《影响混凝土抗渗性能的主要因素分析》(共7页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上淮南职业技术学院毕业实践（论文、设计）报告题 目：影响混凝土抗渗性能的主要因素分析系 别 专 业 姓 名 指导教师 2012年 3 月 24 日影响混凝土抗渗性能的主要因素分析2009级工程监理 张瑞瑞摘 要：混凝土的抗渗性能影响因素较多，从20 世纪80 年代起，人们重新对混凝土抗渗性能产生兴趣，是由于混凝土的耐久性问题日益为人们所关注。混凝土的耐久性，与水和其它有害液体、气体向其内部流动的数量、范围等有关，因此抗渗性能高的混凝土，其耐久性就好。近年来，高性能混凝土的概念大有取代高强混凝土概念的趋势，地下建筑物、地下结构构件以及水下工程中混凝土的使用必须考虑到其抗渗

2、性，而抗渗性又是影响建筑物耐久性的重要因素。结合实践分析了影响混凝土抗渗性能的主要因素及注意事。目前人们在这方面获得的研究成果还远远不能令人满意，有必要在这方面进一步深入进行研究。本文正是针对上述问题，分析了混凝土的抗渗性能的主要影响因素，并且介绍了研究现状。关键词： 混凝土抗渗性能 耐久性 微裂纹20 世纪30 年代，人们开始关注混凝土的抗渗性能，是始于大型水工工程的建设，诸如混凝土水坝、水渠、涵管及位于地下水位线以下的地下结构如隧道等；一旦混凝土的抗渗性能不足或受到破坏，会降低这些结构的使用效能，造成污染、渗漏等事故。尤其是水坝之类的大型水工结构，在设计中需要确知混凝土抵抗高水压下水穿透的

3、能力 。一、影响混凝土抗渗性能的主要因素水灰比及拌合物的和易性；水泥用量、砂率及其相应的灰砂比。此外，水泥品种、砂石颗粒级配、石子品种和最大粒径；养护条件及养护方式等，对混凝土的抗渗性能都产生不同程度的影响。 1、水泥品种的影响 配制普通抗渗混凝土的水泥，要求抗水性好，泌水性小，水化热低并具有一定的抗侵蚀性。从20 世纪80 年代起，人们重新对混凝土抗渗性能产生兴趣，是由于混凝土的耐久性问题日益为人们所关注。混凝土的耐久性，与水和其它有害液体、气体向其内部流动的数量、范围等有关，因此抗渗性能高的混凝土，其耐久性就好。近年来，高性能混凝土的概念大有取代高强混凝土概念的趋势 ，因为人们认识到强度这

4、一单一的指标并不足以揭示结构材料的工作状态。高性能混凝土首先要求是耐久性有保证的混凝土。因此，要研究高性能混凝土，就不能不关注混凝土的抗渗性能。然而，服役期间的混凝土，其抗渗性能并非是一个常数，其与龄期、浆体水化程度等因素丝丝相扣，与微裂纹的延伸扩展更是密切相关。正是因为涉及的影响因素太多，试验耗功耗时，因此，目前人们在这方面获得的研究成果还远远不能令人满意，有必要在这方面进一步深入进行研究。本文正是针对上述问题，分析了混凝土的抗渗性能的主要影响因素，并且介绍了研究现状。后期强度较高，泌水性小，干缩性较小，抗冻耐磨性好，但耐水性和抗硫酸盐侵蚀能力较差。火山灰硅酸盐水泥，耐水性好，水化惹低，抗硫

5、酸盐侵蚀能力较好，但早期强度低，变形大，抗冻耐磨性差。矿渣硅酸盐水泥，水化热较低，抗硫酸盐侵蚀能力好，但泌水性大，干缩性也较大，抗冻耐磨性差。综上所述，普通混凝土应优先采用硅酸盐水泥，有硫酸盐侵蚀的地方可以选用火山灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。普通混凝土严禁使用过期水泥和不合格水泥，特别是已受潮而成团、结块的水泥。否则将由于水泥水化作用不完全，而影响混凝土抗渗性和强度2、水灰比的影响水灰比除了影响防水混凝土结构的抗压强度及抗渗性能外，还影响着砼结构的抗冻性能及耐久性，混凝土拌合物的水灰比对硬化混凝土孔隙率的大小、数量起决定性作用，直接影响混凝土结构密实性。水灰比过小时，砼和易性不好，施工操作困

6、难，影响砼的密实度和抗渗性，水灰比过大时，用水量太多，砼在施工时泌水现象严重，水泥在水化过程中，砼中的游离水蒸发，不可避免地在砼内部留下大量孔隙，这些孔隙相互贯通，形成开放性毛细管泌水通道，使砼结构抗渗性能降低、透水性增高。因此，水灰比是影响砼抗渗性能的重要因素，只有最适宜的水灰比才能使砼的防水性能达到最佳状态。目前国内外对防水砼的水灰比都规定了一些限值，有的国家还以水灰比来控制抗渗砼的防水等级，我国规范最大限值为0.6。有关资料证明，在0.50.6范围内都取得了令人满意的效果。3、水泥用量、砂率及灰砂比的影响在一定水灰比限值内，水泥用量和砂率对混凝土抗渗性的影响比较明显。足够的水泥用量和适宜

7、的砂率，可以保证混凝土中水泥砂浆的数量和质量，使混凝土获得良好的抗渗性。因此，混凝土的水泥用量最低不得小于320kgm3，水泥强度等级应不低于42.5Mpa。砂率的大小直接影响混凝土的抗渗性能，与普通混凝土相比，抗渗性混凝土采用富砂率，因为水泥砂浆不仅起粘结填充作用，还要形成一定厚度的砂浆保护层，这层砂浆保护层包裹在粗骨料的表面并使这些粗骨料颗粒相互离开一定距离，这样，一方面使砼达到了最大密实度，另一方面又能切断砼内部的毛细管道，从而提高了抗渗性。粗细骨料要有良好的级配，各组粒径要在筛分曲线范围内，砂率选择要得当，当砂率过大时，由于砂用量过多，水泥浆不能包裹砂表面，结构不密实，降低了砼的抗渗性

8、和抗压强度。同时，砂率过大也必然要增加水泥用量和用水量，由此又导致砼的流动性增大，砼在施工振捣时，粗细骨料产生不均匀下沉，砼各组分离析，导致硬化后砼匀质性变差，结构上产生收缩裂缝，下部稀疏空洞，同样降低结构的抗渗性和强度。所以，在设计防水砼配合比时，选择最佳砂率对提高抗渗性至关重要，在满足规范要求条件下，砂率一般在0.36左右较为理想。灰砂比表明了水泥砂浆中的水泥的浓度以及水泥砂浆包裹砂粒的情况与砂率所表明的概念不同，前者表明水泥砂浆的数量，后者表明水泥砂浆的质量，灰砂经对于砼的结构形成和砼的各项指标起着重要作用。灰砂比选择得当，就能得到密实度较高，符合设计要求的砼，当灰砂比偏大时，水泥和水的

9、用量偏大，容易发生不密、不均匀和收缩大等现象，使砼抗渗性能下降，当灰砂比偏小时，水泥和水用量偏少，砼拌合物易出现干涩和粘结力不好等现象，使施工和易性变差，降低了密实度，导致抗渗性能下降，经研究与实践表明，抗渗效果较为理想的灰砂比为1：20l：25。. 4、石子品种与最大粒径的影响抗渗性混凝土常用的粗骨科有卵石和碎石，对这两种骨料本身可以认为是密实的，不透水的。鉴于这两种骨料表面状态的不同，混凝土拌合物的和易性也不同。碎石表面粗糙，多棱角，与水泥的粘结比卵石要优越，对混凝土强度及抗渗性均有利。但由于碎石表面的特点，要求与卵石同样的和易性，每立方米混凝土需多用水泥约l020kg，用水量也随之增加，

10、对抗渗性未必有利。因此，要想获得良好的施工和易性及抗渗性应适当增加水泥用量及砂率。另外，石子粒径过大或过小，对混凝土抗渗性均不利。在抗渗性混凝土中，允许采用的粗骨科最大粒径一般为40mm，具体的粒径限度尚应按结构厚度，钢筋稀密，振捣条件等因素来确定。二、材料组分与配合比对混凝土抗渗性的影响混凝土的抗渗性能首先要在配合比设计方面予以考虑。Larson and Mc Vay经过研究在93 年提出，强度与耐久性不是相关的性能；氯化物渗透性，作为混凝土耐久性的一部分，在配合比设计中是能够采取措施予以保证的；在配合比设计中应兼顾考虑强度和耐久性两方面的要求。1、粉煤灰和硅灰在外掺料对混凝土抗渗性能的影响

11、研究中，粉煤灰和硅灰大概是被研究得最多的外掺料。20 世纪70 年代以来，欧美日等一些发达国家发现，50 年代以后建造的混凝土工程设施，往往要比二三十年代建造的工程先出现病害、开裂、甚至严重损害。日本的新干线使用不到十年，就出现大面积混凝土开裂，剥蚀现象。据分析，这与近年来水泥产品的细度减小、活性增加，使得水化反应加速、放热加剧、干燥收缩增加有关，最终导致混凝土温度收缩和干缩产生的裂纹增加。微裂纹和宏观裂纹的增加对混凝土的抗渗、耐久性能是不利的。为此，人们在配制高性能混凝土时，常常掺加粉煤灰等外掺料取代部分水泥，一方面降低造价，另一方面减少热开裂。在我国和其它许多国家，受现行规范的限制，粉煤灰

12、在结构混凝土中掺量常不超过25 %。这表明规范的观念已经滞后，应该有新的规范指导抗渗、耐久混凝土的配制使用。众多的文献指出，掺入硅灰后对混凝土的强度和抗渗性能增强效应极佳；对它的性能研究是目前国际混凝土行业的热门方向之一。但是由于硅灰是电弧炉冶炼硅铁合金时的副产品，其来源相对稀少，应用中的冷清与研究中的热情形成较大反差，略显尴尬局面。2、其它组分材料除硅灰、粉煤灰等人造火山灰质材料外，还有其它可能影响混凝土抗渗性能的组分。有研究者研究了聚丙烯纤维掺入混凝土中，是否会与混凝土的各种外加组分如:粉煤灰、硅灰、或磨细的高炉矿渣发生反应导致抗渗性能下降的问题；通过实验确定:虽然聚丙烯纤维掺入会降低温凝

13、土的抗渗性，但聚丙烯纤维基本不与上述其它组分发生反应，上述组分对混凝土抗渗性能的正面影响在掺入聚丙烯纤维后依然存在，也就是说混凝土耐久性不会受到合成纤维的影响。膨胀剂对混凝土抗渗性能的影响，视混凝土内、外部对膨胀的限制情况而定。孙伟等人对钢纤维、合成纤维以及膨胀剂在混凝土硬化过程中对收缩开裂的影响进行了研究，研究结果证实：钢纤维与膨胀剂混合增强混凝土，钢纤维能够对膨胀产生很大的内部限制，使得混凝土更加致密，混合增强的方式能够取得很好的抑制硬化期间收缩裂纹的效果，从而极大地改进抗渗性能。针对目前流动混凝土用量大增的现状，有研究者研究了超塑化剂对混凝土渗透性的影响；通过试验发现:当超塑化剂掺量达水

14、泥用量的110 %、坍落度高达200mm 之上时，硅灰对抗渗透性非常重要；没有掺硅灰的混凝土的渗透性是掺硅灰的混凝土的渗透性的35 倍。此外，按照AASHTO T277 标准进行的氯离子渗透试验却未能敏感得足以揭示超塑化剂掺量和坍落度的不同对混凝土材料微结构产生的影响。3、水灰比一般情况下认为，材料的组分与配合比中对混凝土抗掺性最具影响力的因素是水灰(胶) 比；事实上，在水灰比小于0.13 ，特别是掺有硅灰的情况下，混凝土对于水与氯化物来说都可认为是不可渗透的，这样的混凝土可以在下面的暴露条件下工作：(1) 高水头压力； (2) 需要防止氯化物侵蚀； (3) 恶劣的冻融条件存在； (4) 需抵

15、抗有害化学品侵蚀。只要将水灰比限制在不超过0.14 ，就能够获得渗透性足够低的混凝土，能够抵抗很高的水压力。配合比设计不仅要考虑新浇筑混凝土的抗渗性能，也要考虑服役期间的工作环境使微裂纹扩展导致抗渗性能劣化的问题；当然这是一个非常复杂的问题，从下面的介绍可以看到，这方面每前进一步都是十分艰难的。三、服役期间的工作环境使微裂纹扩展导致抗渗性能劣化前面已经提到，对于混凝土结构而言，并非是仅仅满足了一些外加剂、掺合料及水灰比方面的要求，就能够保证耐久性能。这是因为混凝土在工作中要承受各种荷载和变形；混凝土在荷载、变形和气候作用下，微结构性能会逐步劣化，表面及内部产生微裂纹；而混凝土的开裂通常导致渗流

16、通道相互连接并且增加混凝土的渗透性，这种由于裂纹扩张导致的渗透性的增加使得更多的水和有害化学成分渗入混凝土中，引起混凝土性能的进一步劣化、开裂。这样一个链式反应: 劣化-开裂-可渗性增加-进一步劣化，终将导致混凝土结构的毁灭性破坏。Shah and Wang 根据一个目前仍在进行的广泛研究的初步结果，给出了混凝土微结构、渗透性能、开裂和耐久性之间的关系。指出在耐久混凝土配合比设计1、静载荷下微裂纹扩展对混凝土抗渗性的影响在定性分析荷载与变形作用对混凝土抗渗性能的影响机理方面，人们是很容易达成共识的。比较权威的观点是：在外加荷载施加之前，在砂浆与骨料界面之间就存在粘结裂缝，在砂浆和骨料本身，也存

17、在微裂纹，但这些微裂纹与粘结裂纹相比是微不足道的； Slate ， F1O1 ，and K1C1Hover1 在25 认为：在所施加的荷载不超过极限荷载的30 %之前，粘结裂纹的增量可以忽略不计；如果荷载进一步增加，粘结裂纹不论是在宽度还是在长度方面都将随之增加。荷载达到70 % 90 %极限荷载时，在砂浆内部的微裂纹已经延伸，开始连接粘结裂纹；如果是高强混凝土，此时在骨料中也已经开始产生微裂纹；这样就在混凝土内部形成了一个复杂的裂纹。T1Hsu 等在文献26 中指出，连续裂纹在混凝土内部的散布延伸导致混凝土体积的增加。这意味着混凝土内部形成了大于毛细管尺寸的内部孔、空隙系统。这将为气体、液体

18、及可溶解固体在混凝土内部迁移提供了潜在的通道。本人上述研究结论之所以相差如此悬殊，试验条件的不同是一个重要原因。不同的荷载形式对抗渗性能的影响是不同的。举例说，圆柱形试件在径向受压力的情况下，其纵轴方向的抗渗性能将由于上述荷载的存在而提高，因为径向荷载使得材料内部纵向的毛细孔受到压缩，水流通过纵向毛细孔变得更困难了。由此不难想象，同样研究压缩荷载对抗渗性能的影响，实验机压头对试件横向变形的约束程度不同，对试验结果的影响会很大。2、疲劳荷载下微裂纹扩展对混凝土抗渗性能的影响由于疲劳试验与抗渗试验都是非常复杂的试验，将二者复合起来研究更是难上加难，鲜见有这方面研究的报导，所以Kamal Tawfi

19、q 等人的研究就显得尤为珍贵。Kamal Tawfiq 等人进行了循环荷载作用对混凝土渗透性能的影响研究， 该研究项目采用了尺寸为150mm 150mm 550mm 的单侧缺口梁，缺口高度为25mm，在弯曲循环荷载作用下缺口根部一定范围内将出现微裂纹。研究人员事先在缺口根部附近贴有应变片并且埋设有空气渗透性探测探头，在试验中测试空气渗透性随循环次数的变化关系，并且对一些承受了循环荷载产生微裂纹的试件在缺口根部附近钻孔取芯，得到圆饼状的带缝混凝土试件，然后以该种试件测试水渗透性。研究获得的主要结论为: 安设在混凝土应力区的空气渗透仪气压表上显示出负压的不断损失，能够很好地表示疲劳裂纹的扩展。在裂

20、纹扩展的初始(第一) 阶段，循环初期的压力损失速率很高；在第二阶段(裂纹扩展阶段) ，下降速率极大地降低；在第三阶段，试件即将破坏前，气压损失迅速直至测试值为0 。在该阶段(开裂阶段) ，混凝土处于非常不稳定的状态，随时会发生结构破坏。混凝土的破坏可以由结构内部的大量开裂为表征，开裂则可通过空气渗透值所检测。持续的零读数表明不连续裂纹的严重发展和混凝土基体的破坏。像硅灰和粉煤灰这样的火山灰成分通常减少混凝土在加载期间初始裂纹的形成及其扩展的范围。对于给定的应力水平S ，空气渗透率Kair与循环率NR 之间存在指数关系，这表明随着循环次数增加，应力区的抗渗透能力呈指数递减。3、时间因素对带裂隙混

21、凝土抗渗性能的影响与龄期对混凝土抗渗性能的影响略有不同，带裂隙混凝土的渗透性随时间递减是由于裂孔隙逐渐被水流带动的物质所堵塞。有关研究证明渗透持续时间对渗流量有很大影响，总体上说渗流量随时间由大趋小。也有人专门研究了混凝土裂纹随时间增长自动愈合的问题，认为:渗透流量与裂纹宽度之间在考虑修正系数后是服从Poiseuille 立方定律的，但随着渗流时间的增长，渗流规律会发生变化；该文对裂纹断面进行了化学和矿物学分析，结果表明混凝土内部的结晶状碳酸钙粒子逐渐析出，堵塞了渗流通道，最终流量只有原流量的1 % 20 % ，最终流量取决与裂纹宽度和水压结论：本文回顾了混凝土抗渗性能研究的研究历程，对研究现

22、状进行了阐述，并对混凝土抗渗性研究中出现的某些问题的产生原因进行了分析，此外，对某些可能取得突破的发展方向进行了展望，主要结论如下：（1） 由于高效减水剂等的广泛应用，混凝土水灰比趋低，混凝土在服役初期其抗渗性能往往是有保障的。混凝土的抗渗性能研究应该进一步关注荷载作用和微裂纹扩展的影响；在研究材料组分、尤其是比较传统的组分对抗渗性能的影响时，也要更多地结合时间因素和服役环境来考虑才更有意义；总之，考虑混凝土在服役环境中抗渗性能的劣化，是混凝土抗渗性能研究的一个发展方向。对于混凝土孔结构对抗渗性能的影响问题，如果与适合于描述杂乱无章事物的分形几何理论进行结合，可能获得进展； （2）在研究荷载作

23、用对混凝土抗渗性能的影响这一问题的过程中，荷载的作用形式对试验结果的影响非常大，目前不同研究人员的研究结论之所以相差如此悬殊，试验条件不同是一个主要原因；因此，在研究具体问题时应尽可能使试验边界条件与实际相符合； （3）应该建立抗渗性能指标与耐久性指标之间的联系，为用抗渗实验结果评价混凝土耐久性提供依据。参考文献：1.魏瞿霖、王松成主编 建筑施工技术 清华大学出版社 2006.92.张健主编 建筑材料与检测 化学工业出版社 2007.73.卢循、林奇主编 建筑施工技术 中国建筑工业出版社 19954.方先和主编 建筑施工 武汉大学出版社 20045.建筑施工手册 中国建筑工业出版社 2003.5专心-专注-专业