荷載等級對混凝土滲透性能的影響

童慧芝 黃 晉

0 引言

現代科技與時代的發展要求混凝土材料和結構具有越來越高的性能與耐久性。混凝土耐久性從根本上取決于其滲透性，抗滲性能的好壞決定了外界物質侵蝕混凝土的難易與快慢[1，2]。因此，正確有效地對混凝土滲透性能進行評價十分重要。然而現有的評價方法多停留于實驗室分析研究，脫離了復雜的服役環境，特別是忽略了荷載作用的影響。少數一部分意識到了荷載的重要性，但卻在卸載之后進行分析評價[3-8]。大量的研究表明[7，9，10]，荷載的施加改變了與混凝土滲透性息息相關的內部微裂紋的分布與數量，卸載與否則決定了裂紋的閉合狀態。

本文基于上述出發點，研究彎曲荷載作用期間，不同應力水平及水灰比對于受拉應力作用區混凝土水滲透性能的影響。根據混凝土的電阻與含水率之間的良好相關關系，可知混凝土的電阻變化履歷可在一定程度上表達混凝土的水分遷移特征。

研究表明，混凝土內部孔徑特征符合分形幾何的思想，即孔徑越小，數量越多;孔徑越大，數量越少。這說明，有害孔中的毛細孔是外界物質進入混凝土內部的主要通道。對于干燥混凝土，水分先充滿數量不多的大孔，再充滿數量占多的毛細孔，促使電

其中，Kr為相對滲透系數，mm/s;Dm為平均滲水高度，mm;H為壓力水頭，1.0 MPa的壓力水頭為102 m;T為恒壓時間，s;a為混凝土的吸水率，約為0.03，或進行實際測定，約在 0.02～0.06之間。解質溶解，電阻出現明顯的下降。

因此，可將該突變的時間作為水分在該壓力水頭下到達該深度的時間。確定滲透時間—滲透深度—壓力水頭，可采用達西定律的推導式求得混凝土的相對滲透系數，如式(1):

1 實驗概要

基于上述研究路線，以普通水灰比0.65混凝土為研究對象，確定壓力水頭為規程建議使用的1.0 MPa～1.2 MPa范圍，在彎曲集中荷載作用下的受拉面20 mm，30 mm，40 mm 3個滲水深度處埋置銅電極，配合自行設計的整個監測系統，考察與分析4個開裂荷載的荷載水平(分別為 0.7倍，0.5倍，0.3倍開裂荷載和無荷載條件)對混凝土滲透性能的影響。

1.1 原材料及混凝土配合比

本研究以普通混凝土作為研究對象，見表 1，表2，目標坍落度使用泵送混凝土的常用坍落度(150±10)mm。

表1 混凝土實驗原材料

表2 配合比(1 m3)

1.2 滲透裝置

滲水實驗實物圖包括三部分:1)荷載的施加與控制，采用2分點加載的形式，兩端支點墊以鋼板和荷載傳感器，擰緊螺栓對試件施加荷載，荷載傳感器(量程10 kN)與數據采集儀(c)相連接以控制荷載大小。2)壓力水頭用混凝土滲透儀控制，量程為0 MPa～5 MPa，其出水端用銅管連出，配合自制滲水模具對試件施加水壓。3)混凝土各滲水深度處的電阻用手持式 lcr電橋以半小時為間隔進行測定記錄。

1.3 其他試件及匯總

本研究以集中荷載的開裂荷載(fcr)作為基準，采用0.7倍，0.5倍，0.3倍開裂荷載和無荷載四種荷載水平來考查荷載的影響。確定開裂荷載的試件結構與形式只比實驗對象少了電極的布置，其他相同。

澆筑抗壓強度試件以確定混凝土基本物理力學性能，尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

2 實驗結果及分析

2.1 混凝土電阻履歷

圖1為混凝土電阻隨時間的變化曲線，可得到下述結論:1)電阻變化曲線出現拐點，根據上節所述，可將曲線趨向平衡的那個拐點作為水分基本到達的時間。2)初始電阻隨著滲透深度的增加而降低。說明在這一干燥狀態，混凝土內部水分分布不均勻。

2.2 相對滲透系數

根據上述曲線，可獲得各處混凝土電阻變化的拐點時刻，如表3所示。

根據實驗規程給定公式，可得到相對滲透系數表格如表4所示。

2.3 荷載作用對混凝土滲透性能的影響

分析上述圖表，隨著荷載水平的增加，混凝土的滲透系數出現了明顯的增長，當荷載水平達到 0.5倍 fcr時，滲透系數達到了無荷載施加條件的2倍以上。0.65水灰比混凝土的滲透系數對于荷載水平的反應靈敏，荷載達到0.3倍開裂荷載水平時，滲透系數就達到了無荷載水平的2倍。

表3 電阻拐點時刻

表4 相對滲透系數

3 結語

本文研究了混凝土彎曲開裂荷載水平與混凝土滲透性能的關系。0.3倍開裂荷載水平是改變水灰比為0.65混凝土滲透性能的臨界荷載，這些臨界荷載導致混凝土相對滲透系數比無荷載作用時提高了2倍以上。這說明，彎曲荷載的存在極大降低了混凝土的抗滲性能。

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