混凝土的強度與滲透性
2006-08-09 00:00
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混凝土的強度是指混凝土在外力（荷載） 作用下抵抗破壞的能力。混凝土的滲透性是指某氣體、液體或離子通過混凝土的難易程度。混凝土的耐久性與滲透性直接相關， 例如混凝土發(fā)生硫酸鹽腐蝕破壞的必要條件為有水及腐蝕性離子進入混凝土體； 發(fā)生堿骨料反應破壞需有水分； 鋼筋銹蝕需有氯離子去鈍以及水分和氧氣； 碳化反應需有CO2 等。
一般認為， 混凝土的強度越高， 其滲透性越低，耐久性越好。這種假定的理論基礎是， 混凝土的強度較高時， 其水膠比自然較低， 因此滲透性自然較低，耐久性較好。
本文通過試驗數(shù)據(jù)說明二者之間的關系，并解釋其中原因。
1 強度與滲透性的關系
文獻[ 3 ] 給出了混凝土28 d 抗壓強度和空氣滲透性的關系（圖1） 。圖1表明隨28 d 抗壓強度的增加， 滲透性有下降的趨勢。
 Dhir 等人研究了混凝土空氣滲透性的測量值， 他們認為混凝土的滲透性對早期濕養(yǎng)護的較小變化很敏感，于是給出初步結(jié)論： 單獨的強度數(shù)值不能用來評價混凝土的滲透性； 但強度和滲透性仍然是混凝土質(zhì)量的反映。
文獻[5]從試驗結(jié)果得出結(jié)論：除非用于同類的純水泥混凝土之間相對比較，高性能混凝土（大量使用各種礦物摻合料） 的強度通常不能反映其滲透性。
以上混凝土材料在強度和滲透性方面表現(xiàn)得不一致，可能說明某些因素（如混凝土的原材料不同引起的孔結(jié)構(gòu)不同） 對這兩方面的影響是極不相同的。
2 討論
為便于說明孔隙結(jié)構(gòu)對滲透性和強度的影響， 繪出孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性之間的關系略圖如圖2 。強度和滲透性測量值的差異可以解釋為：首先，孔隙的連通性和滲透路徑的曲折性對滲透性有很大的影響， 然而這些因素對抗壓強度的影響卻幾乎沒有；與此相反，抗壓強度和總孔隙率之間有線性關系， 而滲透性與總孔隙率沒有直接關系。
 以空氣滲透性為例， 孔隙尺寸的影響可用Powers公式分析。通過簡單的計算可知， 滲透性對孔隙尺寸非常敏感。含大孔的混凝土孔隙率很小就能對滲透性的數(shù)值產(chǎn)生很大的影響；而相對較小孔的混凝土孔隙率較大時，對滲透性的影響卻微乎其微。
例如，設一混凝土的孔隙率為10%，其中包括0. 1%左右的半徑為1μm的孔隙， 其余9. 9 %左右的孔隙半徑為10nm。從后者通過的氣流與從前者通過的氣流相比是微乎其微的。令r1 = 1μm， r2 = 10 nm， p1 = 0. 1 %（1μm孔所占的孔隙率） ， p2 = 9. 9 %（10 nm孔所占的孔隙率） ，則滲透總量
K= 0. 001 ×（10 - 6） 2 / 8 +0. 099 ×（10 ×10 - 9） 2 / 8≈1. 25 ×10 - 16 （m2）
顯然， 絕大部分的孔隙沒有對滲透性起作用。
另一方面， 由于試件內(nèi)部抗壓強度存在差異， 在抗壓強度試驗中試件的不同部位一直進行著荷載重分布，堅固部分承擔較多的荷載， 薄弱部分承擔較少的荷載， 其結(jié)果似乎是較強的部位掩蓋了較弱的部位。滲透性實驗中不會發(fā)生這樣的荷載重分布， 試件的每一部分都受到相同的壓強梯度，即滲透性對試件的缺陷更敏感。
3 結(jié)論
混凝土的滲透性與連通的孔隙有關， 抗壓強度是受總孔隙率控制的， 滲透性和抗壓強度有一定的關系， 但二者之間沒有必然的聯(lián)系。
可能存在兩種混凝土， 其抗壓強度相同， 但滲透性不同。相反， 混凝土的抗壓強度不同，可能滲透性相同。也不排除抗壓強度相同的混凝土具有相同滲透性的情況。
評價混凝土耐久性時， 抗壓強度數(shù)值有時能說明一定問題， 但無法取代滲透性的試驗結(jié)果。所謂混凝土抗壓強度越高耐久性越好的論點是不確切的。 |
| 原作者： 趙鐵軍 李淑進 |
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