混凝土的强度与渗透性
水泥 2006-08-09
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混凝土的强度是指混凝土在外力（荷载） 作用下抵抗破坏的能力。混凝土的渗透性是指某气体、液体或离子通过混凝土的难易程度。混凝土的耐久性与渗透性直接相关， 例如混凝土发生硫酸盐腐蚀破坏的必要条件为有水及腐蚀性离子进入混凝土体； 发生碱骨料反应破坏需有水分； 钢筋锈蚀需有氯离子去钝以及水分和氧气； 碳化反应需有CO2 等。
一般认为， 混凝土的强度越高， 其渗透性越低，耐久性越好。这种假定的理论基础是， 混凝土的强度较高时， 其水胶比自然较低， 因此渗透性自然较低，耐久性较好。
本文通过试验数据说明二者之间的关系，并解释其中原因。
1 强度与渗透性的关系
文献[ 3 ] 给出了混凝土28 d 抗压强度和空气渗透性的关系（图1） 。图1表明随28 d 抗压强度的增加， 渗透性有下降的趋势。
 Dhir 等人研究了混凝土空气渗透性的测量值， 他们认为混凝土的渗透性对早期湿养护的较小变化很敏感，于是给出初步结论： 单独的强度数值不能用来评价混凝土的渗透性； 但强度和渗透性仍然是混凝土质量的反映。
文献[5]从试验结果得出结论：除非用于同类的纯水泥混凝土之间相对比较，高性能混凝土（大量使用各种矿物掺合料） 的强度通常不能反映其渗透性。
以上混凝土材料在强度和渗透性方面表现得不一致，可能说明某些因素（如混凝土的原材料不同引起的孔结构不同） 对这两方面的影响是极不相同的。
2 讨论
为便于说明孔隙结构对渗透性和强度的影响， 绘出孔隙结构和渗透性之间的关系略图如图2 。强度和渗透性测量值的差异可以解释为：首先，孔隙的连通性和渗透路径的曲折性对渗透性有很大的影响， 然而这些因素对抗压强度的影响却几乎没有；与此相反，抗压强度和总孔隙率之间有线性关系， 而渗透性与总孔隙率没有直接关系。
 以空气渗透性为例， 孔隙尺寸的影响可用Powers公式分析。通过简单的计算可知， 渗透性对孔隙尺寸非常敏感。含大孔的混凝土孔隙率很小就能对渗透性的数值产生很大的影响；而相对较小孔的混凝土孔隙率较大时，对渗透性的影响却微乎其微。
例如，设一混凝土的孔隙率为10%，其中包括0. 1%左右的半径为1μm的孔隙， 其余9. 9 %左右的孔隙半径为10nm。从后者通过的气流与从前者通过的气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） ，则渗透总量
K= 0. 001 ×（10 - 6） 2 / 8 +0. 099 ×（10 ×10 - 9） 2 / 8≈1. 25 ×10 - 16 （m2）
显然， 绝大部分的孔隙没有对渗透性起作用。
另一方面， 由于试件内部抗压强度存在差异， 在抗压强度试验中试件的不同部位一直进行着荷载重分布，坚固部分承担较多的荷载， 薄弱部分承担较少的荷载， 其结果似乎是较强的部位掩盖了较弱的部位。渗透性实验中不会发生这样的荷载重分布， 试件的每一部分都受到相同的压强梯度，即渗透性对试件的缺陷更敏感。
3 结论
混凝土的渗透性与连通的孔隙有关， 抗压强度是受总孔隙率控制的， 渗透性和抗压强度有一定的关系， 但二者之间没有必然的联系。
可能存在两种混凝土， 其抗压强度相同， 但渗透性不同。相反， 混凝土的抗压强度不同，可能渗透性相同。也不排除抗压强度相同的混凝土具有相同渗透性的情况。
评价混凝土耐久性时， 抗压强度数值有时能说明一定问题， 但无法取代渗透性的试验结果。所谓混凝土抗压强度越高耐久性越好的论点是不确切的。 |
| 原作者： 赵铁军 李淑进 |
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