混凝土传输性的研究进展综述.pdf

8 8 江苏建筑 2 0 1 2年第 5期( 总第 1 5 0期 ) 混凝土传输性的研究进展综述 许家宁， 吴嘉君 ， 朱银 国， 张士萍 ， 宗兰 ( 南京 工 程学院 建 筑工 程学 院 ， 江 苏南京2 l l 1 6 7 ) 【 摘 要】 综述了水分、 气体以及氯离子3 种不同的介质在混凝土材料的传输性能及其对混凝土耐久性的影响作用。同时 讨论 了 3种介质 对传输性 的影响 因素， 指 出此课题研究的重要性 并提 出可将混凝土的抗渗性作 为反映耐久性的一 个综合 性 指 标 。 【 关键 词】 传输性； 耐久性； 渗透性 【 中图分类 - 1 T U 5 2 8 【 文献标识码】 A 文章编号】 l 0 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 8 8 0 2 Re v i e w o n t h e Re s e a r c h Pr o g r e s s a bo u t Tr a ns po r t Pr o p e r t i e s o f Co nc r e t e X U J i a n i n g WU J i a - j H a Z H U Y i n - g u o Z HA N G S h i - p i n g Z O N G L a n ( D e p a r t m e n t o f A r c h i t e c t u r e C i v i l E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 1 1 6 7 C h i n a ) Abs t r ac t：A r e v i e w i s g i v e n o n t h e t r a n s p o r t pr o p e r t i e s o f wa t e r ，g a s a n d i o ns i n c o n c r e t e Th e e f f e c t o f t h e t r a n s p o r t p r o p e rt i e s o n c o n c r e t e d u r a b i l i t y wa s a l s o i n t r o d u c e d Mo r e o v e r ， t h e i n fl u e n c i n g f a c t o r o f t h e t r a n s p o rt p r o p e rti e s wa s di s c us s e d，a nd t h e i mp o a n c e o f t hi s t o p i c wa s i nd i c a t e d I t i s c o n c l u de d t ha t p e r me a b i l i t y c a n be r e g a r d e d a s a c o mp r e h e n s i v e i n d e x o f c o n c r e t e du r a b i l i t y Ke y wo r d s ：t r a n s p o rt； d u r a b i l i t y ； p e r me a b i l i t y O 引言 传 输过 程是在 一定 的条件下 由不 同的动 力 r 如压力 差 、 浓度差等1 所 引起 的f l 1。各种介质在混凝 土中的传输不是 单 一的过程 ， 首先是 介质有不 同的状态 ， 如气相 、 液相及 离 子 ； 其次是传输方式不 同， 如渗透 、 扩散和迁移1 2 1 。混凝 土中 的介 质传输可以分为气体传输 、水分 传输 以及离子传输 3 1 。 关于混凝土的传输性与其耐久性 之间的关 系 已有 一些 学 者作了研究 发现混凝土的传输性与其耐久性 之间有着密 切 的 联 系 1不同介质的传输 1 1 水分传输 对 于多孑 L 材料而言 。 水 在材料 中的传输 是造 成材 料 性 能劣化 的主要原因之一 以水分作 为渗透介质表征 的渗 透性 在描述混凝土水分传输 性能方面 占主导地位 尤其是 对混凝土吸水性的研究更是如此 一般认为 混凝 土表面 吸水率越大 、 渗水速度越快 且混凝土水分 渗透性 与抗 冻性 之间存在较好 的相关性 S c h e r e r 等人认为尤其是冻融环境 下的混凝土 其 耐久性 与水分传输性密切相关5 1 冻融循环 过程 中会产生一 种“ 泵 吸” 作用 这种 作用 比平 常等温条件 下 的长期 吸水性能更大 混凝 土的饱水程度也会特别 大 这 样在冻结 时损伤也会加剧 因此这种方式 的水分传输对抗 基 金项 目： 国家 自然科 学基金 ( 5 l 1 0 8 2 3 1 ) ； 南 京T 程学 院 2 0 1 2年度大学生科技创新 基金 冻性影响非常重要16 1 B a s h e e r 等人 则发 现水 分渗透系数与 冻融循环过程 中的质量损失之间相关性较好 且吸水率与 冻融循环过程 中的质量损失之间存在 良好的相关性 文献 8 1 认 为 ， 混凝土 的碳化深度 和 4 h混凝土 吸水 量成 正 比， 即 可 以从混 凝 土水分 渗 透性来 评 价混 凝土 的抗 碳 化性 能 B a s h e e r 等人还研究了吸水率与钢筋锈蚀 的关 系 发 现混 凝 土试件距 离表 面 2 5 m m深度 位置 的氯离 子浓度 与吸水 率 之间呈现 良好的线性 关系 并且 吸水率还 与钢筋锈 蚀开始 时 间 呈 线 性 关 系19 1 2 气体传输 碳化 是 C O ， 通过 混凝 土表 面 向 内部扩 散 的过 程 显 然 碳化过程与混 凝土中 C O ， 气体 的传输性有 密切联 系。 混 凝土 的碳化是一个复杂 的物理化学过程 碳化速率主要受 扩散 到孔 中的 C O ， 影响 混凝土 中 C O ， 的浓度梯度可 以作 为 C O ， 迁 移的驱动 力。 H i l s d o r f 等人研究了混凝 土气体渗 透 性与碳化深度 的关 系 发现碳化深度 的平方根 与气体 渗透 系数的对数呈线性 关系17 1 S e t z e r 等人则研究了气体渗透系 数与盐冻损伤之间的关系 发现气体渗透 系数 的对数与盐 冻累积剥落质量的对数呈线性关系【 还有人采用 F i g g 空 气渗透试验方法测量气体渗透系数 结果发现碳化深度 与 【 收稿日1 2 0 1 2 0 7 0 6 【 作者简介】 许 家 宁 ， ( 1 9 9 o - ) ， 南 京 工 程 学 院 建 筑 工 程 学 院 ， 学 生 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 2年第 5期 ( 总第 1 5 0期 ) 8 9 气体渗透 系数也存在相关性 】 。 另外 还有人研 究了气体渗 透系数与冻融过程 中的质量损失 之间的关 系 发现气体 渗 透系数与冻融过程 中的质量损失成线 性关 系17 1 S e t z e r 等人 研究 了盐冻性能与气体渗透性 的关 系 发现气体 渗透系数 的对 数与剥落 导致 的质量损失成 线性 关系 还有学者利 用 A u t o c l a m 自动 渗透性测试仪测试 了混凝土 的渗 透性 研 究了混凝土碳化深度 、盐剥蚀深度 、冻融 循环剥蚀 和 A u t o c l a m空气渗透 系数 、 水分 渗透 之间 的关 系。 发现混凝 土耐 久性 与 A u t o c l a m 渗 透指 标 之 间存 在 良好 的相 关关 系 L o o s v e l d t 通过试 验研究 发现水分渗透性 比气体渗透性低 1 0 0 0倍左右 有人 用滑脱效应或 K l i n k e n b e r g 效应 解释 但 是没有数据支撑。 对于孔径结构尺寸较小的多孔介质 中 气体 流动会表现出稀薄效应 此时宏观物性参数将失去 意 义 ， 需要 引入新 的微 观尺度研 究方法 如求解 B o l t z ma n n方 程 、 气体动力学理论 、 分子模 拟等方法 。 1 3 离子传输 钢筋混 凝土结 构的使用 寿命 常与氯 离子在混 凝土 中 的迁 移及 由此引起 的钢筋锈蚀有关 当氯离子侵入到混凝 土钢 筋表面 并达到一定临界浓度时 。在水和氧气 的存在 下 就会引起钢筋锈蚀I I4 】 因此钢筋混凝土 中钢筋锈蚀 的开 始时间以及锈 蚀速率取决于混凝土保护层 的氯离子 的传输 性 。 氯离子 的传输 过程 中 ， 扩散 、 对流、 电迁移 以及结合效应 等基础物 理化 学过程并不单独发生 现实 中在混凝土 中发 生 的氯离子渗透总是以上基础过程的若干组合 。 此外 在迁 移过 程中氯离子与混凝土之间发生的吸附 和结合作用也 是 不容忽 视的 文献采用 氯离子渗透系数来表 征混凝土 的 渗透性 发现 氯离 子渗透深度和碳化深度之间存在 良好 的 线性关 系。还有 人研 究了混 凝土相对动弹模量损失率与混 凝土氯离 子渗 透性 能的相关性 发现随着混凝土氯离子渗 透 系数增 大 混凝 土冻融前后的相对动弹模量损失率逐渐 增加 ，即混凝 土的抗 冻性 能与其氯离子渗透系数存在较好 的相 关关系 顾世安认 为抗 冻性随着氯 离子 扩散系数 的 降低 而提 高 混凝土抗渗性 与抗 冻性 具有 较好 的相关性【 l 5 l 2 混凝土传输性 的影响因素 一 般影 响混凝土 传输性 的主要 是混凝 土 中的孔径分 布 以及孑 L 的连通性 【 ， 其 中孔 径分布 和孔 的连通性 决定传 输性 。 且大于 5 0 n m 的孔不 利于强度和传输性旧 在孔结构 参数 中， 中值孔径尤为重要 氯离 子扩散系数与中值孔径成 线性关系 ， 而水分传输系数与 中值孔径成指数关 系。 混凝 土 中气体 的传输也 与中值孔 径与有关 1 8 1 。 Z h a n g等人研究 了 孑 L 结构参数与氯离子扩散 系数之 间的关系 发现氯离子扩 散系数 与孔结构参 数( 包 括孔 隙率 、 最 可几孔径 、 平 均孑 L 径 等参数 ) 呈线性关 系。其 次是 混凝土 中水泥 石以及浆体一 骨料过 渡区对传输性 的影响 骨 料一 浆体界 面 以及过 渡区 由于孔隙率较高且 大孔相对 较多 会严重影 响孔径分 布 过 渡 区对传输性 的作用 主要 取决于骨料所 占分 数旧 除了孔 结构 ， 孔 中的湿度含量也会影响传输性 对于充满溶液的孑 L 这些溶液会阻碍气体的传输 但是对离子的传 输没有影响 【羽 。同时 。 水泥浆体水化程度越 高 。 水分渗 透系数和氯离 子 渗透系数越低【 17 1 。骨料对 混凝土的氯离子扩散性 同样具 有 很大的影响作用 混凝土 的气体传输性能随气体压力 的 改变 而改变阎 关于传输性与混凝土强度之间的关系 。 目前 主要存 在两种 不同的观点 一些 人认 为抗 压强度是影响混 凝土渗 透性的决定因素之一 且渗透性随抗 压强度 的增强 而降低 但是具体关系有所 区别 研 究混凝土本身传输性的时候 也有一部分学者考虑 到了混 凝土本 身 的耐久性 损伤 对混凝 土传 输性产 生的影 响 但是结论并不完全一致。 R e d d v等人研究 了已发 生碳化 反应 的混凝土的氯离子传输性 发现碳化反应会加剧氯离 子的传输性2 3 1 但是 B a s h e e r 则认 为碳 化反应会使得被化学 结合 和物理吸附的氯离子释放出来 从而导致 自由氯离 子 量增加 降低混凝土的氯离子传输性 还有人研究 了碳化 对气体渗透 系数 的影 响 ， 发现碳化会降低孔的连通性 从而 降低二 氧化碳 扩散系数 并且认 为在碳化 区域二氧化碳扩 散系数几乎完全取决于二氧化碳 的气压阎。 刘加平 张士萍 等人采用 冻融循环诱导 内部损伤 研究 了内部损伤对碳化 和氯离子迁移性能 的影 响 发现 内部损伤会增加碳化深度 以及氯离子迁移 系数 说 明冻融循环破坏会加剧二氧化碳 和氯离子 的传输12 4 1 除 了混凝土本身具有 的孔隙对渗透性有影 响之外 混 凝土 由于各种 原因产生 的裂缝也 是抗 渗性 变差 的重要原 因 之一陶。 连通孔为侵蚀介质提供了弯曲的路径 而裂缝则提 供 了直接路径 。另外 ， 现在 建筑结构 外部通常会采用涂层 、 瓷片或者碎石作为外层材料 不仅为装饰作用 也是为 了保 护作用 对于表面覆有涂层的混凝土 还要考虑表面涂层的 渗透性 ， 不同材料制备的涂层 ， 其渗透性亦不 同。评价二氧 化碳 的扩散 的时候 同时要考虑二氧化碳在涂层 中的传输 以及二氧化碳在混凝土 中的传输 3 结 语 尽管混凝土耐久性破 坏机制各不相 同且 十分 复杂 但 共 同点是都与混凝 土的传输 能力有关 近年来的研究表明 混凝土获得高 耐久性 与长寿命 的关键是提 高混凝土 的抗渗 性12 5 1 。随着重 大工程设计寿命 的提高 以及 耐久 性设计的需 要 。 急需研究各种环境条件下混凝土的传输性能 ， 才能准确 的进行寿命预测 以保证 其满足服役 寿命 参考文献 1 水 中和， 万惠文 ， 钟杰 离子传输 与混凝土耐久性 】 国 外建材科技， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 3 ) ： 1 3 f 2 1 万 小 梅 ，张 芳 如 ， 赵 铁 军混 凝 土 的传 质 过 程 及 其 理 论 1 海岸 工程， 2 0 0 1 ， 2 0 ( 2 ) ： 7 3 - 7 8 【 3 】He e d e P V， Gr u y a e r t E ， B e l i e N D T r a n s p o r t p r o p e r t i e s o f h i 一v o l u me fl y a s h c o n c r e t e ：Ca p i l l a r y wa t e r s o r p t i o n ， wa t e r s o r p t i o n u n d e r v a c u u m a n d g a s p e r me a b i l i t y 田 C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 1 0 ， 3 2 ： 7 4 9 7 5 6 ( 下转 第 l 1 5页 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 2年第 5期 ( 总第 1 5 0期 ) l 1 5 需 求和资源配置状况 进行 系统 整合 优化 实现温度对 E l 供 应能源 将输送环节 的损耗 降至最低 从而实现能源利用效 能的最大化 根据能源站覆盖区域内建筑能源结构 的实际 特点 合理确定 能源供应 的系统形式 。 采用匹配实际 的形式 满足用能客户需求 同时确保 能源使 用过程中的经济性 使 得 用能客户在使用新能源时具有主动性和 自愿性 1 O 建 议 ( 1 ) 政府要培养管理 团队。 如果 投资者认 为无利可图 。 或 者期 望值与实际收益差距较大时 会考虑提高价格或者 撒 手不 干 给运 营管理带来 困难 所以政府要培训一支运 营 - + 一 +“ +” +” +一 一 +一 +“ +” +” +“ +” +一 +一 + + - 一 一 ” +一 + ( 上 接 第 8 9页 ) 4 】 王新友， 蒋正武， 高相 东， 等 混凝 土 中水分 迁移机理 与 模 型研 究评述U 】 建筑材料 学报 ， 2 0 0 2 ， 5 ( 1 ) ： 6 6 - 7 1 【 5 1 S c h e r e r G W， V a l e n z a J J Me c h a n i s ms o f F r o s t D a ma g e ， i n ： J S k a l n y ， F Y o u n g ( E d s ) ， Ma t e ri a l s S c i e n c e o f C o n c r e t e ， vo 1 VI I ，Ame r i c a n Ce r a mi c S oc i e t y， 20 05： 20 92 4 6 ( 6 】 J a c o b s e n S L i q u i d u p t a k e me c h a n m s i n we t fr e e z e t h a w： Re v i e w a n d mo d e l l i n g U J ， i n ： D J J a n s s e n ， S e t z e r M J ， S n y d e r M B( Ed s ) ，RI L EM P r o c e e d i n g s P RO 2 5 ，Ca c h a n ， F r a n c e ， 20 02： 41 -5 1 I 7 7 Hi l s d o ff H K ， S c h o n l i n K， B u ri e k e F Da u e r h a f t i g k e i t v o n B e t o n e n D ， I n s ti t u t e f o r Ma s s i v b a u a n d B a u s t o ff t e c h n o l o g i e ， Uni ve r s tat Ka r l s r uh e ，l 9 9 2 f 8 牛荻涛 混凝土结构耐久性与寿命预 测 【 M】 北京： 科 学 出版 社 2 0 0 3 9 】B a s h e e r L ， C l e l a n d D J ， L o n g E P r o t e c t i o n p r o v i d e d b y s u r f a c e t r e a t me n t a g a i n s t c h l o ri d e i n d u c e d c o r r o s i o n U 】 Ma t e r St r uc t ，1 9 88 ，31 ：4 59-46 4 【 1 0 1 S e t z e r M J ， F a g e r l u n d G， J a n s s e n D J C DF t e s t t e s t m e t ho d f o r t h e fre e z et ha w r e s i s t a n c e o f c onc r e t e-t e s t s wi t h s o d i u m c h l o ri d e s o l u t i o n CDF U 】 Ma t e r S t r u c t ， 1 9 9 6 ， 2 9 ： 52 3-5 28 1 1 】B a s h e e r L ，K r o p p b J ，C l e l a n d D J A s s e s s me n t o f t h e du r a b ili t y of c o nc r e t e from i t s pe r m e a tio n pr o pe r t i e s ：a r e vi e w 1 Co n s t r u c t i o n a n d b u i l d i n g ma t e ri a l s ， 2 0 0 1 ( 1 5 ) ： 9 3 1 0 3 【 1 2 】吴 迎春，管小军 从混 凝土 渗透性 评价 混凝 土耐 久性 U 1 广 东建材， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 4 8 5 0 【 1 3 】 L o o s v e l d t H， L a fl a a j z ， S k o c z y l a s F E x p e ri me n t a l s t u d y o f g a s a n d l i q u i d p e r me a b il i ty o f a mo rt a r卟 C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h，2 0 02， 32 ：1 3 5 71 36 3 【 1 4 刘晓 东，李 固华 混凝 土渗 透性 和耐 久性 关 系研 究 1 四川建筑科学研 究， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 6 ) ： 2 2 0 2 2 2 【 1 5 】顾世安 混凝 土抗 冻耐久性试 验分析 D 低 温建 筑技 术， 2 0 0 9 ( 1 1 ) ： 1 0 1 1 服务 团队 ( 2 ) 园区建设 项 目较多 ， 区域空调项 目的投资较大 ， 人 驻企业 的需求差异化 、 项 目的分期实施 ， 增加了区域空调市 场化运 营的难度 项 目的风险性较大。 可 以考虑在保险公司 为用 户投“ 产品节能 险” 或 “ 设备保 证险” 借助保 险增 加企 业参 与合 同能 源管理 的积极性 加快形成集技术服务和节 能融资于一体 的节 能融资服务体 系。 ( 3 ) 加 强广 义合同能源管理相关政 策法规 、 专业技术 、 项 目服务 的培训 不断提高服务水平。 【 1 6 】 P o we r s T C， C o p e l a n d L E ， Ma n n H M Ca p i ll a r y c o n t i - n u i ty o r d i s c o n t i n u i ty i n c e me n t p a s t e sj 1 J P o r t l a n d Ce me n t As s o c Re s De v L a b 1 9 5 9 ，1 ( 2 ) ： 3 8 -4 8 【 1 7 L i u X， C h i a K S ， Z h a n g M H_ Wa t e r a b s o r p ti o n ， p e r me a b i l i ty， a n d r e s i s t a n c e t o c h l o ri d e i o n p e n e a fi o n o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t ej 1 C o n s t r u c ti o n a n d B u il d i n g M a t e r i a l s ， 2 011 ，2 5：3 353 43 【 1 8 1 Ro z i e r e E ， L o u k A ，C u s s i g h F A p e r f o rm a n c e b a s e d a p p r o a c h f o r d u r a b il i ty o f c o n c r e t e e x p o s e d t o c a r b o n a ti o n J Con s t r uc t i o n a nd Bu i l d i ng M a t e ria l s ， 20 09 ，2 3：1 901 99 【 1 9 】 Z h a n g M， L i H P o r e s t r u c t u r e a n d c h l o ri d e p e r me a b il i ty o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g n a n o p a r t i c l e s for p a v e me n t卟 C o n - s t r u c t i o n a nd Bu ild i ng M a t e r i als ，2 0l 1 ，25 ：60 861 6 2 0 】 S u g i y a ma T ， B r e mn e r T W a n d T s u j i Y De t e r mi n a t i o n o f c h l o ri d e d i ff u s i o n c o e ffic i e n t a n d g a s p e r me a b i l i ty o f c o n c r e t e a n d t h e i r r e l a ti o n s h i p J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 9 6 ， 2 6 ( 5 ) ： 7 8 1 -7 9 0 【 2 1 】 Ho b b s D W A g gre g a t e i n fl u e n c e o n c h l o ri d e i o n diffu- s i o n i n t o c o n c r e t e D J Ce me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 9 9 ， 29：1 9 951 99 8 【 2 2 】Hy v e r t N， S e l l i e r A， Du p r a t F ， Ro u g e a u P ， F r a n c i s c o P De pe nd e nc y o f C S H c a r bo na tio n r a t e on CO2 pr e s s ur e t o e x p l a i n t r a n s i t i o n fro m a c c e l e r a t e d t e s t s t o na t ur al c a r bo na - t i o n J Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 1 0 ，4 0 ：1 5 8 2 1 5 89 2 3 】Re d d y B ， G l a s s G K， L i m P J ， B u e n l d N R On t h e c o r r o s i o n r i s k p r e s e n t e d b y c h l o ri d e b o u n d i n c o n c r e t e J C e me nt Co nc r e t e Comp os ，2 0 02 ，2 4：15 【 2 4 】L i u J ， Z h a n g S，Z o n g L E ff e c t o f c r a c k i n g o n ma s s t r a n s p o r t o f b u i l d i n g ma t e ri al s J Ma t e r i al s T r a n s a c ti o n s ， 2 0 1 1 ， 5 2 ( 3 ) ： 5 7 6 5 7 9 【 2 5 】张士萍 ， 刘加平 ， 孙伟 ， 田倩 裂缝 对混凝 土 中介质传输 的影响啪 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 1 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m