董丽秋

(阜蒙县水利事务服务中心，辽宁 阜蒙 123100)

混凝土渗透性是耐久性评价的一项重要参数，其多孔特性决定了混凝土多孔体系的渗透性能。而混凝土宏观的行为机制则取决于材料的微观结构，所以混凝土基体界面区-骨料的矿物组成、孔径分布、孔隙率等微观结构与其渗透性能具有一定关系[1]。一般地，随孔隙率的减少混凝土的渗透性能而减小，Das等研究认为孔径的连通状态和分布特征是决定混凝土渗透性能的关键因素，孔隙率与渗透性能密切相关。根据孔径大小可以将混凝土内部的孔隙划分成直径d>1 000nm的大孔、100nm

1 试验方法

1.1 配合比设计

本试验使用到的的材料主要包括：细骨料为级配合理表面密度为2650km/m3、细度模数为2.4的中细河砂；粗骨料为表面密度2750km/m3、最大粒径40mm的砾石；以大连地区的自来水作为养护用水以及试验所用拌和水；水泥为P·O42.5复合硅酸盐水泥。

为保证试验数据的可比性统一用水量为190km/m3，各试件砂率均为34%以消除砂率的影响，试验配合比设计，见表1。

表1 试验配合比设计

按照设计配合比每组制备2个混凝土试件，试件规格为150mm×150mm×550mm。同时，每种配合比制备3个尺寸150mm×150mm×150mm的混凝土强度测试标准试件，在相对湿度95%、温度20±5℃的环境中标准养护28d测试强度，严格执行相关规范制备和测试混凝土。

1.2 水渗透性测试

采用SCQ-U自动切石机将按表1制备标准养护28d后的混凝土试件切割制备成水渗透测试样本，对规格相同的两个试件分别切出3片，即水渗透测试每个规格的混凝土试件共6片，从而降低测试结果受材料随机性的影响。水渗透性试件切割图，见图1。

图1 水渗透性试件切割图

文章参照文献[3]完成混凝土水渗透试验，试件的水渗透系数Kw利用达西定律计算，计算公式为：

(1)

式中：μw为水的运动黏性系数，10-6kPa·s；h、A为试件厚度，m及其过水截面面积，m2；p为混凝土的平均过水流量，m3/s及其上下表面的水压差，MPa。

1.3 微观孔结构测试

采用AUTO PORE 9500型压汞仪测定混凝土的微观孔结构与孔隙率，测试前用YE101-2A型鼓风干燥箱设定恒温105±5℃将试样干燥2h，从而减少内部水分对测试结果的影响，然后立即开展压汞试验。

2 结果分析

根据前文所述流程和方法，测定混凝土的孔径分布、孔隙率、水渗透系数及抗压强度，试验测试结果，见表2。

表2 试验测试结果

2.1 混凝土水胶比、孔隙率与水渗透系数的关系

随水胶比变化混凝土的孔隙率和水渗透系数变化趋势，混凝土水胶比与水系率、渗透系数间的关系，见图2。从图2可以看出，随水胶比的增大混凝土的孔隙率和水渗透系数均表现出增大趋势，水胶比自0.35增加至0.55时水渗透系数快速增加，而孔隙率的增大幅度较为缓慢。这是由于发生水化反应后，混凝土的主要构成包括界面、水泥石和骨料三部分，骨料相对于界面和水泥石而言是不可渗透的，所以界面和水泥石为决定混凝土渗透性的关键。有研究认为，界面孔径的平方与水泥石水渗透系数呈正比，随水胶比的增大水泥石的临界孔径快速增加，这可能就是混凝土水渗透系数随水胶比0.45增大至0.55而快速增大的根本原因。

(a)W/B与Kw的关系 (b)W/B与P的关系

2.2 混凝土渗透性与孔径分布的关系

一般地，随总孔隙率的增加混凝土渗透性而增强，但总孔隙率高的混凝土渗透性不一定高，这是由于混凝土具有相同的孔隙率时其孔径分布不尽不同，而渗透性受孔径分布的影响更大。贡献孔隙率是指对应空间区间占比与孔隙率的乘积，代表材料总体积中该孔径区间的孔隙体积所占百分比，各孔径区间的混凝土试验贡献孔隙率，各孔径区间的贡献孔隙率，见表3。

从表3可以看出，10nm以下的贡献孔隙率和孔径受水胶比的影响变化不大。总体上，随水胶比的增大100-1000nm、10-100的贡献孔隙率以及孔径分布不断增大，即大孔范围内的孔径分布受不同水胶比的影响较大，该研究结论与Powers等提出的水的吸附力特征保持一致[4]。水泥水化产物凝胶体为混凝土内孔隙的主要来源，胶凝材料水泥用水量随水胶比的增大而减小，由此使得凝胶材料包裹骨料表面的厚度减少，结构内容更易形成孔隙[5-8]。

经拟合计算，确定MIP测得的不同孔径贡献率与混凝土水渗透系数的相关系数及关系，不同孔径贡献率与水渗透系数的关系，见表4。从表4可以看出，随10-100nm、100-1000nm孔径贡献率的增大混凝土水渗透系数不断增加，两者表现出较好的正相关性。其中，100-1000nm孔径贡献率与水渗透系数具有更高的相关度，这是由于重力势能明显小于毛细孔的微观势能，所以能够显著影响渗透性。所以，混凝土渗透性评价以100-1000nm孔径贡献率为主。

表4 不同孔径贡献率与水渗透系数的关系

3 结 论

文章利用MIP法及稳定渗流法分析了混凝土的孔径分布、孔隙率、水渗透系数等微观结构参数，并结合测试数据探讨了混凝土水胶比对其微观结构参数及水渗透性的影响，揭示了微观结构参数与水渗透性之间的关系，主要结论如下：

在水胶比较高时混凝土的水渗透性呈快速增长趋势，总孔隙率与水渗透性具有较好相关性，孔径分布对渗透性的影响占主导作用。混凝土的水渗透性与100-1000nm的孔径空闲率存在较高相关度，混凝土渗透性评价以100-1000nm孔径贡献率为主。