孔隙率對混凝土材料的影響及控制

文/陶靜，淮南礦業集團

1 前言

近年來，隨著國民經濟和建筑技術的發展，建筑規模不斷擴大，大型現代化技術設施或構筑物不斷增多，而混凝土結構以其材料廉價物美、施工方便、承載力大、可裝飾強的特點，日益受到人們的歡迎。混凝土的孔隙率對混凝土的強度和耐久度會產生很大的影響。一般認為，孔隙率可從兩個方面對混凝土材料產生影響：一是混凝土孔隙的多少；二是混凝土孔隙的特征。一旦混凝土的強度和耐久度發生破壞，就將會對建筑物產生極大的的影響，另外，在強度可以維持的前提之下，盡量減小混凝土孔隙率會極大的節約材料和能源。所以，如何采取有效措施控制混凝土的孔隙率，是一個非常值得關注的問題。

2 孔隙率對混凝土材料的影響

按孔隙的特征，材料的孔隙可分為開口孔隙和閉口孔隙兩種，二者孔隙率之和等于材料的總孔隙率。按孔隙的尺寸大小，又可分為微孔、細孔及大孔三種。不同的孔隙對材料的性能影響各不相同。一般而言，孔隙率較小，且連通孔較少的材料，其吸水性較小，強度較高，抗凍性和抗滲性較好。

孔結構是影響水泥混凝土性能的重要因素, 而孔結構中最簡單且最重要的參數就是孔隙率.混凝土的孔隙率是材料體積內孔隙體積所占的比例, 用式(1) 計算：

式中： V 0 為材料體積； V 為材料中固體體積.

2.1 吸水性

混凝土材料的吸水性是指混凝土材料與水接觸吸收水分的性質。混凝土材料吸水飽和時的含水率稱為混凝土材料的吸水率。

混凝土材料吸水率的大小主要取決于混凝土材料的孔隙率及孔隙特征。具有細微而連通孔隙且孔隙率大的混凝土材料吸水率較大；具有粗大孔隙的混凝土材料，雖然水分容易滲入，但僅能潤濕孔壁表面而不易在孔內存留，因而其吸水率不高；密實混凝土材料以及僅有封閉孔隙的材料是不吸水的。

混凝土材料含水后，自重增加，強度降低，保溫性能下降，抗凍性能變差，有時還會發生明顯的體積膨脹。

2.2 抗滲性

抗滲性是指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。抗滲性對混凝土的耐久性起重要作用，因為抗滲性控制著水分滲入的速率，這些水可能含有侵蝕性的化合物，同時控制混凝土受熱或受凍時水的移動。

混凝土的孔結構隨著水化程度的提高和齡期的演唱不斷變化，因為有凝膠孔的水泥凝膠體積比未水化的水泥體積增大1.2倍。因而水化產物填充了由拌合水占有的那部分體積，毛細孔體積減小，凝膠孔體積增加。混凝土滲水的過程首先是混凝土中的毛細管的毛細現象，毛細孔吸水飽和后，才使水通過。

2.3 抗凍性

2.3.1 混凝土的孔結構

混凝土的抗凍性和與其孔結構有著密切的關系。在混凝土中，孔是水存在的空間，只有水存在時，在負溫度條件下才可能結成冰。在飽和狀態下，空越多，冰凍約嚴重。所以，對同一體積的混凝土塊，孔隙率越大，則孔越多，則混凝土的抗凍性越差。

2.3.2 骨料的孔隙率對混凝土的影響

骨料本身一般是比較密實的，孔隙率極低，孔徑也較小。通常骨料中的水不是凍結的。但骨料的孔隙率影響水的擴散阻力，骨料的保水程度影響其容水空間，特別是采用較大粒徑的骨料，混凝土凍結時間排出多余水分的通路較長，產生的壓力較大，因而容易產生破壞。

3 混凝土孔隙率的控制措施

明確了孔隙率對于混凝土材料的影響，可以通過宏觀手段調節孔隙率，以期在一定程度上改善混凝土的性能。

3.1 使用減水劑及礦物摻合料

當未使用減水劑及礦物摻合料時，水泥漿體中的水泥顆粒之間的間隙較大，其中包括了較多的自由水，加入了減水劑及礦物摻合料的水泥漿體，由于排出了多余的自由水分，水泥粒子間隙降低，同時使用減水劑及礦物摻合料的水泥漿體，由于超細粉填充于水泥顆粒之間，硬化后混凝土的耐久性及強度均會得到較大的改善。

3.2 使用引氣劑及礦物摻合料

使用引氣劑時，由于混凝土內部孔隙率改變而使混凝土性能提高的表現歸納起來有4個方面：1）由于降低了水灰比（引氣劑或引氣減水劑都具有一定的減水能力），混凝土中水泥砂子的密實度得到提高；2）由于減少了混凝土拌合物的體積含水量，混凝土中沉陷毛細管的體積減少；3）由于毛細管通道被礦化空氣泡阻塞，毛細管壁表面憎水化以及開口孔隙轉變為閉塞狀態，使毛細管吸附力降低；4）以閉塞氣泡形式存在于膨脹體系中的空氣泡于水分凍結時對壓力的局部增加起到緩沖作用。

引氣劑能改善混凝土孔隙率，是由于混凝土中有微小分散的空氣泡存在，以及由此發生的材料結構上的變化，使混凝土拌合物總的體積含水量減少，單位體積中開口的毛細管數量也減少，降低了混凝土材料的孔隙率。

另外，這些氣泡阻塞了毛細管彼此之間的聯絡通道，使毛細管網成為被隔開的礦化空氣泡。同時表面活性物質在管壁上吸附，并使其憎水化，混凝土具有這種結構時，混凝土內凍結水分的破壞作用就難以實現。這是因為毛細管吸附力比不摻引氣劑時小得多，浸入飽和會受阻礙。另外，如果含有空氣泡的混凝土中開口毛細管部分被水填塞，那么當水分在毛細管中結冰時，由于毛細管中存在著礦化空氣泡，結冰時膨脹水分可以從毛細管中被擠到由空氣泡組成的而且被薄的礦化膜和毛細管分開的后備地帶--膨脹腔中去，從而起到卸壓和緩沖的作用，使混凝土結構免遭破壞。

3.3 采用機械攪拌及機械振搗

采用機械攪拌及機械振搗可以盡可能的提高混凝土的密實度，降低其孔隙率，在攪拌的過程中，拌合料的狀態、性能均有明顯的改善。

3.4 合理確定混凝土配合比，嚴格控制混凝土水灰比

水灰比對硬化的混凝土的孔隙數、孔隙率大小起決定性作用，直接影響混凝土的密實性。

4 結束語

總之，混凝土的孔隙率是由多種因素共同作用控制的，只要做好了混凝土孔隙率的控制，混凝土的性能就會得到顯著地改善。