華南地區(qū)高性能抗?jié)B混凝土的研究

劉依婷 郝亞男

摘要：華南地區(qū)多雨潮濕，建筑抗?jié)B性能等問題比較突出，混凝土作為當(dāng)代建筑應(yīng)用最廣泛的材料，研究其抗?jié)B性能尤為重要。添加粉煤灰以及水灰比對混凝土抗?jié)B性能影響較大，只要水泥替代量不超過50%，粉煤灰的摻入將有利于提高混凝土的抗?jié)B性能；當(dāng)混凝土水灰比大于0.55時，混凝土的滲透性急劇增加。華南地區(qū)多雨潮濕的工作環(huán)境使微裂紋擴展導(dǎo)致滲透性能劣化。提高混凝土抗?jié)B性能的措施包括設(shè)計合理的混凝土配合比，嚴格控制混凝土的水灰比等

關(guān)鍵詞：華南地區(qū)；混凝土；抗?jié)B性能；措施

引言

隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平不斷提高的需求，大量的民用及工業(yè)建筑拔地而起，建筑的安全舒適美觀和耐久性被是被關(guān)注較多的問題。華南地區(qū)作為我國經(jīng)濟發(fā)展較快的區(qū)域，這些問題同樣存在，并且作為多雨潮濕地區(qū)，建筑的抗?jié)B防水性能更為關(guān)注。混凝土作為當(dāng)代建筑應(yīng)用最廣泛的材料，研究其抗?jié)B性能就尤為重要。

1.概述

1.1定義

抗?jié)B混凝土（impermeable concrete）是指抗?jié)B等級等于或大于P4級的混凝土。抗?jié)B混凝土按抗?jié)B壓力不同分為P4、P6、P8、P10、P12和大于P12共6個等級。

高性能混凝土是指抗?jié)B性、抗凍性、鋼筋銹蝕、化學(xué)侵蝕、堿集料反應(yīng)等任一性能比普通混凝土高等級的混凝土。

1.2研究混凝土抗?jié)B性能的意義

近年來，高性能混凝土的概念大有取代高強度混凝土概念的趨勢，因為人們認識到強度這一單一的指標并不足以揭示結(jié)構(gòu)材料的工作狀態(tài)。高性能混凝土首先要求就是耐久性有保證的混凝土。

混凝土的耐久性包括抗?jié)B性、抗凍性、鋼筋銹蝕、化學(xué)侵蝕、堿集料反應(yīng)等。其中混凝土的抗?jié)B性是混凝士耐久性的第一道防線，對混凝土的耐久性的影響十分重要。因為水分或侵蝕性介質(zhì)的入侵是引發(fā)混凝十質(zhì)量劣化、耐久性不足的主要原因。

有學(xué)者認為混凝土的抗?jié)B性是評價混凝土耐久性最重要的綜合指標。美國的Metha，英國的Nevill及我國已故I程院院土吳中偉主張，大幅度提高混凝土的抗?jié)B性是改善混凝+耐久性的關(guān)鍵[1]。

2.華南地區(qū)混凝土

華南地區(qū)山水雨水較多，建筑結(jié)構(gòu)耐久性失效過程極為復(fù)雜，提高抗?jié)B性是建筑混凝土耐久性的主要途徑。石沙混凝土是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（可含外加劑和摻合料）按一定比例配合，經(jīng)攪拌而得的水泥混凝土，也稱普通混凝土。

今天，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，河砂的過量開采已帶來嚴重的環(huán)境問題，很多地方河砂資源已經(jīng)枯竭，特別是華南某些多山地區(qū)，山砂的價格比河沙便宜，人們對山砂的應(yīng)用日益重視，山砂作為混凝土原料的一個砂種，已正式寫入我國國家和行業(yè)標準中，省外也開始在使用山砂。

3.影響混凝土抗?jié)B性能主要因素的研究

3.1粉煤灰對混凝土抗?jié)B性能的影響

文獻[3]研究了大量摻入粉煤灰對混凝t抗?jié)B性能的影響。

（1）不摻粉煤灰的參考混凝土

（2）0%～ 70%水泥被粉煤灰取代的混凝土

測試強度、氯化物滲透性、空氣滲透性和滲水性：

（1）在28天期齡，無粉煤灰混凝土的空氣滲透性低于高摻粉煤灰混凝土

（2）在91天期齡，50%替代量的混凝土比，其空氣滲透性、水滲透性最低

（3）.通常而言，只要水泥替代量不超過50%，粉煤灰的摻入有利于提高混凝土的抗?jié)B性能。

3.2水灰比對混凝土抗?jié)B性能的影響

水灰比對混凝土抗?jié)B性的影響最大，減小水灰比，有利于調(diào)高混凝土的抗?jié)B性能。水灰比越大，包圍水泥顆粒的水層就大，水在水泥石中形成相互連通的、無規(guī)則的毛細孔系統(tǒng)，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗?jié)B性就差。相同條件下，隨著水灰比增大，毛細孔的半徑明顯增大見下表。當(dāng)混凝土水灰比大于0.55時，混凝土的滲透性急劇增加。

3.3華南地區(qū)多雨潮濕的工作環(huán)境使微裂紋擴展導(dǎo)致滲透性能劣化

3.3.1微裂紋寬度對混凝士抗?jié)B性能的影響

理論上講，帶裂隙塊體的滲透能力與裂紋寬度w的關(guān)系可以由著名的裂隙水流立方定律來描述，也稱為Poiseuille定律。

q = w3Jf /2μ （4）

q-通過裂隙斷面的單位時間流量；

-流體的密度；

μ-流體黏度；

Jf-為裂隙中水力梯度。

該式適用條件中，不變形塊體是指裂隙形狀、體積不受應(yīng)力及滲透壓力的影響；所謂理想裂隙是指假定裂隙兩壁面光滑且相互平行，裂隙長度遠大于裂隙寬度w，即所謂平行板狀窄裂縫。

3.3.2靜荷載下微裂紋擴展對混凝土抗?jié)B性的影響

在外加荷載施加之前，在砂漿與骨料界面之間就存在粘結(jié)裂縫，在砂漿和骨料本身，也存在微裂紋，但這些微裂紋與粘結(jié)裂紋相比是微不足道的。

在所施加的荷載不超過極限荷載的30 %之前，粘結(jié)裂紋的增量可以忽略不計；

如果荷載進一步增加，粘結(jié)裂紋不論是在寬度還是在長度方面都將隨之增加。

荷載達到70 %～ 90 %極限荷載時，在砂漿內(nèi)部的微裂紋已經(jīng)發(fā)展延伸，開始連接粘結(jié)裂紋；如果是高強混凝土，此時在骨料中也已經(jīng)開始產(chǎn)生微裂紋；這樣就在混凝土內(nèi)部形成了一個復(fù)雜的裂紋網(wǎng)絡(luò)。連續(xù)裂紋在混凝十內(nèi)部的散布延伸導(dǎo)致混凝土體積的增加。這意味著混凝土內(nèi)部形成了大于毛細管尺寸的內(nèi)部孔、空隙系統(tǒng)。這將為氣體、液體及可溶解固體在混凝十內(nèi)部遷移提供了潛在的通道。

3.3.3時間因素對帶裂隙混凝土抗?jié)B性能的影響

與齡期對混凝 H抗?jié)B性能的影響略有不同，帶裂隙混凝十的滲透性隨時間遞減是由于裂孔隙逐漸被水流帶動的物質(zhì)所堵塞。在對試件施以高水壓后在試件底部發(fā)現(xiàn)了水泥和其它淤積粒子，說明內(nèi)部開裂面產(chǎn)生了脫落粒子，部分被沖出裂隙，剩余部分將使水流通道逐漸狹窄。試驗結(jié)果都證實：滲透持續(xù)時間對滲流量有很大影響，總體上說滲流量隨時間由大趨小。

混凝土內(nèi)物質(zhì)的析出固然降低滲透性，但物質(zhì)析出可能降低混凝土內(nèi)部的堿環(huán)境，這對耐久性本身是不利的；而且物質(zhì)大量析出會影響強度。如何綜合評價混凝裂縫自動愈 合現(xiàn)象對混凝t耐久性的影響，是一個值得進步研究的問題。

4.提高混凝土抗?jié)B性能的措施

1.提高混凝土自身的抗?jié)B能力：

（1）設(shè)計合理的混凝土配合比，嚴格控制混凝土的水灰比。

（2）在混凝士中摻入粉煤灰等外加劑提高混凝土的抗?jié)B性。

（3）對砂石的清潔度特別是含泥量提出嚴格要求。

（4）采用機械振搗和機械攪拌，保證混凝土的抗?jié)B性。

（5）加強混凝土的養(yǎng)護

2.采用表面涂層或覆蓋層

3.浸漬混凝土[6]

5.總結(jié)

本文闡述了研究混凝十抗?jié)B性能的重要性，分析了影響混凝土抗?jié)B性能的各個方面和主要影響因素，并且針對這些影響因素，介紹了研究現(xiàn)狀及目前獲得的一些重要結(jié)論。特別提出適合華南地區(qū)抗?jié)B混凝土材料的特點，并提出混凝土的抗?jié)B研究關(guān)注混凝土在服役環(huán)境中由于荷載、裂紋擴展等導(dǎo)致的抗?jié)B性能劣化的問題。

參考文獻

[1]遲培云，梁永峰，于素建，提高混凝土耐久性的技術(shù)途徑，混凝土，2001年第8期。

[2]過鎮(zhèn)海、時旭東編著，鋼筋混凝土原理，第一版。北京：清華大學(xué)出版社。

[3]李志剛，淺談影響混凝土抗?jié)B性能的幾個因素。內(nèi)蒙古石油化工，2011年第8期。

[4]金偉良、趙羽習(xí)，混凝士結(jié)構(gòu)耐久性，科學(xué)出版社，北京，2002。

（作者單位：桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院）