混凝土滲透性概念的細(xì)化及其測(cè)試方法

1、陳立軍1,孔令煒1,王德君2,丁銳1,梁銳1(1.吉林建筑工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春130021;2.長(zhǎng)春工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春130021Abstract:Three meanings and their corresponding testing methods of concrete permeability are discussed ,with great emphasis on the relationsamong them.There are capillary pressure permeability ,hydraulic pressure permeability ,and ion p

2、ermeability (or concentration difference on the basis of driving forces of concrete permeability.The relativity between capillary pressure permeability and others that changed with pore structure changing in concrete is expounded ,the defect of testing methods of hydraulic pressure permeability and

3、chlorin ion permeability is analyzed ,and the undefined relativity between capillary pressure permeability and others is studied.Capillary pressure permeability and others must be generally considered when concrete permeability was evaluated.Key w ords:concrete ;capillary pressure permeability ;hydr

4、aulic pressure permeability ;ion permeability ;testing method摘要:探討了混凝土滲透性概念的三種含義及其測(cè)試方法,并重點(diǎn)探討了它們之間的相互關(guān)系。根據(jù)混凝土滲透性驅(qū)動(dòng)力的種類,將其概念劃分為毛細(xì)孔壓力滲透性、水壓力滲透性和濃度差滲透性(或稱離子滲透性三種。重點(diǎn)指出毛細(xì)孔壓力滲透性與其他兩種滲透性之間的相互關(guān)系,會(huì)隨著混凝土孔結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生變化。并進(jìn)一步指出水壓力滲透性和氯離子滲透性測(cè)試方法的不足,以及兩者與毛細(xì)孔壓力滲透性測(cè)試方法之間不確定的相關(guān)性。故評(píng)價(jià)混凝土的滲透性時(shí),應(yīng)當(dāng)綜合考慮毛細(xì)孔壓力滲透性與其他兩種滲透性。關(guān)鍵詞:混凝土

5、;毛細(xì)孔壓力滲透性;水壓力滲透性;離子滲透性;測(cè)試方法中圖分類號(hào):TU528.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1002-3550(200901-0040-03Different concepts and the corresponding testing m ethods of concrete perm eabilityCHEN Li-jun 1,KONG Ling-wei 1,WANG De-jun 2,DING Rui 1,LIANG Rui 1(1.Jilin Architectural and Civil Engineering Institute ,Changchun 130021,C

6、hina ;2.Changchun Institute of Technology ,Changchun 130021,China 混凝土滲透性概念的細(xì)化及其測(cè)試方法收稿日期:2008-08-01混凝土Concrete理論研究THEORETICAL RESEARCH2009年第1期(總第231期Number 1in 2009(Total No.2310引言混凝土滲透性是一個(gè)非?；\統(tǒng)和復(fù)雜的概念,它不僅包括氣體和液體的滲透性,而且包括在不同種類驅(qū)動(dòng)力作用下的滲透性。對(duì)于滲透性的這些內(nèi)在含義及其相互關(guān)系,如果不加以認(rèn)真細(xì)致的分析,很容易產(chǎn)生混淆和片面的認(rèn)識(shí)。評(píng)價(jià)混凝土滲透性的方法多種多樣,每種方法

7、反映的究竟是混凝土滲透性的哪一種含義?各種方法的相關(guān)性如何?采用一種方法能否全面地反映混凝土滲透性的各種含義?目前仍不十分明確。在評(píng)價(jià)混凝土滲透性時(shí),常用一種測(cè)試方法及其技術(shù)指標(biāo)去籠統(tǒng)地評(píng)價(jià)混凝土的滲透性。結(jié)果導(dǎo)致在很多情況下,其評(píng)價(jià)不能全面、正確地反映混凝土的滲透性和耐久性1-5。因此,必須對(duì)混凝土滲透性的概念和含義進(jìn)行明確、具體的細(xì)化,并完善相應(yīng)的測(cè)試方法和指標(biāo)體系。同時(shí)明確各種概念之間和各種測(cè)試方法之間的相互關(guān)系。這樣,才能使人們對(duì)混凝土滲透性有一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)和全面、正確的評(píng)價(jià)。1混凝土滲透性概念的細(xì)化及其相互關(guān)系影響混凝土滲透性(氣體的滲透性暫不討論的作用力可以分為兩個(gè)方面,一是驅(qū)動(dòng)

8、力,二是阻力。驅(qū)動(dòng)力包括毛細(xì)孔壓力、液體的壓力(或重力和液體內(nèi)離子濃度不同造成的滲透壓力;阻力包括孔隙的摩擦阻力和質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散阻力?；炷恋臐B透性可以是上述三種驅(qū)動(dòng)力與阻力共同作用的結(jié)果,也可以是其中某一種驅(qū)動(dòng)力與阻力相互作用的結(jié)果。因此,混凝土滲透性的概念既包括各種作用力的綜合作用性質(zhì),也包括其中某幾種作用力的相互作用性質(zhì)。其中,各種驅(qū)動(dòng)力與阻力的作用結(jié)果在某些情況下是一致的,在某些情況下是不一致的。所以,必須對(duì)每種驅(qū)動(dòng)力和阻力的作用性質(zhì)分別進(jìn)行研究和討論。也就是說要對(duì)混凝土滲透性的概念進(jìn)行細(xì)化,對(duì)其相互關(guān)系進(jìn)行分析。根據(jù)混凝土滲透作用的三種驅(qū)動(dòng)力,混凝土滲透性含義可以劃分為以下三個(gè)方面:一是

9、液體在毛細(xì)孔壓力作用下滲入混凝土的性能,可以稱為毛細(xì)孔壓力滲透性(或者稱為常壓滲透性;二是混凝土在液體壓力(或重力作用下滲入混凝土的性能,可以稱為水壓力滲透性;三是在不同離子濃度的滲透壓力作用下滲入混凝土的性能,可以稱為濃度差滲透性(或者稱為離子滲透性。在不同的情況下,混凝土滲透性的三種含義對(duì)混凝土耐久性的影響作用差別極大。其中,水壓力滲透性和毛細(xì)孔壓力滲透性之間的相關(guān)性是變化的,在很多情況下是相反的1-2,4-5;離子滲透性與毛細(xì)孔壓力滲透性之間的關(guān)系也是不確定的。此外,根據(jù)三種驅(qū)動(dòng)力影響混凝土滲透性的作用效果,還可以將混凝土滲透性劃分為兩個(gè)方面,一是滲入性,二是滲漏性。兩者的關(guān)系在很多情況

10、下也是相反的1。毛細(xì)孔壓力能夠增大混凝土的滲入性,卻減小混凝土的滲漏性(因毛細(xì)孔壓力能隨著滲透深度的變化而轉(zhuǎn)變方向1;水壓力和離子滲透壓力既doi :10.3969/j.issn.1002-3550.2009.01.01240··能夠增大混凝土的滲入性,也能增大混凝土的滲漏性(因兩者的作用方向不會(huì)發(fā)生變化。其中,對(duì)混凝土耐久性有重要影響的是滲入性而不是滲漏性。因此,研究混凝土滲透性的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在滲入性(即上述三種性能方面。對(duì)于以毛細(xì)孔為主要孔隙的大多數(shù)混凝土而言,混凝土在毛細(xì)孔壓力作用下的滲透性,對(duì)混凝土耐久性的影響最為重要2,4-6。其次才是水壓力滲透性和濃度差滲透性。在

11、這種情況下,水壓力滲透性和毛細(xì)孔壓力滲透性一般成反比關(guān)系。即混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔越細(xì),其水壓力滲透性越小,但其毛細(xì)孔壓力滲透性反而越大1-5。這兩種性能之間絕不能互相取代和表示。而氯離子滲透性試驗(yàn),在某些情況下,測(cè)得的平均氯離子濃度與局部氯離子濃度是相反的3。平均氯離子濃度與水壓力滲透性一般成正比關(guān)系(兩者均正比于混凝土孔隙率,與毛細(xì)孔壓力滲透性(反比于混凝土孔隙率一般成反比關(guān)系;局部氯離子濃度(反比于混凝土孔隙率與水壓力滲透性可以成反比關(guān)系,與毛細(xì)孔壓力滲透性可以成正比關(guān)系。對(duì)于以超微孔為主要孔隙的超密實(shí)混凝土而言,從理論上講,由于毛細(xì)孔和毛細(xì)孔壓力基本消失,孔隙阻力增大,毛細(xì)孔壓力滲透性和水

12、壓力滲透性都會(huì)減小。隨著毛細(xì)孔壓力滲透性和水壓力滲透性的減小,氯離子滲透性(平均氯離子濃度也會(huì)相應(yīng)減小。三者的相互關(guān)系成正比。但在實(shí)際工程中,超密實(shí)混凝土是很少的,高密實(shí)混凝土相對(duì)較多,因而毛細(xì)孔壓力滲透性和水壓力滲透性嚴(yán)重相反的情況也相對(duì)較多。這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視,近代混凝土耐久性普遍下降的原因不能說與毛細(xì)孔的細(xì)化無關(guān)6。對(duì)于引氣混凝土而言,由于引入氣泡的直徑(20200m遠(yuǎn)大于毛細(xì)孔的直徑,使連通的毛細(xì)孔變成了間斷的毛細(xì)孔。此時(shí),毛細(xì)孔壓力的作用方向在每一小段毛細(xì)孔當(dāng)中都是變化的。因此,對(duì)于混凝土整體來講,它既能減小混凝土的滲入性,也能減小混凝土的滲漏性。毛細(xì)孔壓力在每一小段毛細(xì)孔當(dāng)中

13、的反向作用,能夠同時(shí)降低混凝土的毛細(xì)孔壓力滲透性和水壓力滲透性。兩者的相關(guān)性又會(huì)趨于一致。而離子滲透性與這兩種性能的相關(guān)性,也會(huì)發(fā)生變化。在實(shí)際工程中,氯離子滲透性(平均氯離子濃度會(huì)隨著毛細(xì)孔壓力滲透性和水壓力滲透性的減小而減小。但在大多數(shù)氯離子滲透性試驗(yàn)當(dāng)中,因試塊均已飽水,引入的氣泡被水填滿后,并不會(huì)降低氯離子的滲透性,反而會(huì)加大氯離子在混凝土孔隙內(nèi)部的滲透性。綜合上述分析可以得知,毛細(xì)孔壓力滲透性與其他兩種滲透性之間的相關(guān)性,會(huì)隨著混凝土孔結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生變化。即在某些情況下成正比關(guān)系,某些情況下成反比關(guān)系。所以,在評(píng)價(jià)混凝土的滲透性時(shí),必須綜合考慮毛細(xì)孔壓力滲透性與其他兩種滲透性各自的

14、高低。對(duì)于以毛細(xì)孔為主要孔隙的大多數(shù)混凝土,則應(yīng)重點(diǎn)考慮毛細(xì)孔壓力滲透性2,4-5。2混凝土滲透性測(cè)試方法的類別及其相互關(guān)系根據(jù)混凝土滲透性的三個(gè)含義,混凝土滲透性的各種測(cè)試方法也應(yīng)當(dāng)劃分為以下三類。第一類是毛細(xì)孔壓力滲透性的測(cè)試方法。這類方法可以采用吸水性試驗(yàn),但試驗(yàn)時(shí)應(yīng)設(shè)法排除水重力的影響。為此,作者提出了兩種方法2:一是檢測(cè)毛細(xì)孔壓力對(duì)混凝土吸水高度的影響;二是檢測(cè)毛細(xì)孔壓力對(duì)混凝土開口孔隙體積的吸水速率的影響。具體是將混凝土試塊底面與水接觸,直接觀測(cè)水在混凝土表面浸潤(rùn)上升的高度和所用的時(shí)間;然后或同時(shí)檢測(cè)混凝土開口孔隙體積的吸水速率,即混凝土在不同時(shí)間內(nèi)的吸水量與開口孔隙體積(不包括原

15、有孔隙水占據(jù)的體積之比。前者可以非常直觀地反映在毛細(xì)孔壓力作用下不同時(shí)間段內(nèi)混凝土滲透速率的高低4-5。后者能夠直接反映混凝土孔隙內(nèi)部單位開口孔隙體積被水充滿的程度,同時(shí)也能間接反映水滲入混凝土孔隙內(nèi)部的相對(duì)深度。當(dāng)然,這兩種方法及其評(píng)價(jià)指標(biāo)還可以繼續(xù)完善。第二類是水壓力滲透性的測(cè)試方法?，F(xiàn)有的水壓力滲透性試驗(yàn)包括滲透高度法和抗?jié)B等級(jí)法,它們存在的主要缺陷是:混凝土同時(shí)受水壓力和毛細(xì)孔壓力兩種驅(qū)動(dòng)力的作用,但卻不能區(qū)別和表示混凝土的水壓力滲透性和毛細(xì)孔壓力滲透性各自的大小。以常用的滲透高度法(DL/T51512001水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程為例,在所測(cè)得的滲透高度相等時(shí),會(huì)有以下三種情況存在:一是毛

16、細(xì)孔壓力大于水壓力,二是水壓力大于毛細(xì)孔壓力,三是兩者相等。對(duì)于第一種情況所得到的測(cè)試結(jié)果,與采用毛細(xì)孔壓力滲透性測(cè)試方法所得到的測(cè)試結(jié)果是一致的,因?yàn)閮蓚€(gè)測(cè)試結(jié)果主要反映的都是毛細(xì)孔壓力滲透性;對(duì)于第二種情況所得到的測(cè)試結(jié)果,因其主要反映的是水壓力滲透性,故與采用毛細(xì)孔壓力滲透性測(cè)試方法所得到的測(cè)試結(jié)果一般是不一致的(也可能有偶然的一致,甚至可能是相反的。也就是說,水壓力滲透性試驗(yàn)(指滲透高度法與毛細(xì)孔壓力滲透性試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)性是變化的。所以,水壓力滲透性測(cè)試方法的試驗(yàn)結(jié)果雖然包含了毛細(xì)孔壓力滲透性的作用,但在多數(shù)情況下卻不能代替毛細(xì)孔壓力滲透性的測(cè)試方法。在毛細(xì)孔壓力大于水壓力的

17、情況下,滲透高度法甚至不能正確判定水壓力滲透性的高低(實(shí)際上它反映的主要是毛細(xì)孔壓力大小。只有與毛細(xì)孔壓力滲透性試驗(yàn)相結(jié)合,才能判定水壓力滲透性的高低。而抗?jié)B等級(jí)法實(shí)際上反映的是混凝土在毛細(xì)孔壓力和水壓力綜合作用下滲漏性的高低,并不是滲入性的高低。第三類是離子滲透性的測(cè)試方法。這類方法的代表是氯離子滲透性試驗(yàn)。其評(píng)價(jià)方法存在的不足是:試驗(yàn)測(cè)得的氯離子濃度分布結(jié)果,多數(shù)是相對(duì)混凝土一定滲透深度以內(nèi)單位質(zhì)量或單位體積的氯離子平均濃度;它無法反映混凝土材料和孔結(jié)構(gòu)中呈不均勻分布的局部氯離子濃度。因此,建議在評(píng)價(jià)混凝土的氯離子滲透性時(shí),不僅要考慮和采用混凝土單位體積或質(zhì)量的氯離子濃度,而且應(yīng)當(dāng)考慮和增

18、加單位孔隙體積(主要指開口孔隙體積的氯離子濃度指標(biāo)混凝土內(nèi)部氯離子數(shù)量除以開口孔隙體積或混凝土某一深度內(nèi)單位體積氯離子濃度除以開口孔隙率2-3。這樣才能反映混凝土局部氯離子濃度的高低。此外,在評(píng)價(jià)這類試驗(yàn)結(jié)果時(shí)還應(yīng)考慮一個(gè)關(guān)鍵的問題,即大多數(shù)試驗(yàn)方法所測(cè)得的結(jié)果與實(shí)際工程中氯離子在混凝土內(nèi)部的滲透情況并不相符。因?yàn)閷?shí)際工程中氯離子在混凝土內(nèi)部的滲透性會(huì)同時(shí)受到毛細(xì)孔壓力和水壓力的影響,而這類試驗(yàn)方法大多數(shù)僅反映了氯離子濃度差的影響(測(cè)試前試塊多已飽水或飽鹽。所以要判斷氯離子在混凝土內(nèi)部滲透的真實(shí)情況,還必須同時(shí)進(jìn)行毛細(xì)孔壓力滲透性試驗(yàn)與水壓力滲透性試驗(yàn)。綜上所述,水壓力滲透性試驗(yàn)方法和氯離子滲

19、透性試驗(yàn)方法均存在不足之處,而且與毛細(xì)孔壓力滲透性測(cè)試方法之間沒有確定的相關(guān)性。目前,在很多情況下,只用其中一種方法測(cè)試混凝土在各種驅(qū)動(dòng)力作用下的滲透性,無法對(duì)混凝土的滲透性做出全面、正確的評(píng)價(jià)。41··3結(jié)語(yǔ)(1混凝土滲透性的含義按其驅(qū)動(dòng)力可以劃分為三種,即毛細(xì)孔壓力滲透性(或稱為常壓滲透性、水壓力滲透性和濃度差滲透性(或稱為離子滲透性。其中,毛細(xì)孔壓力滲透性與其他兩種滲透性之間的相關(guān)性,會(huì)隨著混凝土孔結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生變化。故評(píng)價(jià)混凝土的滲透性時(shí),必須綜合考慮毛細(xì)孔壓力滲透性與其他兩種滲透性各自的高低。(2水壓力滲透性試驗(yàn)方法和氯離子滲透性試驗(yàn)方法均存在不足之處,而且與毛

20、細(xì)孔壓力滲透性測(cè)試方法之間沒有確定的相關(guān)性。在很多情況下,只采用其中一種滲透性測(cè)試方法及其技術(shù)指標(biāo),無法對(duì)混凝土的滲透性做出全面、正確的評(píng)價(jià)。參考文獻(xiàn):1陳立軍,王永平,尹新生,等.混凝土孔徑尺寸對(duì)其抗?jié)B性的影響J.硅酸鹽學(xué)報(bào),2005(4:500-505.2陳立軍,邢世俊,張丹,等.關(guān)于混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定方法的若干問題和建議J.混凝土,2008(1:109-111.3陳立軍,黃德馨,張丹,等.對(duì)混凝土氯離子滲透性試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法的商榷J.混凝土,2007(4:1-2.4陳立軍.混凝土滲透性測(cè)試方法的改進(jìn)及水膠比的影響J.混凝土,2005(11:30-35.5陳立軍,孟現(xiàn)安,陳沖,等.常壓下水泥

21、粒度和水膠比對(duì)混凝土滲透性的影響J.混凝土,2005(12:53-57.6陳立軍.混凝土孔徑尺寸對(duì)其使用壽命的影響J.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007(6:50-53.作者簡(jiǎn)介:陳立軍(1956-,男,教授。單位地址:長(zhǎng)春市紅旗街1129號(hào)(130021聯(lián)系電話:0431-*深度計(jì)算公式為:e2=0.0652+0.0042(t -59(12依據(jù)(11、(12可得圖3。 圖3看出,在混凝土保護(hù)層脹裂以前,兩式計(jì)算銹蝕深度的結(jié)果比較接近,在服役期達(dá)59年即混凝土保護(hù)層脹裂后,牛荻濤模型中銹蝕速度明顯增大,當(dāng)服役期達(dá)100年時(shí),牛荻濤模型計(jì)算值(0.24mm 約是邸小壇模型計(jì)算值(0.08mm 的近3倍。

22、這主要是因?yàn)榕］稘Ｐ涂紤]了保護(hù)層開裂前后,鋼筋銹蝕速度不同造成的,而實(shí)際上,大量研究也顯示出混凝土保護(hù)層脹裂后銹蝕速度明顯增大這個(gè)事實(shí)3,由此可見,是否考慮保護(hù)層開裂前后鋼筋銹蝕速度的變化對(duì)鋼筋銹蝕量的計(jì)算結(jié)果有很大影響,雖然保護(hù)層開裂后,鋼筋銹蝕深度隨時(shí)間變化是否仍然是線性值得商榷,但是通過圖3對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),在預(yù)測(cè)裂縫出現(xiàn)后的鋼筋銹蝕發(fā)展時(shí),牛荻濤模型更符合鋼筋銹蝕發(fā)展的實(shí)際情況。3結(jié)論通過工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算值比較發(fā)現(xiàn),在現(xiàn)有實(shí)用碳化模型中,采用龔洛書多系數(shù)碳化模型預(yù)測(cè)含粉煤灰水泥制作的混凝土碳化深度和采用牛荻濤碳化模型計(jì)算不含粉煤灰水泥制作的混凝土碳化深度時(shí),誤差較另外3個(gè)碳化模型小

23、,邸小壇模型和張譽(yù)模型的修正參數(shù)還需進(jìn)一步改進(jìn)。根據(jù)本文對(duì)比結(jié)果,進(jìn)行某一時(shí)刻鋼筋銹蝕量評(píng)估時(shí),惠云玲模型和標(biāo)準(zhǔn)稿模型的計(jì)算結(jié)果比較理想,且應(yīng)用最為方便,邸小壇模型誤差偏大;進(jìn)行某一構(gòu)件鋼筋銹蝕量隨服役期的發(fā)展情況分析時(shí),牛荻濤模型與鋼筋實(shí)際銹蝕發(fā)展情況更加吻合。由于工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有限,混凝土碳化和鋼筋銹蝕受建筑物所處環(huán)境氣候條件和混凝土本身的質(zhì)量影響又具有很大的隨機(jī)性,以后還可以在本文結(jié)論的基礎(chǔ)上對(duì)鋼筋銹蝕模型做更進(jìn)一步的全面分析。參考文獻(xiàn):1張譽(yù),蔣利學(xué).混凝土碳化和鋼筋銹蝕研究動(dòng)態(tài)J.福州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1996,24(S0:18-27.2金偉良,趙羽習(xí),等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性M.北京:科學(xué)出版社,2002:99.3牛荻濤.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與壽命預(yù)測(cè)M.北京:科學(xué)出版社,2003:14-15.4張譽(yù).蔣利學(xué),等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久