原材料对混凝土抗渗性的影响

2015-04-06杨俊飞

商品混凝土 2015年11期

关键词：砂率膨胀剂抗渗

杨俊飞

（陕西明泰工程建设有限责任公司，陕西　西安 710065）

原材料对混凝土抗渗性的影响

杨俊飞

（陕西明泰工程建设有限责任公司，陕西西安 710065）

本文主要介绍了胶凝材料、骨料、外加剂、水对普通混凝土抗渗性的影响，以供同行参考。

混凝土；原材料；抗渗性

0　引言

混凝土的耐久性关系到混凝土建筑物的使用寿命及维修等重要问题，国家每年因混凝土耐久性问题支出庞大的费用，因此，提高混凝土的耐久性已迫在眉睫。混凝土耐久性指标包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、混凝土的碳化及碱骨料反应等。抗渗性是混凝土耐久性的第一道防线，吴中伟等人[1]认为提高混凝土的抗渗性是改善混凝土耐久性的关键。作为抗渗性的表征国内外有三种：即透水性、透气性和抗氯离子渗透性。本文仅从原材料对混凝土抗渗性的影响予以分析，以供同行参考。

1　胶凝材料

1.1水泥

硅酸盐水泥硬化较快，早期强度较高，抗冻性好，但水化热量大，不宜用于大体积混凝土和地下有侵蚀环境的混凝土。矿渣硅酸盐水泥水化热低，抗硫酸盐侵蚀能力强，但泌水性较大，干缩性较大，抗渗性较差。火山灰质硅酸盐水泥干缩性大，强度发展慢，早期强度低，耐热性较差。粉煤灰水泥早期强度低，水化热较小，抗冻性差，适用于气温较高的地区。复合水泥凝结硬化慢，早期强度低，抗冻性差，而普通硅酸盐水泥早期强度增长快，水化热较高，泌水性小，干缩性较小，为 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》里抗渗混凝土配合比推荐的水泥品种。

普通混凝土严禁使用过期水泥和不合格水泥，特别是已受潮结块、成团的水泥，由于水泥水化不充分，水化作用不完全会影响混凝土抗渗性。

1.2粉煤灰

岳晨曦、陈风扬等[2]通过对湿粉煤灰抗渗混凝土的试验研究，得出了湿粉煤灰掺量与湿粉煤灰混凝土强度、抗渗性的关系，当粉煤灰掺量小于 25% 时，混凝土强度抗渗等级随掺量的增加而提高，当掺量达到 25% 时混凝土强度抗渗等级达最高，掺量超过 25% 后，混凝土强度抗渗等级有所降低，甚至低于基准混凝土的强度抗渗等级。陈月顺等人[3]的研究也表明同样的规律。

1.3矿渣粉

单掺矿渣粉可以很大程度上提高混凝土的抗渗性。早期矿渣粉只起到填充作用，活性没有发挥出来，随着活性组分与水泥水化产生的氢氧化钙以及高碱性水化硅酸钙发生二次反应，生成低碱性水化硅酸钙，使水泥石中的水化凝胶物质数量增加，改善了界面结构和孔结构，降低了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的抗渗性。

矿渣粉和粉煤灰的双掺可发生“超叠效应”，使得双掺矿物微粉的混凝土界面结构和孔结构得到最佳改善，空隙率最低，致密度最高，抗渗性最好。

1.4其他矿物掺合料

矿物掺合料如硅灰、沸石粉、磨细石灰石粉等的掺入可降低部分水泥用量，改善界面过渡区的结构，降低孔隙率，进而改善混凝土的抗渗性，近年来不少专家学者及一线使用人员对矿物掺合料进行了相应的研究，取得了一定的成果和明显的经济效益。JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》[4]中关于抗渗混凝土规定：每立方米混凝土中胶凝材料总量不宜低于 320 千克。

2　骨料

骨料占混凝土体积的 70%～80%，在普通混凝土中起骨架和填充作用，选择合适的骨料类型及数量，可以显著提高混凝土的抗渗性。

2.1粗骨料

混凝土常用粗骨料有卵石和碎石，卵石表面较光滑，拌制相同和易性和强度的混凝土需水量和胶材用量比碎石混凝土要少，碎石表面粗燥，且多棱角，与胶材的粘结比较好，要想获得一定的抗渗性，需要较高的砂率和胶材用量。

石子粒径及级配也影响混凝土的抗渗性，石子的最大公称粒径不宜大于 40mm，如果石子粒径过大，混凝土的和易性及流动性会受影响，经济性也不佳。具体粒径大小还受结构设计，钢筋间距大小，配筋密集程度影响。连续级配的石子密实性好，所需的水泥浆量少，配制的混凝土和易性、流动性及强度优于单级配混凝土。

此外，粗骨料的含泥量、泥块含量、硫酸盐及碱含量等也影响界面过渡区及界面过渡区的水泥浆质量，进而影响混凝土的抗渗性。一般含泥量不得大于 1.0%，泥块含量不得大于 0.5%。粗骨料中有机质含量也应控制在一定范围内，在混凝土中占有一定的体积，可能会形成孔洞，影响混凝土的抗渗性。

2.2细骨料

细骨料常见的有天然砂和机制砂，天然砂又分为河砂和海砂。机制砂棱角多、表面粗燥，并且含有一定量的石粉，粗糙的表面和一定的石粉含量在混凝土中能形成较强的界面过渡区，阻碍氯离子在通道中的传输，提高了混凝土的抗渗性。

砂率对普通混凝土抗渗性有很大影响，若要普通混凝土抗渗性好宜采用较高的砂率，砂率宜为 35%～45% 。砂率太小，砂浆在混凝土中仅能起到粘结填充作用，不足以使粗骨料颗粒保持一定的距离，不能切断混凝土内部的部分毛细管道，也不能使混凝土达到一定的密实度，从而降低了混凝土的抗渗性。砂率太大，砂浆所需的胶凝材料用量大，用水量大，混凝土各组分容易离析，硬化后的混凝土匀质性变差，结构上易产生分层和裂缝，同样能降低混凝土的抗渗性。在原材料及水灰比固定的条件下，能使拌合物的坍落度达到规定值时，用水量最小的含砂率（此时拌合物具有良好的粘聚性和保水性）为最佳含砂率。

细骨料宜采用中砂，含泥量不得大于 3.0%，泥块含量不得大于 1.0%。

3　外加剂

为了改善和调节混凝土或砂浆的功能，在拌制时加入的有机、无机或复合的化合物，即外加剂。和混凝土抗渗性相关的主要有减水剂、引气剂、膨胀剂等。

3.1减水剂

减水剂能使混凝土中用水量减少，减少水泥絮凝，使水泥絮凝体内的游离水释放出来，减少了多余的水在干燥后蒸发带来的空隙，减少收缩，降低水化热，提高混凝土的抗渗性。

3.2引气剂

引气剂的加入使混凝土内部引入不联通的微小气泡，截断了毛细管通道，减少了毛细管抽吸效应，改变了孔隙结构，从而提高了混凝土的抗渗性。应严格控制引气剂的掺量，当引气量超过 6% 时，会引起混凝土抗渗性的急剧下降。

3.3膨胀剂

选择膨胀剂应依据限值膨胀率设计值、工程结构特点和使用环境综合判定。普通膨胀剂根据膨胀源的不同，主要有两类，以钙矾石为主要或辅助膨胀源的和以氧化钙为膨胀源的，其中，以钙矾石为膨胀源的膨胀剂不得长期处于环境温度高于 80℃ 的混凝土工程中，钙矾石在 70℃ 左右条件下会分解，生成单硫型水化硫铝酸钙，当温度降低时，钙矾石再次形成，产生延迟膨胀，会对结构可能产生破坏。钙矾石的生成是一个溶解析晶反应，对水的需求量极大，无外部水养护的条件下硫铝酸钙类膨胀剂配制的混凝土几乎无膨胀。以氧化钙为膨胀源的膨胀剂主要依靠拌合水生成膨胀相的氢氧化钙，还可以继续参与水化生成更多的水化硅酸钙凝胶，提高混凝土的密实度，增强混凝土的抗渗性。在无外部水养护及冬季施工条件下宜使用氧化钙类膨胀剂。

3.4其他外加剂

其他外加剂如防水剂、密实剂、阻锈剂等也有相关学者做过研究，对普通混凝土的抗渗性提高也有一定促进作用。