論混凝土的抗滲性

凌陽++傅國將

【摘 要】混凝土的抗滲性，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。混凝土的抗滲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。

【關鍵詞】混凝土；滲透性；機理；影響因素

On the impermeability of concrete

Ling Yang1，Fu 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。混凝土的耐久性直接關系到工程的使用壽命和工程的經濟效益，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，抗滲性便是其中之一。

（2）混凝土的抗滲性，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、硫酸鹽侵蝕和堿骨料反應這些會導致混凝土品質劣化的原因中水能夠滲透到混凝土內部都是破壞的前提，也就是說水或者直接導致膨脹和開裂，或者作為侵蝕介質擴散進去混凝土內部的載體。所以，混凝土的抗滲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。鋼筋的銹蝕導致其體積增大，造成鋼筋周同的混凝土保護層的開裂與剝落，使鋼筋混凝土結構失去其耐久性。

（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，其內部孔隙為水分充滿，在水的冰凍壓力作用下，混凝土內部結構更易于產生損傷與破壞。

（5）因此可以說，混凝土的抗滲性是其耐久性的第一道防線。

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

（7）混凝土與其微觀結構的劣化和侵蝕性介質的傳輸有關，混凝土的滲透性取決于其自身的微結構和飽和水程度，是決定混凝土性能劣化的關鍵因素。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）混凝土結構自建成之日起自身存在大量不連通的微裂紋，在環境因素及應力作用下，這些微裂縫不斷擴展直至連通，此時混凝土的滲透性決定了水和有害介質進入內部的速度，從而決定了劣化發展的速度。裂縫擴展（由混凝土的斷裂能控制）加速了水等介質的滲透速度，也加速了劣化進程。此外，由于施工澆注的不密實和泌水也會產生混凝土內部的連通孔道。混凝土的滲透性可以看作是流體介質（氣體、液體及其溶液）通過混凝土進行的一種擴散現象。因此可用能斯特一愛因斯坦擴散公式表示。

（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”。Mehta的水透過試驗證明：水透過毛細孔（>l00mm）流動比透過更細小的凝膠孔（<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認為：只有l00nm以上的毛細管孔隙才對抗滲性有害，小于50nm的孔可能屬于以凝膠為主水化產物內部的微孔，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管孔隙率控制。

圖1 水泥石的滲透性與帽子管孔隙關系

（4）水泥石的滲透性與毛細管孔隙率的關系如圖1所示。

圖1可見，如果水泥石中的毛細管孔隙率低于20%，其滲透系數低于2×10-11cm/s，與大理石的滲透系數相同。這是因為當毛細管總的孔隙率降低時，混凝土試樣中的毛細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的孔被認為是對氣孔通道的滲透性無用的孔，因此，我們認為混凝土的孔隙率應該大于10%才能使混凝土具有滲透性，即當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的結果是一致的。

（5）Costa和Massaza研究結果也證明了這一結論，如表1所示。當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（將大孔轉變成小孔）進而提高其抗滲透性能。endprint

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93%時：當水灰比低于0.6時，滲透系數急劇降低，如水灰比由0.7降至0.3時，則滲透系數可減少到千分之幾。這是由于低水灰比的水泥石，其毛細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，其滲透系數與花崗巖相同。

3.2 水泥石的滲透性與水化程度的關系。

（1）當混凝土的水灰比相同時，隨著齡期的增長，水化反應使得混凝土結構中的大孔轉變成小孔，從而導致大孔含量降低，混凝土的抗滲性也隨之改善。

（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滲性。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。在火山灰反應的情況下，物質沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但卻有足夠的數量去阻撓與障礙比較小的毛細孔與大孔相連，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，當滲透到界面處，必定沿著界面繞過骨料顆粒，而使滲透的通路加長，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，且以一部分礦物質摻合料代替相應的水泥，泌水離析現象得到了相應的解決，使得Ca（OH）2在界面上的富集與結晶定向排列得到了解決，界面的黏結強度比普通混凝土高，抗滲性也相應提高。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

[1] 張譽編著.混凝土結構耐久性概論.上海：上海科學技術出版社，2003.

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

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93%時：當水灰比低于0.6時，滲透系數急劇降低，如水灰比由0.7降至0.3時，則滲透系數可減少到千分之幾。這是由于低水灰比的水泥石，其毛細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，其滲透系數與花崗巖相同。

3.2 水泥石的滲透性與水化程度的關系。

（1）當混凝土的水灰比相同時，隨著齡期的增長，水化反應使得混凝土結構中的大孔轉變成小孔，從而導致大孔含量降低，混凝土的抗滲性也隨之改善。

（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滲性。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。在火山灰反應的情況下，物質沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但卻有足夠的數量去阻撓與障礙比較小的毛細孔與大孔相連，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，當滲透到界面處，必定沿著界面繞過骨料顆粒，而使滲透的通路加長，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，且以一部分礦物質摻合料代替相應的水泥，泌水離析現象得到了相應的解決，使得Ca（OH）2在界面上的富集與結晶定向排列得到了解決，界面的黏結強度比普通混凝土高，抗滲性也相應提高。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

[1] 張譽編著.混凝土結構耐久性概論.上海：上海科學技術出版社，2003.

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

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93%時：當水灰比低于0.6時，滲透系數急劇降低，如水灰比由0.7降至0.3時，則滲透系數可減少到千分之幾。這是由于低水灰比的水泥石，其毛細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，其滲透系數與花崗巖相同。

3.2 水泥石的滲透性與水化程度的關系。

（1）當混凝土的水灰比相同時，隨著齡期的增長，水化反應使得混凝土結構中的大孔轉變成小孔，從而導致大孔含量降低，混凝土的抗滲性也隨之改善。

（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滲性。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。在火山灰反應的情況下，物質沉淀到孔隙里是不可能完全填充大的孔隙的，但卻有足夠的數量去阻撓與障礙比較小的毛細孔與大孔相連，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，當滲透到界面處，必定沿著界面繞過骨料顆粒，而使滲透的通路加長，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，且以一部分礦物質摻合料代替相應的水泥，泌水離析現象得到了相應的解決，使得Ca（OH）2在界面上的富集與結晶定向排列得到了解決，界面的黏結強度比普通混凝土高，抗滲性也相應提高。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

[1] 張譽編著.混凝土結構耐久性概論.上海：上海科學技術出版社，2003.

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