孔结构与混凝土抗渗性的关系.pdf

张伟潼等 ： 孔结构与混凝土抗渗性的关系 1 7 孔结构与混凝土抗渗性的关系 张伟潼 ， 江守恒 ， 王洪生 ( 1 黑龙江省寒地建筑科学研究院 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ； 2 哈尔滨工业大学土木工程学院 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】 研究了不同水胶比和含气量混凝土的孔结构和抗渗性 ， 结果表明： 水灰比对混凝土孔结构和抗渗 性的影响非常显著， 随水灰比的降低 ， 水泥石中小于 1 0 0 n m孔隙所 占比例增大， 最可几孔径减小约5 0 ， 抗渗性明 显提高； 随含气量的增加， 水泥石总孔隙率增大， 最可几孔径呈现先减小后增大趋势， 混凝土的抗渗性先增大后降 低 ， 含气量为3 7 时， 混凝土抗渗性最好。 【 关键词】 混凝土； 孔结构 ； 抗渗性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 3 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 1 7 0 2 混凝土是一种多孔材料 ， 尽管随着混凝土强度等 级的提高， 混凝土结构越来越致密， 但在拌合以及水泥 水化过程 中， 难免会 留下一些孔隙。孔隙率、 孔径分 布、 孔型等孔结构特征严重影响着新拌混凝土的工作 性、 硬化混凝土的力学性能， 以及抗渗性、 抗冻性、 抗碳 化性、 耐腐蚀性等耐久性能力学性能。因此， 孔结构 的测试及其对混凝土性能影响的研究是混凝土材料 科学研究的一项重要内容。 混凝土的渗透性与水泥石 内部孔隙密切相关， 渗 透性取决于毛细孔相和 CSH凝胶、 C H等致密水 化产物相之间的体积分数， 以及毛细孔隙的连通程度、 连通的路径等 。著名学者 P o w e r s 认为， 当孔隙率低 于2 0 时， 水泥石的渗透系数非常小， 而当孔隙率大 于2 5 时， 水泥石的渗透系数随着孔隙率的增大而急 剧增加 。吴 中伟先生根据不 同孔径对混凝土性能 的影响， 将混凝土中的孔划分为四个等级 ， 分别为 2 o o o A的多害孔级， 并指 出增 加 5 o o A以下孔的 比例 ， 减少 1 0 0 0 A以上 的孔含 量 ， 可 显著改善混凝土的性能 】 。 1 原材料及试验方法 试验采用 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥 ； 中砂， 细度 模数 2 8 ； 5 2 5 m m连续级配碎石； 萘系高效减水剂， 减水率 2 0 ； S J 一 2型引气剂。混凝土配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合比 采用压汞法测试孔结构， 由于压汞法试验的样品 较小 ， 取样过程中砂的含量对测试结果影响很大， 因 此， 采用水泥净浆试件测试孔结构 ； 采用 N E L法。 用氯 离子扩散系数表征混凝土的抗渗性。 2试验结果与分析 水泥石孔结构试验结果见表 2 。 表 2 水 泥石 孔结构试验 结果 由表2可见 ， 水灰比对水泥石孔结构参数影响极 为显著。随水灰比的减小， 比孔容积、 最可几孔径和总 孔隙率均大幅度降低， l O 0 n m孔隙所占比例显著增 大； z k 灰比由0 5降至0 3时， 比孔容积和最可几孔径 减小一半左右， 孔隙率降低 4 0 。引气剂对混凝土的 孔隙率也有一定的影响 ， 随含气量的增加， 水泥石比孔 容积和孔隙率略有增大， 最可几孔径和 l O O n m孔含 量呈现先增大后减小的趋势。 2 1 水灰比对混凝土孔结构和抗渗性的影响 标准养护 2 8 d龄期时， 不同水灰 比混凝土的氯离 子扩散系数和各级尺寸的孔含量试验结果见图 1和 图 2。 由图 1 可见， 水灰比对混凝土抗渗性影响显著 ， 随 水灰 比的降低 ， 氯离子扩散系数明显降低， 水灰 比从 0 5降至 0 3时， 氯离子扩散系数约降低 4 0 。这与 图 2所示的水泥石中不同尺寸的孔含量密切相关。 1 8 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 5 期( 总第 1 6 7期) 0 3 0 4 05 图 l水灰比对混凝土抗渗性 的影响 由图 2可见， 随水灰 比的降低， 水泥石 中小于 1 0 0 n m孔隙所 占比例增大， 而大于 1 0 0 0 n m的有害孔 体积则明显减小。通 常， 小于 1 0 ri m的凝胶孔对混凝 土性能影响较小 ， 而毛细孔 ， 尤其是较大尺寸的毛细孔 对混凝土抗渗性影响极为显著， 若毛细孔为连通孔， 对 水泥石抗渗性会产生极为不利的影响。 通常， 最可几孔径是使毛细孔相互连通起来的孔 径， 对混凝土抗 渗性影响最大的孔结构参数之一 。 喜 鬈 白 0 9 3 7 6 2 图3吉气量对混凝土抗誊性的影响 由图 3 可见， 含气量对混凝土抗渗性也存在着一 定的影响， 随含气量的增加， 混凝土抗渗性先增大后降 低， 但仍高于未掺加引气剂的基准混凝土。 由图 4和表 2 可知， 随含气量的增大， 混凝土总孔 隙率增大， 但各级孔径增大的比例有所不同， 含气量为 3 7 时， 介于 1 0 01 0 0 0 n m之间的孔隙增加较多， 而 继续增大 引气剂掺 量时， 引入 的气 泡多 为 1 0 0 0 1 0 0 0 0 n m之间的孔 隙。含气量为 3 7 时， 水泥石的 最可几孔径最小 ， 小于 1 0 0 n m的孔含量最多， 大量均 匀细小的独立气泡， 有效地阻断了混凝土中的毛细孔 通道 ， 可防止水分的渗透 ， 因此， 混凝土的抗渗性能提 高。当引气剂掺量继续增加时， 过大的引气量， 容易造 成小孑 L 的聚合 ， 使得大孔含量增加 ， 抗渗性反而下降。 3结语 ( 1 ) 水灰比对混凝土孔结构和抗渗性的影响非 常显著。随水灰比的降低， 水泥石中小于 1 0 0 n m孔隙 所占比例增大， 而大于 1 0 0 0 n m的有害孔体积则明显 减小， 最可几孔径减小约 5 0 ， 抗渗性明显提高。 05 0 4 0 3 图2水灰比对水泥石孔径分布的影响 随水灰比的降低， 水泥石最可几孑 L 径从 4 1 2 ri m降 至 2 0 7 n m， 减小了约 5 0 ， 因此， 抗渗性明显提高。 2 2 含气量对孔结构和抗渗性的影响 试验测得， 0 4水灰比时， 不掺引气剂混凝土的含 气量约为0 9 ， 引气剂掺量为3 万和5 万时， 混凝土 含气量分别为为 3 7 和 6 2 。不 同含气量的 0 4 水灰比混凝土氯离子扩散系数和各级尺寸的孔含量 试验结果见图3和图4 。 图4含气量对水泥石孔径分布 的影响 ( 2 ) 随含气量的增加， 水泥石总孔隙率增大， 最 可几孔径先减小后增大， 混凝土抗渗性则先增大后降 低， 含气量为3 7 时， 混凝土抗渗性最好。 参考 文献 1 A n i k D d a g r a v e ， J a c q u e s M a r c h a n d ， M ic h d P i g e o n I n fl u e n c e o f m i c r t r u c t u r e o n t h e t r i t i a d w 丑 l e T d iff u s i v i o f m o r ta r s J A d v a n c e d C e m e n t B a s e dM e fi fls ， 1 9 9 8， ( 7 ) ： 6 0- 6 5 2 h l C u i ， J o n g H e r m a n c a h y P e n n e a b fl i a n d p o r e s t r u c t u r e o f O P C p t e J C e m e a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 。 3 1 ： 2 7 7 2 8 2 3 A M N e v i l l 混凝土的性能 M 李国泮， 马贞勇译 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 8 3 ： 4 5 3- 4 5 4 4 吴中伟 混凝土科学技术近期发展方向的探讨 J 硅酸盐 学报， 1 9 7 9 ， ( 3 ) ： 2 6 2 2 7 0 5 张弛， 赵镇浩 水泥砂浆的孔结构与抗渗性 J 重庆建筑大 学学报 ， 1 9 9 6， 1 8 ( 3 ) ： 1 7 2 2 收稿日期】 2 0 1 2- 0 3 0 7 作者简介 张伟潼( 1 9 6 9 一) ， 男， 哈尔滨人， 工程师， 从事建 筑管理与施工技术管理工作。 柏 0 、 瓣鬣 O 8 6 4 2 D 2 l l l 1 l | _ s u 、 0 _I x释峨衽 _ 1 u 0 术、 瓣避