混凝土抗渗性.pptx
混凝土的抗渗性,目录,一、混凝土的抗渗性及其影响因素1.1混凝土的抗渗性1.2渗透性与混凝土性能的关系1.3混凝土抗渗性的影响因素二、,1.1混凝土的抗渗性,（1）抗渗性的定义定义：混凝土的抗渗性是指液体、气体或离子受压力、化学势或电场作用在混凝土中的渗透、扩散或迁移的能力。人们最早关注混凝土的抗渗性是始于20世纪30年代对大型水工工程的建设。诸如混凝土水坝、水渠及位于地下水位线以下的地下结构。研究表明，这些结构的使用效能与混凝土的抗渗性能密切相关。尤其是水坝之类的大型水工结构，在设计中需要确定混凝土抵抗高水压下水穿透的能力。,1.1混凝土的抗渗性,（2）抗渗性的表示方式材料的抗渗性通常用其渗透系数来表示。Darcy提出稳态流动的渗透系数计算方法：液体流动速率；液体黏度；压力梯度；A 表面积；L 材料厚度。,1.1混凝土的抗渗性,（3）硬化水泥浆体的抗渗性在水化过程的任何时刻，硬化水泥浆体的渗透系数受空隙尺寸和连通性所控制。新拌水泥浆体的渗透系数通常为10-510-4cm/s；随着水化反应的进行，毛细管孔隙率减小，渗透系数也减小。当毛细管孔隙率从40%降低到30%，渗透系数会大大减小（1101012cm/s降低至201012cm/s）；但毛细管孔隙率从30%降低到20%，渗透性减小的幅度则很小。理论上，对于养护良好的混凝土，水泥浆体并不是影响其渗透系数的主要因素。,1.1混凝土的抗渗性,（4）骨料的抗渗性硬化混凝土中水泥浆体的毛细管孔隙率一般为30%40%。与之相比，大多数天然骨料的孔体积通常低于3%，很少超过10%。但骨料的渗透系数变化范围向水灰比为0.380.71的水化水泥浆体一样。原因是骨料中的毛细管孔径通常要大得多，其平均孔径大于10微米，因此渗透率较高。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,拌合物性质,抗裂性,收缩性,抗压强度,抗冻性,抗腐蚀性,耐磨性,后期强度,耐久性,抗渗性,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（1）拌合物的性质高抗渗要求混凝土的充水空间要足够小，这种混凝土水胶比低，在大坍落度、大流动度情况下，也不产生泌水离析，或着少泌水离析，拌介物性能良好，和易性好，泵送性能和施工性能都很好。反之，抗渗性能很差的混凝土，一般情况下是因为胶凝材料用量少，水胶比大，混凝土的充水空间大，有限的水化产物不能将充水空间完全填充密实；这种混凝土净浆层很薄，容易产生泌水离析，拌介物的匀质性差，和易性差，泵送施工性能不良。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（2）抗裂性与抗渗性的关系混凝土早期失水产生的内应力迫使混凝土收缩，是导致混凝土开裂的主要原因。因此应该防比混凝土失水，减小混凝土硬化阶段产生的内应力，才是控制混凝土开裂的有效方法。只要混凝土少失水，水化产物就可以将充水空间完全填充密实，混凝土就不会形成连通的毛细孔，抗渗能力也得以提高。也就是说，正是通过充水空间的完全填充，通过提高混凝土的抗渗能力，才使混凝土的抗裂能力得到提高。因此混凝土抗裂性与抗渗性存在着密切的关系。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（3）收缩性与抗渗性的关系从混凝土体系平衡的角度来分析，高抗渗混凝土的充水空间足够小，混凝土浇筑成型后，充水空间的拌介水与其周围的颗粒共同承受着体系的自重，维持着体系的平衡。混凝土一旦失水，材料颗粒的相对位置，或者由于物理化学作用，或者由于应力作用，将会发生改变，致使充水空间变形，体系将会偏离原来的平衡。充水空间的变形将会造成混凝土体积的变形。混凝土只有在小失水的前提下，才能防止充水空间变形，保持混凝土体积稳定，从而提高抗渗性。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（4）抗压强度与抗渗性的关系混凝土抗压强度的高低与抗渗能力的高低皆取决于混凝土中水化产物的平均生成密度。混凝土的抗压强度与抗渗能力宏观上都反映了混凝土的密实程度。混凝土的强度等级越高，或混凝土的抗渗能力越强，混凝土越密实。但在微观上，混凝土抗压强度反映的密实度与抗渗能力反映的密实度是有区别的。抗压强度相等，表示混凝土的水化产物平均生成密度相当，但是抗渗能力可能截然不同。因此，混凝土的抗渗能力比抗压强度更能真实地反映混凝土的密实度。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（5）抗冻性与抗渗性的关系在混凝土中引入适量微小气泡，可以大大提高混凝土的抗冻性，分散的微小气泡在混凝土中起到“水囊”的作用，毛细孔水结冰时引起的膨胀压力使多余水渗流到周围的“水囊”中，使毛细孔水不存在冻结破坏的临界值。混凝土中引入适量微小气泡，这些气泡分散在混凝土拌介物的充水空间，“霸占”着充水空间一定的位置，阻断了拌和水的迁移通道。拌和水不迁移，水化产物便得以完全填充其充水空间，不使形成连通的毛细孔，抗渗能力因此得到提高。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（6）抗腐蚀性与抗渗性的关系要提高混凝土的抗腐蚀性，一方而需要提高水化产物在环境介质中的稳定性，另一方而也需要混凝土具有足够高的抗渗能力，因此二者有着密切的关系。抗渗性能差的混凝土，环境有害介质容易渗透进入混凝土内部，未水化的胶凝材料粒子被有害介质包围，失去二次反应的能力；已生成的水化产物则被有害介质通过毛细孔隙缺陷分割侵蚀，性能发生质变，使混凝土从外向内局部爆裂剥离。因此，处于环境有害介质中的混凝土，既要有应对有害介质的侵入腐蚀，也要使混凝土实现高抗渗性。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（7）耐磨性与混凝土的关系混凝土的耐磨性与混凝土的原材料有关，也与混凝土的密实度有关，因而也就与抗渗性存在着密切的关系。根据耐磨性的要求，选择相应的混凝土的密实度。选择密实度最直观的方法，就是选择混凝土的强度等级。但施工过程中应采用湿养护，防止混凝土失水。一旦混凝土失水，或失水过多，失水通道将使表层混凝土抗渗性能降低，充水空间失水后胶凝材料粒子水化不良，或不能水化，造成表层混凝土发育不良，耐磨性降低。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（8）后期强度与抗渗性的关系埋于地下的混凝土，只要不存在硫酸盐等腐蚀介质的侵蚀，其后期强度的增长总是高于裸露在大气中的混凝土。因为埋于地下的混凝土，一般情况下混凝土的中后期不失水，早期未被水化利用的拌和水仍然滞留在混凝土的充水空间，未水化的胶凝材料粒子得以继续水化，使混凝土的后期强度不断增长。,1.2渗透性与混凝土性能的关系,（9）耐久性与抗渗性的关系综上所述，混凝土的各种性能都与抗渗性有着密切的内在联系。提高混凝土的耐久性，是追求的混凝土的最终质量目标。提高混凝土的各种性能，有利于提高混凝土的耐久性。因此，混凝土的耐久性与混凝土的各种性能，应成为现代混凝土质量一个有机的整体，不可以分而治之。高抗渗就是提高这个有机整体性能的总纲，基础。故抗渗性是混凝土最重要的性能。,1.3混凝土渗透性的影响因素,级配,水泥品种,养护,外加剂,粉煤灰,施工,水灰比,1.3混凝土渗透性的影响因素,（1）水灰比水灰比越大，其抗渗性能越差。因为水灰比越大，水泥水化速度越低，水泥水化时就要留下较多的毛细孔，使水泥浆产生较多的空隙。而混凝土的抗渗性首先取决于水泥浆的孔隙率，包括空隙尺寸分布和连续性。所以水灰比越大，孔隙率越大、渗透性越好、抗渗性越差。,1.3混凝土渗透性的影响因素,（2）集料最大粒径和级配骨料的形状、最大粒径及级配对骨料与水泥浆体界面上的结构有影响。当骨料中含有较多的片状、条状骨料，或骨料的级配不好时，界面上将存在较多的自由水或孔隙，水分在蒸发后也将形成较多的孔隙。因此，骨料的尺寸越大，骨料的级配越差，混凝土的渗透性越高，混凝土的抗渗性就越差。,1.3混凝土渗透性的影响因素,（3）水泥品种普通硅酸盐水泥混凝土比矿渣硅酸盐水泥混凝土的抗渗性好。因为矿渣水泥中的水化速度慢，不能在水泥和水水化之后马上产生凝聚结构，而且矿渣颗粒比重较水泥浆轻，水泥浆中的颗粒容易产生沉降，形成泌水，保水性差。因此，在拌制混凝土时容易形成开口的毛细孔道，降低混凝土的抗渗性。而普通水泥具有较少的混合料，水化速度快、水化程度高，能够很快形成凝聚结构，降低混凝土的透水性。,1.3混凝土渗透性的影响因素,（4）养护方法对混凝土抗渗性的影响混凝土养护的时间、温度、湿度等都影响混凝土的水化程度，所以，蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土的抗渗性要差。另外，在干燥条件下，混凝土早期失水过多，容易形成收缩裂缝，也能降低混凝土的抗渗性。,1.3混凝土渗透性的影响因素,（5）外加剂对混凝土抗渗性的影响在混凝土抗压强度和坍落度保持相同的条件下，对普通混凝土和掺防水剂的混凝土（集料规格为1631.5mm，级配良好，水灰比为0.56）做抗渗试验，其抗渗等级分别为W6和W12。可见掺外加剂的混凝土的抗渗性比普通混凝土要高。因为掺入外加剂（如防水剂、减水剂及加气剂等）可减小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可以改善混凝土的密实性，即提高混凝土的抗渗性能。,（6）粉煤灰对于混凝土抗渗性的影响在混凝土配合比相同的条件下，掺入磨细粉煤灰，对混凝土抗渗性有明显的改善作用。因为粉煤灰的活性成分能与硅酸盐水泥水化时析出的氢氧化钙结合生成比较稳定的硅酸钙水化物。这种水化物不仅有助于混凝土后期强度的增长，而且由于水化物在反应过程中体积胀大，使混凝土的结构更加密实，增加了阻水作用，从而使混凝土的抗渗性得到改善。,1.3混凝土渗透性的影响因素,1.3混凝土渗透性的影响因素,（7）施工对混凝土抗渗性的影响搅拌混凝土时，材料的投入顺序、用水量、搅拌时间等环节均影响混凝土的抗渗性。混凝土浇筑、振捣是保证混凝土质量的关键工序，对混凝土内在质量和表面质量关系很重要，施工中最常见的露筋、裂缝、孔洞，拆模时缺棱掉角、表面反浆和多孔，致使混凝土密实度降低，从而降低了混凝土抗渗性。养护对混凝土极为重要，也是混凝土获得强度和抗渗性的必要条件。养护不及时，养护湿度不够，养护时间短等情况，最终会影响混凝土质量。,2.混凝土抗渗实验方法,2.1 前言,2.2 实验方法,2.3 需进一步研究的问题,2.1 前言,混凝土就是一种多孔材料而且具有一定的渗透性。随着高性能混凝土的不断发展原有的关于耐久性的评价方法已经越来越不适用了。而科学的试验方法是测试结果准确的保障,同时也更有效指导混凝土其它相关性能的研究。,外部,内部,2.2 实验方法,1.稳定流动法2.渗透深度法3.抗渗标号法,透水法,透气法,1.直流电量法 2.氯池浸泡法 3.RCM法 4.NEL法,离子渗透法,测试方法,2.2.1 透水法,1.稳定流动法 定义：通过测量一定压力下的水通过混凝土时的流量、流速，来计算渗透系数，评价混凝土的抗渗性能。方法；将试件各侧面密封，从一面以压力水施压，当达到稳定状态后，测量指定时间内透过特定厚度混凝土的渗水量，按Darcy定律求得渗透系数K，Kf=Qd AtH 式中Kf 流动法测量的渗透系数;液体的粘度;Q 液体流量;A流动液体穿越的试件截面积;t 流量穿越试件所花时间;d 试件高度;H水头高度。,2.2.1 透水法,适用范围：测试具有高渗透性混凝土。例如强度不高，龄期不长的混凝土。缺点：测量过程存在很大误差，一般只能在低流速下测量。,2.2.1 透水法,2.渗透深度法定义:通过测量在压力下的水穿过混凝土的深度。方法:从0.4MPa 开始加压,逐步增到1.2MPa水压,劈开试件,量算平均高度。在该方法中,对渗透系数可用下式计算:Kp=vd 2tH 式中Kp 渗透深度法测量的渗透系数;d平均渗透高度;v混凝土孔隙率;t 恒定压力时间;H水头高度。,2.2.1 透水法,2.2.1 透水法,3.抗渗标号法定义:参照国家标准普通混凝土长期性能和耐久性试验方法（GBJ 82-85)测试混凝土的抗渗等级。方法:抗渗标号按下式计算:P=10H-1 式中P混凝土抗渗标号;H第三个试件顶面开始有渗水时的水压力(MPa)。混凝土抗渗标号分级为P2、P4、P6、P8、P10、P12 等。,2.2.1 透水法,适用范围：由于其简单、直观,因此该方法在建筑领域广泛使用。缺点：,测试时间长,不能确切的反映,渗透还与渗透时间有关,2.2.2 离子渗透法,1.直流电量法定义：氯化物离子的负电荷将被吸引到正电极,因此在测试期间电流的传输量就是氯化物渗透混凝土的量。方法：,直流电量法渗透实验,60V,2.2.2 离子渗透法,ASTMC1202导电量及其对混凝土分类,适用范围：不需太准确，快速大致反映一般混凝土的渗透性。缺点：(1)使用60V高压，溶液温度升高，数据被干扰;（2）测量结果在非稳态下获得，不能说明其渗透性;（3）测量值是总体离子运动结果，而非Cl-运动。,2.2.2 离子渗透法,2.氯池浸泡法定义：将试件浸没于含Cl-离子的水池中,离子只从试件的一个表面向内部。方法：,2.2.2 离子渗透法,适用范围：与实际情况相似，更适用高渗性混凝土。缺点：所需时间太长，一般至少需要几十天，所以不适用低渗透性混凝土。且当离子渗入深度很小，实验结果误差增大。,2.2.2 离子渗透法,3.RCM法定义：测定混凝土氯离子稳态快速迁移的扩散系数，定量评价混凝土抵抗氯离子扩散的能力。方法：,NaOH溶液,NaCl溶液,2.2.2 离子渗透法,仪器设备：,2.2.2 离子渗透法,混凝土的扩散系数按下式计算:DRCM,0=2.872 10-6 Th(xd xd)t=3.338 10-3 Th 式中DRCM,0 RCM 法测定的混凝土离 子扩散系数(m2/s);T阳极电解液初始和最终温度平均值(K);h试件高度(m);xd 氯离子扩散深度(m);t 通电试验时间(s);辅助变量。,初始电流与实验时间关系,2.2.2 离子渗透法,适用范围：本实验方法适用于骨料最大粒径不大于25mm（一般不宜大于20mm）的试验室制作的或者从实体结构取芯获得的混凝土试件，也适用渗透性较低的HPC或者不掺混合料的混凝土。,2.2.2 离子渗透法,所测结果不能定量说明混凝土氯离子渗透性,所加的电压过高,导致溶液的温度升高,从而影响测试结果,01,03,04,02,孔溶液成份和孔溶液中的离子浓度对测量结果有较大影响,测量过程中，电流不断变化，测量结果会受到电流波动的影响,缺点,4.NEL法定义：利用Nernst-Einstein方程和NEL型混凝土快速真空饱水饱盐装置及混凝土渗透性电测仪检测混凝土中的氯离子扩散系数Dnel，对混凝土渗透性进行快速评价。操作步骤：,配制好溶液，按要求切好样取样。,放入5cm厚试样于真空室，保持试样浸泡在NaCl溶液24h。,将擦除盐的试样置于两铜极间，用NEL混凝土渗透仪测量扩散系数。,取偏差小于15%的三块试样扩散系数的平均值，根据后表对混凝土渗透性分级。,2.2.2 离子渗透法,真空饱水饱盐装置,渗透性电测仪,混凝土渗透性评价标准,适用范围：电阻技术测试迅速、操作简单,测试混凝土电阻所有的电压通常为或更低,且测试时间短,可以避免混凝土被加热。缺点:,2.2.2 离子渗透法,1,2,难于达到完全饱和,孔溶液离子的影响,定义：混凝土表面承受一定的CO2 压力后,透过毛细孔渗入混凝土内部,使混凝土表层一定厚度范围具有压力增量,从而可以计算出混凝土的透气性系数。适用范围：检测快捷方便,适合在现场测试;但是要求先将试件在试验前烘干至恒重。缺点：（1）干燥温度过高过低，实验结果失真。（2）该法不适合于掺硅灰混凝土渗透性试验。,2.2.3 透气法,原理,我国标准尚缺,方法自身问题,外加应力影响,结果可比不强,2.3 需进一步研究的问题,3、提高抗渗性的途径及存在的一些问题,3.1 提高混凝土抗渗性的技术,结构自抗渗混凝土柔性防水材料水泥混凝土裂缝自修复技术水泥基渗透结晶型材料多步搅拌工艺,提高抗渗性的思路：混凝土的抗渗性直接关系着混凝土的耐久性。提高混凝土抗渗性通常有两种技术路线：一种是通过第三介质隔断渗透物与混凝土的接触来提高混凝土的抗渗性；另一种是通过提高混凝土自身的密实性来提高混凝土的抗渗性。,3.2 结构自抗渗混凝土,结构自抗渗混凝土技术经历了几个发展阶段,如集料连续级配混凝土、富砂浆普通混凝土、外加剂混凝土、补偿收缩混凝土技术等。,集料连续级配混凝土,富砂浆普通混凝土,外加剂混凝土,补偿收缩混凝土,提高混凝土的密实度,加入膨胀剂,存在的问题：,结构自抗渗混凝土技术经历一系列的改善，对混凝土的抗渗性有所提高，但是在使用过程中，也逐渐暴露出一些问题。,集料连续级配混凝土,富砂浆普通混凝土,外加剂混凝土,存在的问题,收缩、开裂,补偿收缩混凝土的一些问题：1、要求混凝土的养护时间长；2、影响其膨胀性能的因素很多,如材料、施工、环境等；3、作为其主要性能的膨胀量,在实际结构中难以检测,抗渗效果也不易评估；4、用于墙体、薄壁结构、高强混凝土时常出现开裂现象。,3.3 柔性防水材料,柔性防水材料主要是利用有机高分子材料在混凝土表面形成一层憎水的柔性保护层,封闭混凝土表面,阻止水的渗入。但柔性防水材料一般都有不耐高温、易老化、寿命短、价格昂贵、强度很低的缺点,而且与混凝土材质的特性完全不同。存在的问题：在接合部常会有剥离脱落的现象;对环境造成一定的污染。,3.4 水泥混凝土裂缝自修复技术,水泥混凝土裂缝自修复技术：即在水泥混凝土成型时掺加一些有效的粘结成分,一旦水泥混凝土结构受到损坏,出现裂缝等对混凝土耐久性能有害的状况,混凝土材料会自行进行修复,密实混凝土结构,提高其抗渗性能,从而提高混凝土的耐久性能。,仿生混凝土自修复技术：模仿生物组织对受创伤部位能自动分泌某种物质,从而使受创伤部位愈合的机理,在混凝土中掺人某些特殊的组分,采用粘接材料和基材相复合的方法,对材料损伤破坏具有自行愈合和再生功能,恢复甚至提高材料性能的一种新型混凝土提高耐久性能的方法。例如：(1)在混凝土材料中掺加内含粘结剂的空心胶囊、空心玻璃纤维 或液芯光纤；（2）仿生自诊断和自修复智能混凝土。,修复技术流程：,修复技术流程图及相关问题,内置胶囊仿生自修复混凝土的自愈合机理,3.5 水泥基渗透结晶型材料,水泥基渗透结晶型材料：由普通硅酸盐水泥、石英砂、带有活性功能基团的化学复合物组成。,原理：它利用在混凝土中掺入性外加剂或在外部涂敷一层含有活性功能化学物涂层,在一定的养护条件下,以水为载体,通过渗透作用,使其特殊的活性功能化学物在混凝土的微孔及毛细孔中传输,填充并促使混凝土中未完全水化的水泥颗粒继续发生水化作用,形成不溶性的结晶体复合物。进而靠结晶体增长填塞毛细通道,使混凝土结构致密、抗渗。,优点：抗渗性能与自愈性能好；粘结力强、防钢筋锈蚀；以及对人体无害；易于施工不足之处：材料合成制备技术的垄断 缺乏反应机理与相关理论的研究 微观或亚微观结构研究少 对混凝土耐久性的影响缺乏研究,3.6 多步搅拌工艺,多步搅拌混凝土工艺：将组成混凝土的原材料分多次投入多次搅拌的方法。主要有水泥砂浆法、水泥净浆法、水泥裹石法、水泥裹砂法、水泥裹砂石法等。搅拌方法：一次搅拌 先拌水泥砂浆法 水泥裹石法 水泥裹砂法 水泥裹砂石法,不同搅拌方法的加料顺序：一次搅拌水泥+石子+砂子+减水剂 一次投入先拌水泥砂浆法先将水泥、70%水、砂投入搅拌机，搅拌60 s，再将石子和剩余水、减水剂投入，再搅拌。水泥裹石法先将水泥、70%水加入搅拌20 s，再加入石子搅拌40 s，最后将砂、减水剂、剩余的水加入搅拌,水泥裹砂法先将砂、70%水搅拌20 s，再加入水泥搅拌40 s，最后加入石子、减水剂和剩余的水搅拌。水泥裹砂石法先将砂、石、70%水加入搅拌20 s，再将水泥投入搅拌40 s，最后加入剩余的水及减水剂搅拌。实验数据如下：注：H1、H2、H3、H4、H5分别代表一次搅拌、先拌水泥砂、水泥裹石法、水泥裹砂法、水泥裹砂石法。,表1 不同搅拌工艺混凝土强度值,表2 不同搅拌工艺混凝土渗水高度,由上图可看出，不同的搅拌方法对混凝土的性能有很大的影响，其中水泥裹砂石法改善混凝土性能最好，与一次性搅拌相比，其强度提高了23.8%，渗水高度减少了16.2%。,混凝土的密实度是影响其抗渗性的重要因素，提高抗渗性必须提高混凝土的密实度。抗渗混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，掺入引气剂或减水剂，减少水泥用量，严格按工艺操作规程施工，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，提高抗渗性。在提高密实度的同时，可以通过改变混凝土的表面，自修复等方面入手，提高混凝土的抗渗透性，进而提高混凝土的耐久性。,总结,
