)號(hào)法 

這是我國目前采用的抗?jié)B指標(biāo)。以上口直徑為175mm，下口直徑為185mm，高150mm圓臺(tái)形試件或上下直徑與高均為150mm的圓形試件，一組6個(gè)，從試件底部施加0.2MPa水壓開始試驗(yàn)，每隔8小時(shí)增加水壓0.IMPa，以每組6個(gè)試件中4個(gè)未發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象時(shí)的最大水壓計(jì)算混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)。其抗?jié)B標(biāo)號(hào)按下式計(jì)算： 

P=10H一l 

式中：P——混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)； 

H——第三個(gè)試件頂面開始有滲水時(shí)的水壓(MPa)。 

混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)分級為P2，P4，P6，P8， P10，P12等。

抗?jié)B標(biāo)號(hào)法的優(yōu)點(diǎn)是簡便、直觀，但是抗?jié)B標(biāo)號(hào)法也存在著一些不大實(shí)用和不盡合理的問題： 

(l)按抗?jié)B標(biāo)號(hào)的分級來評定棍凝土的滲透性，不能確切的反映出混凝土的滲透性能，同一數(shù)量級下的滲透系數(shù)，其混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)有較大的差異，特別是抗?jié)B標(biāo)號(hào)較高時(shí)，差異較大。 

(2)混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)不便于在水工建筑物上使用，也難以將現(xiàn)場的壓水結(jié)果與之聯(lián)系。目前，國內(nèi)外對壩體混凝土滲透性的檢查，仍沿用鉆孔壓水的方法，并據(jù)此算出壩體混凝土的滲透系數(shù)。 

(3)混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)不能直接用于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的透水性計(jì)算。 

(4)由于滲透還與滲透時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越久，滲透深度與滲透量也隨之增加，而抗?jié)B標(biāo)號(hào)則未能反應(yīng)。 

(5)由于混凝

的滲透性還與齡期有關(guān)，投入使用的混凝土建筑物使用年限越久，其抗?jié)B標(biāo)號(hào)也隨之降低。 

2、滲透系數(shù)法 

    混凝土的滲透性，可用相對滲透系數(shù)評定，可分為滲透高度法與滲水量法。     滲透高度法以10個(gè)測點(diǎn)處滲水高度的算術(shù)平均值作為該試件的滲水高度。然后計(jì)算6個(gè)試件的滲水高度的算術(shù)平均值，作為該組試件的平均滲水高度。根據(jù)試驗(yàn)所的滲水高度的大小，相對比較混凝土的密實(shí)性。 

滲水量法反映了混凝土的吸收的水和滲透的水，通過滲水量及時(shí)間計(jì)算滲透系數(shù)，以一組六個(gè)試件滲透系數(shù)的算術(shù)平均值作為滲透系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果，相對滲透系數(shù)按下式計(jì)算：22q2aTHA

QKº 式中:Kq——相對滲透系數(shù)(mm/h)；          Q——滲水量(mm3)； 

         A——被測試件水施壓面積(mm2)； H——水壓力，以水柱高度表示(mm)；          T——恒壓經(jīng)過時(shí)間(h)；          a——混凝土吸水率(%)。 

    相對滲透系數(shù)比抗?jié)B標(biāo)號(hào)更合理。相對滲透系數(shù)(滲水高度法)適用于滲透性較低的混凝土，相對滲透系數(shù)(滲水量法)適用于滲透性較高的混凝土。 

二、透氣法 

透氣法測試混凝土滲透性的形式很多，現(xiàn)以圖1.1說明透氣法的試驗(yàn)原理。

實(shí)驗(yàn)前將試件烘干至恒重，試驗(yàn)時(shí)：(1)將氣室抽空或注入氣體至一定壓強(qiáng)P1；記下時(shí)間t1；(2)當(dāng)壓強(qiáng)變?yōu)镻2(自定)時(shí)讀時(shí)間t2，或者當(dāng)t2=t1+t(自定)讀P2；(3)重復(fù)以上(1) (2)步，直至壓強(qiáng)變化率為恒定時(shí)，以此計(jì)算混凝土的滲透系數(shù)。 

    該法的優(yōu)點(diǎn)是快而方便；缺點(diǎn)是受干燥溫度影響較大，同時(shí)干燥混凝土與實(shí)際工作狀態(tài)相差較遠(yuǎn)。因?yàn)榛炷镣ǔ：撍ㄗ杂伤?、吸附水、層間水、結(jié)晶水及結(jié)構(gòu)水，他們的活性不同且與混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成有關(guān)。干燥溫度太低時(shí)，需干燥時(shí)間長且難以達(dá)到除盡自由水和吸附水的目的；溫度太高，失去層間水以至結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水，使混凝土破壞，試驗(yàn)結(jié)果失真。 

三、CI-離子滲透法 

    將試件浸沒于含Cl離子的水池中的傳統(tǒng)氯池浸泡法屬于此類。近年來，以在試件兩側(cè)形成Cl-濃度差的實(shí)驗(yàn)方法較為多見，試驗(yàn)簡圖如圖1.2所示。Cl離子只從試件的一個(gè)表面向內(nèi)部滲透。實(shí)踐中應(yīng)用飽和溶液，以模擬混凝土的孔溶液化學(xué)成分。 試驗(yàn)一定時(shí)間后，取下試件，烘干，在暴露Cl-面?zhèn)认蛟嚰?nèi)部方向順序切取薄片，在各片上進(jìn)行取樣，磨細(xì)，分析等工序，確定各片上的C1離子量，從而獲得原試件沿C1離子滲透方向上的離子含量梯度，以此計(jì)算滲透系數(shù)。

該法優(yōu)點(diǎn)是與實(shí)際情況相似；缺點(diǎn)是所需時(shí)間太長，一般至少要幾十天至幾個(gè)月。對于低滲透性混凝土，所需時(shí)間更長。而且，當(dāng)離子滲入深度很小時(shí)，由于可利用的切片數(shù)目太少，試驗(yàn)結(jié)果誤差增大。同時(shí)，該法的實(shí)驗(yàn)過程比較復(fù)雜。 

四、通電方法 

    對混凝土電性能方面的研究，只在50-60年代才有確定的成果，研究結(jié)果表明，混凝土的電阻率與混凝土的濕度、所用膠凝材料種類、齡期、拌合用水含鹽量等因素有關(guān)。80年代之后，大量文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了如何精確測量混凝土的電阻值(或電導(dǎo))，以及電阻值與混凝土組成材料及宏觀性能(如強(qiáng)度，滲透性)之間的關(guān)系。近期許多研究者則通過對混凝土的阻抗研究，揭示混凝土的凝結(jié)硬化進(jìn)程及其微 觀結(jié)構(gòu)。 

    總體說，用通電方法測量混凝土的滲透性可分如下幾種：     1、直流電量法及其改進(jìn)