混凝土抗渗性是指混凝土抵抗有压液体(水、油、溶液等)渗透作用的能力,抗渗性是决定混凝土耐久性最主要的因素。混凝土渗透性高低影响液体(或气体)侵入的速率,而有害的液体或气体渗入混凝土内部后,将于混凝土组成成分发生一系列物理化学和力学作用。抗渗性是提高和保证耐久性首先要控制的主要性能,混凝土抗渗性主要有三种,即透水性、透气性和抗氯离子渗透性。混凝土抗渗性能力和水有直接的关系,主要是指其抵抗水,油渗透的能力,是否能够有效的阻止水分通过孔隙渗入到混凝土中。混凝土抗渗性分P4,P6,P8,P10,P12和大于P12共6个等级,分别对应不同等级的水压力渗透。目前以透水性抗渗标号作为抗渗的指标,其优点是简单、直观,但对长龄期抗渗性较高的混凝土不适用,没有时间概念,有时会引起误会。例如,抗渗标号为P8的混凝土,并不是在0.8MPa水压下长期不透水,如果结构物厚度大于且水压作用时间较长,最后还是会透水的。
(一)影响混凝土渗透性的因素
影响混凝土渗透性的因素一方面来自混凝土配合比、矿物掺合料、引气剂以及养护措施等,另一方面混凝土硬化后的孔隙率和孔径大小也对渗透性有影响。
(1)骨料
混凝土骨料的加入会切断混凝土浆体孔隙连通的路径,从而降低混凝土的渗透性。另外,骨料的尺寸对混凝土渗透性也有影响,粒径小于20mm时,混凝土内部形成的缺陷较小,对渗气性没有明显的影响,骨料粒径大于20mm时,骨料界面形成的缺陷增加,固化浆体与骨料界面性能下降严重,混凝土渗透性降低。
(2)水胶比与胶凝材料用量
混凝土拌合物的水胶比对硬化混凝土孔隙率的大小、数量具体起直接影响,从而影响混凝土的抗渗性。当用水量相同时,水胶比变大,胶凝材料用量减少,混凝土内部的孔隙增多,密实性降低,流动性变大,从而影响混凝土的抗渗性。
当水胶比变小,胶凝材料用量增加,混凝土的孔隙率降低,密实性增加,混凝土的强度和抗冻抗渗性变好。例如,当水胶比小于0.6时,毛细孔多属于封闭的,当水胶比小于0.4时,混凝土渗透性迅速降低,几乎不渗透。当水胶比大于0.6时,则连续性的毛细孔显著增加,渗透性也变大,水胶比从0.6增加到0.63,渗透性将增大一倍。在水胶比一定时,胶凝材料用量对混凝土抗渗性能影响比较明显,抗渗混凝土的胶凝材料用量不宜小于kg/m3。
(3)用水量
混凝土用水量对混凝土性能具有重要影响,在满足工作要求的前提下,选用较小的用水量,用水量决定了混凝土拌合物的流动性和密实性。混凝土拌合物用水量增加,流动性会提高,拌合物的粘聚性和保水性会降低。在振捣过程中,水泥浆体与骨料分离,出现流浆、离析、泌水现象,降低了混凝土的强度和抗冻抗渗性。因此,在水胶比不变的情况下,增加用水量就要增加水泥用量,才能让混凝土拌合物的流动性及和易性更好。
(4)掺合料
混凝土的掺合料通过火山灰效应、二次水化反应、填塞效应等效应改变混凝土的渗透特征。粉煤灰活性较低,浆体中水化产物不够,存在较多孔隙,前期混凝土的抗渗性能不如矿粉,而后期粉煤灰的火山灰效应逐渐显现,改善了混凝土的孔隙结构,从而改善了混凝土的抗渗性。研究表明当混凝土的粉煤灰含量由20%、30%、40%提升到50%,养护56d和90d的混凝土的气体渗透性逐渐降低,但对于仅养护28d、掺杂30%和40%粉煤灰含量的混凝土渗透性呈现增大趋势,其原因应该同样是前期粉煤灰尚未进行二次水化。
(5)砂率
砂的粒径比较小,因此砂率的变化使骨料的总表面积有很大的变化,同时使混凝土拌合物的和易性也有很大的差别。在水泥浆一定的情况下,砂率过大时,骨料总表面积大,空隙率增大,拌合物缺乏粘结性,流动性小,使混凝土的最终密度不高;当砂率过小时,不能在粗骨料周围形成足够的具有润滑作用的砂浆层,水泥用量和用水量相对而言增多,混凝土容易出现不均匀现象及收缩大的现象,混凝土拌合物的流动性减小,粗骨料离析,水泥浆流失,甚至出现溃散,从而使混凝土的抗渗性变差。
为了使混凝土具有良好的抗渗性,一般采用较高的砂率,这样既能填充粗骨料周围的空隙并将其包裹,而且还能形成一定厚度的砂浆层。在一般水泥用量情况下,砂率一般为35%~45%。
(二)提高混凝土抗渗透性的措施
提高混凝土抗渗性的措施主要从原材料选择、配合比设计和混凝土浇筑后的养护上进行改善。
选用硅酸盐水泥,细颗粒含量高的水泥可以提高混凝土抗渗性,但水泥细度过大会增加用水量,造成抗裂性下降。选用级配良好的砂石骨料,石子粒径小于25mm,含泥量小于1%,砂采用中粗砂、含泥量小于3%。选用质量优良的矿物掺合料和外加剂,如粉煤灰不应低于II级。胶凝材料用量不低于kg/m3,砂率35%~45%,其中水胶比对混凝土渗透性影响最大,水胶比越大,混凝土抗渗性能越差。水胶比满足表1要求。
表1抗渗混凝土最大水胶比
施工后的养护是提高混凝土抗渗性能的关键因素,混凝土养护越充分,其抗渗性能越好。混凝土养护越及时,水化反应越充分,混凝土内部缺陷越少,抗渗性能越好。
混凝土原材料及配合比确定后,混凝土的浇筑、振捣、养护等几道工序,都对抗渗性都有影响。(1)浇筑振捣。混凝土在浇筑和振捣过程中,如果不能按照规范施工,很容易出现裂缝、露筋、蜂窝、孔洞、预埋件松动、麻面,都会造成混凝土的密实度减弱,影响抗渗性能,需要严格按照规范要求进行操作。(2)养护。混凝土的养护对其抗渗性能非常关键,如果养护欠缺或者养护时间不够,均会对混凝土水化产生不利影响,降低混凝土的抗渗性能。