高强混凝土的抗渗性试验研究

摘要：通过对水灰比分别为0.25、0.30、0.50 的混凝土标准养护28 d 抗压强度和抗渗等级研究，并根据低渗透性混凝土的特点，测量了压力水渗透的深度，利用公式初步估计了混凝土的渗透系数。采用硅灰与高效减水剂双掺的方法，可以制备抗渗透性能极为优异的混凝土。

关键词：高强混凝土；硅灰；减水剂；抗渗性

中图分类号：TU528.32 文献标识码：B 文章编号：1001- 702X10- 0059- 02

0 前言

　　在过去的几十年中，高强混凝土的研究与应用取得了突破性的进展，80~130 MPa 的HSC 成功地应用在许多建设工程中，包括高层或超高层建筑、桥梁、路面、桥面和海洋结构等。但大型水工工程的建设，诸如混凝土水坝、水渠、涵管及位于地下水位线以下的地下结构如隧道等要求混凝土必须有高的抗渗性，一旦混凝土的抗渗性能不足或受到破坏，就会降低这些结构的使用效能，造成污染、渗漏等事故。从20 世纪80 年代起，由于混凝土的耐久性问题日益为人们所关注，各国学者重新对混凝土抗渗性能产生了兴趣。混凝土的耐久性，与水和其它有害液体、气体向其内部渗透的数量、范围等有关，因此，抗渗性能高的混凝土，其耐久性就好。近年来，高性能混凝土的概念大有取代高强混凝土概念的趋势，因为人们认识到强度这一单一的指标并不足以揭示结构材料的工作状态。高强混凝土也要保证耐久性，因此，要研究高性能混凝土，就不能不关注混凝土的抗渗性能[1]。

　　为提高基材的胶结强度和混凝土的密实性，仅靠高强度等级水泥和提高水泥用量是不够的，而且水泥用量过大对混凝土的耐久性并不完全有利。因此，必须用极细的优质活性颗粒掺入混凝土，使它们在水泥浆的细微孔隙中水化减少和填充混凝土中的毛细孔，达到密实和增强的作用。而这些微集料水化需要大量的水，若用水量过少则对和易性不利，这时加入减水剂在减少用水量的同时，能保证微集料水化。在双掺技术下，混凝土拌和物的和易性得到改善，减少了离析和泌水现象，水泥浆和集料界面密实程度提高，混凝土强度提高，耐久性得到改善[2]。

　　本试验拟充分利用高效减水剂和高活性掺和料硅粉的超叠加效应，采用双掺技术，配制出强度高、抗渗性好的混凝土。

1 试验原材料和试验方法

1.1 原材料

　　水泥：四川都江堰拉法基水泥厂生产的42.5 级普通硅酸盐水泥；

　　硅灰：EBS- S 硅灰，活性SiO2 含量大于95%，市售；

　　减水剂：市售聚羧酸系高效减水剂；

　　集料：细集料为四川金堂中砂，粗集料为河卵石，粒径5～20 mm。

1.2 试验方法

　　为了研究不同配比、不同强度等级混凝土的抗渗性能，并且为便于和普通混凝土进行对比，我们成型了1#、2#、3# 3 组混凝土，其水胶比分别为0.25、0.30、0.50，1#、2# 组混凝土掺加了占胶体材料质量10%的硅灰和适量的高效减水剂，3# 组混凝土作为对比组。3 组混凝土的配比见表1。

　　3 组混凝土均由强制搅拌机拌制，1# 和3# 混凝土在振动台上成型，2# 混凝土由于流动性极好，用捣棒插捣后直接成型。标准养护至龄期28 d 后测试其抗压强度和抗渗性，试验结果见表1。抗压强度试件尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7mm。表1 所示为3 个试件的平均值。抗渗试验按GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》的规定进行。

2 抗渗试验结果和分析

　　混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。采用6 个尺寸为Ф180 mm×150 mm 的圆台形试件从0.1MPa 开始施加水压，每隔8 h 水压增加0.1 MPa，直至6 个试件中有3 个被压力水穿透时，停止试验，记录此时的水压力值；通过抗渗等级公式S=10H- 1，将停止试验时的水压力值换算成整数，这个整数即混凝土的抗渗标号[1]。但对于水胶比为0.25 和0.30 的高强混凝土在压力分别加到2 MPa 和3 MPa时还没有一个出现表面渗水。我们将这2 组混凝土的试块全部从中劈裂后发现水渗入的高度非常小，渗水的最高部位往往是有大粒径粗集料的地方。以水胶比为0.25 的混凝土为例。有大粒径粗集料的地方渗水最高的为2.0 cm，没有大粒径粗集料的部位渗水最高的也仅有1.5 cm，也就是说硬化水泥浆体的抗渗能力是非常高的。而此时的抗渗等级公式对该混凝土显然失去了意义，因此，我们采用适用于低抗渗性混凝土的渗透深度法[1]来初步估计混凝土的渗透系数。渗透系数的计算由式表示：

式中：K—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。

　　式中的d 值我们分别取试验中测试的最大渗透高度、最小渗透高度和平均渗透高度3 组值来计算；t值仅仅取了最大水头作用的时间8 h；孔隙率估计为20%。渗透系数估算结果如表2 所示，实际的混凝土渗透系数应该比表2 中给出的数据要小得多。

　　水灰比为0.5 的3# 普通混凝土试件有3 个表面出现渗水现象，开始渗水时的压强分别为1.1 MPa、1.4 MPa、1.5 MPa，由S=10H- 1，取H=1.5，则S=14，该混凝土的抗渗等级为14。

　　采用硅灰与高效减水剂双掺的方法，可以制备抗渗透性能极为优异的混凝土，这是因为：硅灰的活性很高，当与高效减水剂配合掺入混凝土时，硅灰与Ca2 反应生成水化硅酸钙凝胶体，填充水泥颗粒间的空隙，改善界面结构和粘聚力，可以显著提高混凝土强度。减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，其亲水基团携带大量水分子，在水泥颗粒周围形成一定厚度的吸附水层，增大了水泥颗粒间的可滑性，减水剂还可使溶液的表面张力降低，在机械搅拌作用下使浆体内引入部分气泡，这些都使拌和物的和易性提高。因此，水泥石中的大孔隙和连通孔隙减少，超细微孔隙增加，阻断了渗透通道，抗渗性也显著提高[2]。但是，必须说明，并不是混凝土强度越高，混凝土的抗渗性就越好。在本次试验中，1# 混凝土由于流动性较2# 混凝土差，且拌和物比较黏稠，在浇筑成型时，试件内部的气泡很难排出，导致硬化后的混凝土内部存在较多的缺陷，虽然其强度较高，但是其抗渗性却较2# 混凝土差。

3 结论

　　采用双掺硅灰和高效减水剂的方法，可以配制出强度较高、抗渗透性能极为优异的混凝土。由于其渗透系数极低，采用常规的抗渗标号法基本上无法成功完成试验。建议采用渗透深度法来研究此类混凝土的抗渗性能。

参考文献:

　　[1] 易成，谢和平.混凝土抗渗性能研究的现状与发展.混凝土，2003，：7- 11，34.

　　[2] 李亚杰.建筑材料.武汉：中国水利水电出版社，2001，3.