原材料对混凝土抗渗性的影响

原材料对混凝土抗渗性的影响近年来，高性能混凝土的概念深入人心，混凝土强度指标并不足以揭示混凝土的耐久性能。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，混凝土抗渗性能（即透水性、透气性和抗氯离子渗透性）是混凝土耐久性的第一道防线，提高混凝土的抗渗性是改善混凝土耐久性的关键。混凝土的耐久性与其抗渗性有着密不可分的关系，抗渗性能不足，一些有害液体和气体渗入混凝土内部，发生侵蚀作用，不仅破坏混凝土内部结构，而且会使钢筋锈蚀膨胀，造成混凝土保护层开裂或剥落，同时由于混凝土内部的游离水的增加，导致混凝土抵抗冻融的能力显著下降。（一）水泥用量和水胶比近年来水泥产品的细度变细、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。水泥遇水水化过程中总的体积是减小的，充分水化是水泥体积约减缩7%〜9%，水泥用量的增加，必然引起体积减缩的增加。水泥浆水化的同时，也会有约6%的水蒸发产生毛细压力而引起混凝土开裂，导致混凝土抗渗性能下降。提高混凝土的抗渗性能，主要应提高水泥石本身及水泥石与骨料接触面的抗渗性能，为此，应减小因水泥砂浆硬化造成的体积变化。水泥砂浆除满足填充和黏结作用外，还应在石子周围形成一定数量和质量良好的包裹层。包裹层一方面阻止水在水泥石内部的渗透，另一方面与石子和砂子牢固黏结，阻止水沿水泥石骨料接触面渗透。因此，要达到满意的抗渗性能，水泥用量也不能过少，过低的水泥用量容易造成水化浆体量不足无法充分包裹粗细骨料，骨料与浆体间粘结强度下降，界面过渡区的性能也会更差，无法保证混凝土的抗渗性能。但是，如果水泥用量过多，混凝土拌合物的流动性太大，石子下沉不均匀，导致硬化后的混凝土匀质性差、收缩大，从而导致混凝土的抗渗性降低。水胶比对混凝土抗渗性具有重要的影响，水泥水化所需要的用水量仅占水泥用量的23%左右，为了满足混凝土工作性的需要，用水量往往高于水泥水化所需的用水量。高出水泥水化的这部分水蒸发后形成毛细孔隙，降低混凝土的抗渗性能。一般来说，随着水胶比的增加，混凝土抗渗能力下降，尤其是当水胶比超过0.55时，混凝土抵抗渗透的能力会显著下降，而水胶比低于0.38时，成熟的硬化水泥浆体的渗透系数甚至比花岗岩。水胶比从0.4变到0.7，渗透系数至少会增加百倍，而水胶比从0.65到0.55，渗透系数则可以降低一半以上，这说明要使混凝土结构本身具备良好的抗渗性能，除了进行相关改善措施外，降低配比设计中的水胶比十分重要。。（二）粗细骨料把砂石骨料组成不同粒径的混合体，一般认为砂石空隙率愈小，则配制的混凝土密度愈大，混凝土的抗渗能力也愈好，因此，把骨料的孔隙作为影响混凝土抗渗能力的唯一重要因素。要获得抗渗性能良好的混凝土，就必须提高混凝土中骨料的密度以减小骨料的空隙，用最大量的固体颗粒挤满混凝土拌和物中的空隙，获得抗渗性能良好的混凝土。实践证明，容重大、空隙小、级配良好的骨料配制的混凝土抗渗性能不一定好。相反，骨料空隙大、容重小的混凝土抗渗性能更好，即砂石级配的优劣对混凝土抗渗性能影响不大。不论是连续级配还是间断级配，所得到的密实度很高的混凝土只能使砂石增加到一定程度后减少水沿骨料之间空隙渗透的可能性，增加了有效阻水截面。但混凝土透水的主要原因是水泥石本身的毛细孔隙和水泥石骨料接触面产生了裂缝，因此不论混凝土骨料级配好或坏、骨料空隙和容重大或小、骨料本身抗渗能力强或弱，只要水泥石本身以及水泥石骨料接触面的孔隙透水，混凝土的抗渗性能仍会很差。相反，如混凝土中的水泥石与骨料接触面防水性能很好，水泥石骨料之间黏结牢固，阻水性能良好，混凝土的抗渗性能也会很好。因此，要使混凝土有良好的抗渗性能，主要应控制混凝土中砂浆的数量和质量，控制混凝土结构的形成，改善混凝土结构的内部构造。常见的细骨料有天然砂和机制砂，与河砂相比，机制砂中含有一些石粉，适量的石粉可以起到填充混凝土中孔隙的作用，有利于提高混凝的抗渗性。机制砂棱角多、表面粗燥，并且含有一定量的石粉，粗糙的表面和一定的石粉含量有利于提高的界面过渡区强度和填充混凝土胶凝材料空隙，提高了混凝土的抗渗性。此外，细颗粒中的粗颗粒过多，容易造成混凝土粘聚性差，容易产生离析分层等现象，降低混凝土抗渗性。同时粗细骨料还要求含泥量低，颗粒级配合理，质地坚硬，粒形优良，这样才有利于优化混凝土的密实程度和抗渗性能。粗骨料的含泥量、泥块含量、硫酸盐及碱含量等也影响界面过渡区及界面过渡区的水泥浆质量，进而影响混凝土的抗渗性。一般含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%。粗骨料中有机质含量也应控制在一定范围内，在混凝土中占有一定的体积，可能会形成孔洞，影响混凝土的抗渗性。细骨料宜采用中砂，含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%。特细砂与粗砂配制的混凝土的抗渗性能要低于中砂，特细砂用于拌制混凝土，水泥浆的流动作用增大，易使粗骨料发生离析作用，有时会出现溃散导致混凝土孔隙增加，使抗渗性变差。粗砂因颗粒较粗，颗粒与颗粒之间就含有空隙，这是造成混凝土成型后孔隙增多的原因。因此，为提高混凝土的抗渗性要求优先选用中砂。砂率对混凝土抗渗性能有很大的影响，砂率太小，不足以填充粗骨料间空隙，不利于混凝土内部密实，不能切断混凝土内部的部分毛细管道，从而降低了混凝土的抗渗性。砂率太大，砂浆所需的胶凝材料用量大，用水量大，混凝土各组分容易离析，硬化后的混凝土匀质性变差，结构上易产生分层和裂缝，同样能降低混凝土的抗渗性。在原材料和水胶比不变的条件下，获得满意坍落度时，用水量最小的砂率就是最佳砂率。（三）外加剂外加剂已成为混凝土的重要组分，性能各异的外加剂可以改变混凝土的性能。如减水剂可以改善混凝土工作性，降低用水量，增加密实性，引气剂能够引入粒径合理的微小气泡，改善混凝土体系的孔隙结构，截断连通的毛细孔通道，提高混凝土抗渗性。（1）减水剂减水剂能使混凝土中用水量减少，减少了混凝土拌合物多余的水在干燥后蒸发带来的空隙，增加混凝土的密实性和抗渗性，提高混凝土的抗渗性。同时，掺加减水剂的混凝土具有良好的和易性。（2）引气剂引气剂的加入使混凝土内部引入不联通的微小气泡，截断了毛细管通道，减少了毛细管抽吸效应，改变了孔隙结构，从而提高了混凝土的抗渗性。应严格控制引气剂的掺量，当引气量超过6%时，会引起混凝土抗渗性的急剧下降。如，松香酸钠和松香油属于引气型外加剂，加入混凝土后会使混凝土中增加密闭的气泡，减少透水通道，改善混凝土的抗渗性和耐久性。膨胀剂选择膨胀剂应依据限值膨胀率设计值、工程结构特点和使用环境综合判定。普通膨胀剂根据膨胀源的不同，主要有两类，以钙矶石为主要或辅助膨胀源的和以氧化钙为膨胀源的，其中，以钙矶石为膨胀源的膨胀剂不得长期处于环境温度高于80°C的混凝土工程中，钙矶石在70°C左右条件下会分解，生成单硫型水化硫铝酸钙，当温度降低时，钙矶石再次形成，产生延迟膨胀，会对结构可能产生破坏。钙矶石的生成是一个溶解析晶反应，对水的需求量极大，无外部水养护的条件下硫铝酸钙类膨胀剂配制的混凝土几乎无膨胀。以氧化钙为膨胀源的膨胀剂主要依靠拌合水生成膨胀相的氢氧化钙，还可以继续参与水化生成更多的水化硅酸钙凝胶，提高混凝土的密实度，增强混凝土的抗渗性。在无外部水养护及冬季施工条件下宜使用氧化钙类膨胀剂。其他外加剂其他外加剂如防水剂、密实剂、阻锈剂等也有相关学者做过研究，对普通混凝土的抗渗性提高也有一定促进作用。氯化铁防水剂掺入混凝土后可生成不溶于水的胶体，堵塞混凝土孔隙，降低泌水率。三乙醇胺可提高混凝土的抗渗性，并且有早强和增强作用，所以是一种早强防水剂，特别适用于需早强的工程。它能使水泥水化速度加快，水化生成物数量增多水泥石结晶变细，结构密实。（四）矿物掺合料矿物掺合料的使用可以改善水泥级配，填充水泥空隙，二次反应可以改进后期性能的作用。一般来说，矿物掺合料的活性低于水泥，使用除硅灰外的矿物掺合料都会不同程度地