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混凝土本体抗渗性能的影响因素

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2017/11/29 11:33
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1、混凝土密实度 

  提高混凝土密实度可以提高混凝土抗渗性。在混凝土生产、施工的各个环节要采取正确、有效的措施来提高混凝土的密实度。 

  当砂率为最佳砂率时,可使混凝土在较低用水量时获得最佳的施工和易性。混凝土最佳砂率可通过室内试验和现场配合比调整试验获得。如果混凝土使用砂率过小,则不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起到润滑和填充作用,也会降低混凝土的施工和易性,混凝土不易振捣密实;混凝土粘聚性、保水性变差,容易使混凝土在浇筑过程中出现较大的泌水,从而导致混凝土抗渗性降低。如果砂率过大,会使骨料的总表面积及空隙率增大,要使混凝土达到相同的坍落度,需增加混凝土的单位体积用水量,从而提高混凝土的胶凝材料的用量,增加了混凝土因温升过高而产生裂缝的风险。如不改变用水量,则混凝土的流动性降低,造成施工振捣不密实,影响抗渗性。由于水工混凝土常常采用较大粒径的粗骨料,容易出现骨料与砂浆的分离现象,如不做好平仓工作,会造成混凝土拌和物分布不均匀,影响水工混凝土的浇筑密实度,从而影响混凝土的抗渗性能。 

  粉煤灰是水工混凝土最常用的掺合料,一般掺量在30%左右。由于粉煤灰的早期水化程度较低,因此掺粉煤灰混凝土的早期抗渗性能比不掺粉煤灰混凝土略低。粉煤灰的以下三种效应均能使混凝土孔隙减少:①形态效应,粉煤灰混凝土的铝硅酸盐玻璃微珠,可填充水泥浆体孔隙,提高混凝土的抗渗性;②活性效应,粉煤灰中活性成分SiO2、Al2O3在后期与水泥的水化物反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,降低了混凝土的孔隙率,改善了孔结构,提高了混凝土的抗渗性;③微集料反应,粉煤灰中的微细颗粒分布于水泥颗粒之间,有利于水泥的水化反应,增加了混凝土的密实性,提高混凝土的抗渗性。水工混凝土的设计龄期一般采用90d或180d,因此掺粉煤灰水工混凝土设计龄期时的抗渗性比不掺粉煤灰混凝土优。 

  2、水胶比 

  一般情况下,骨料的抗渗性较高,水泥砂浆的抗渗性是影响混凝土抗渗性能的主要因素。将混凝土中的孔隙划分为四级:孔径在20nm以下为无害孔级;孔径在20~50nm为少害孔级;孔径在50~200nm为有害孔级;孔径在200nm以上为多害孔级。孔径小于50nm的孔数量可能反映凝胶数量的多少,而凝胶数量越多则混凝土的强度越高,抗渗性越好。随着混凝土水胶比的增加,混凝土中的孔隙率会增加,且无害孔和少害孔的比例降低,而有害孔和多害孔的比例增加。混凝土的抗渗性能会随着混凝土水胶比的增加而降低。有研究表明(如图1所示),水灰比从0.5增加到0.7,渗透系数增加100多倍甚至更多;水灰比从0.65降至0.55,渗透系数降至原来的1/3。在水工混凝土设计中,有耐久性要求的混凝土常常对最大水胶比作出限制。在满足施工要求且控制胶材用量的情况下,应尽量选择较低的水胶比,高效减水剂的使用是达到这一目的的好办法。 

  3、骨料粒径 

  在水胶比相同情况下,骨料的最大粒径越大,混凝土的渗透系数越高,抗渗性能越低。水在一定的水力梯度作用下,会沿着混凝土中水泥浆体的连通孔隙渗透,在渗透过程中遇到粗骨料,由于通常情况下骨料的渗透性极低,水会绕着骨料与水泥浆体的界面运动。其一,骨料粒径越大,混凝土渗透的平均路径越短,混凝土的抗渗性能越低;其次,湿筛混凝土的界面结合比全级配混凝土好,可使二级配混凝土抗渗性能比四级配混凝土优,由于水的密度低于水泥浆体,在混凝土振捣施工时,水会在浮力作用下向上运动,水在上浮过程中遇到粗骨料时,会在骨料下方形成水隙而影响界面粘结性能,骨料粒径越大,界面的粘结性能越低。如表1的抗渗试验,全级配采用φ450mm×450mm的圆柱体试件,湿筛混凝土采用φ150mm×150mm的圆柱体试件,试验研究成果表明,在相同水压力作用下,全级配渗透系数比湿筛二级配混凝土的高一个数量级。 

   4、含气量 

  研究表明,引气剂的掺入,能够在混凝土中引入适量的细小、均匀且独立而不相通的气泡,有效隔断了混凝土中的毛细孔通道,防止水分渗透,从而增强混凝土的抗渗性能。气泡的形态和大小对混凝土抗渗性能有较大影响。如果引入的含气量过高,反而会导致混凝土抗渗性能的下降,当混凝土含气量达到6%~8%时,混凝土抗渗性能出现急剧下降。这主要是因为引入过多的气孔,难以完全封闭,它们相互之间会形成连通孔隙。采用聚羧酸配制有抗冻要求的混凝土时,混凝土含气量较难控制,且容易引入直径较大的有害气泡,会使混凝土中孔隙连通,对混凝土的抗渗不利。室内试验发现,引气剂掺量稍微提高,混凝土含气量急剧增加,混凝土会在1MPa水压力下1h左右即被击穿。因此,如何控制混凝土中的含气量和气泡大小是混凝土引气技术的关键。  

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