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混凝土抗水渗透性能本讲稿第一页，共二十五页本章主要内容n3.1 混凝土的孔结构混凝土的孔结构n3.2 混凝土抗水渗透的试验方法混凝土抗水渗透的试验方法n3.3 混凝土的抗渗性评价混凝土的抗渗性评价n3.4主要影响因素及改善措施主要影响因素及改善措施2022/9/202本讲稿第二页，共二十五页3.1 混凝土的孔结构混凝土的孔结构n砼耐久性砼耐久性 传质能力：传质能力：水水 冻害冻害有害离子有害离子 氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀气体气体 碳化碳化 砼腐蚀大多是由于砼腐蚀大多是由于砼腐蚀大多是由于砼腐蚀大多是由于水及有害离子水及有害离子水及有害离子水及有害离子侵入的条件下而发生侵入的条件下而发生侵入的条件下而发生侵入的条件下而发生的，砼的，砼的，砼的，砼抗渗性能抗渗性能抗渗性能抗渗性能是评价砼耐久性最重要的指标。是评价砼耐久性最重要的指标。2022/9/203本讲稿第三页，共二十五页3.1 混凝土的孔结构混凝土的孔结构粗骨料粗骨料细骨料细骨料水泥水化产物水泥水化产物未水化的水泥颗粒未水化的水泥颗粒孔隙及裂纹孔隙及裂纹复合材料复合材料强度强度孔隙孔隙影响影响吸水性吸水性渗透性渗透性抗冻性抗冻性2022/9/204本讲稿第四页，共二十五页3.1 混凝土的孔结构混凝土的孔结构n吴中伟院士根据孔径的大小对砼孔级划分吴中伟院士根据孔径的大小对砼孔级划分n近藤连一等人根据孔径大小把砼中的孔分为：近藤连一等人根据孔径大小把砼中的孔分为：孔径（埃）孔径（埃）20020002000分类分类无害孔无害孔少害孔少害孔有害孔有害孔多害孔多害孔孔径（埃）孔径（埃）1220002000分类分类凝胶微晶内孔凝胶微晶内孔凝胶微晶间孔凝胶微晶间孔过渡孔过渡孔毛细孔或大孔毛细孔或大孔毫米：微米：纳米：埃米：2022/9/205本讲稿第五页，共二十五页3.1 混凝土的孔结构混凝土的孔结构nRakesh Kumar对砼孔系统的划分对砼孔系统的划分除此之外，还有骨料除此之外，还有骨料-砂浆界面间的一些微观细裂缝砂浆界面间的一些微观细裂缝孔径（埃）孔径（埃）1.510nm1.510nm微观孔微观孔55000nm55000nm的细观孔的细观孔空气空气分类分类凝胶孔凝胶孔毛细孔毛细孔大孔大孔2022/9/206本讲稿第六页，共二十五页渗透机理渗透机理n渗透机理渗透机理n当水与混凝土接触时，由于压力差和毛细孔的表面张当水与混凝土接触时，由于压力差和毛细孔的表面张力会使水向砼内部迁移，于是发生了渗透现象。力会使水向砼内部迁移，于是发生了渗透现象。n混凝土的渗透性能主要取决于砼的混凝土的渗透性能主要取决于砼的孔隙率、孔结构孔隙率、孔结构及及骨料骨料的性能的性能。n虽然含有大小不同的孔隙和裂缝，但并非这些孔隙和裂缝均虽然含有大小不同的孔隙和裂缝，但并非这些孔隙和裂缝均是渗水通道，抗渗性除了孔隙率之外还要看孔结构。是渗水通道，抗渗性除了孔隙率之外还要看孔结构。2022/9/207本讲稿第七页，共二十五页3.2混凝土抗水渗透的试验方法混凝土抗水渗透的试验方法n1.国内相关标准的试验方法国内相关标准的试验方法n普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准（普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准（GB/T 50082-2009）n公路工程水泥混凝土试验规程（公路工程水泥混凝土试验规程（JTJ 053-94）其中）其中:T0528-94混凝土抗渗试验；混凝土抗渗试验；T0529-94混凝土渗水高度试验混凝土渗水高度试验n水运工程混凝土试验规程（水运工程混凝土试验规程（JTJ270-98）其中）其中7.4混凝混凝土抗渗性试验；土抗渗性试验；7.5混凝土渗水高度试验；混凝土渗水高度试验；7.6混凝土吸水率混凝土吸水率试验试验n水工混凝土工程（水工混凝土工程（DL/T5150-2001）其中：）其中：4.21混混凝土抗渗性试验；凝土抗渗性试验；4.22混凝土相对抗渗性试验混凝土相对抗渗性试验2022/9/208本讲稿第八页，共二十五页3.2混凝土抗水渗透的试验方法混凝土抗水渗透的试验方法n抗水渗透试验方法主要有：抗水渗透试验方法主要有：逐级加压法（抗渗等级法）逐级加压法（抗渗等级法）逐级加压法（抗渗等级法）逐级加压法（抗渗等级法）渗水高度法渗水高度法渗水高度法渗水高度法相对渗透系数法相对渗透系数法相对渗透系数法相对渗透系数法2022/9/209本讲稿第九页，共二十五页3.2混凝土抗水渗透的试验方法混凝土抗水渗透的试验方法n n逐级加压法（抗渗等级法）逐级加压法（抗渗等级法）计算公式：计算公式：P=10H-1P砼抗渗等级砼抗渗等级H6个试件中有个试件中有3个试件渗水个试件渗水是的水压力是的水压力（1）逐级加压法）逐级加压法 采用上口直径为采用上口直径为175mm、下口直径为下口直径为185mm、高、高150mm圆圆台试件，一组台试件，一组6个，从试件底部施个，从试件底部施加加0.1MPa水压开始试验，每隔水压开始试验，每隔8h增增加水压加水压0.1MPa，并随时观察渗水情，并随时观察渗水情况，当况，当6个试件个试件3个试件表面出现渗个试件表面出现渗水，或加至规定压力时水，或加至规定压力时4个未发现有个未发现有渗水现象时的最大水压计算砼的抗渗渗水现象时的最大水压计算砼的抗渗等级。等级。2022/9/2010本讲稿第十页，共二十五页3.2混凝土抗水渗透的试验方法混凝土抗水渗透的试验方法n n渗水高度法渗水高度法渗水高度法渗水高度法 实验前将试件用石蜡或水泥加黄油密封。水压实验前将试件用石蜡或水泥加黄油密封。水压24小时内恒定小时内恒定控制在控制在1.2MPa，且加压过程不应大于，且加压过程不应大于5min。在恒定水压力下测。在恒定水压力下测试一定时间内水渗透进入砼试件的高度。试验结果以试一定时间内水渗透进入砼试件的高度。试验结果以10个测点个测点渗水高度的平均值作为该试件渗水高度的测定值，然后计算一组渗水高度的平均值作为该试件渗水高度的测定值，然后计算一组6个个试件渗水高度的算术平均值作为该组试件渗水高度的测定值，以此来评试件渗水高度的算术平均值作为该组试件渗水高度的测定值，以此来评价砼的抗水渗透性。价砼的抗水渗透性。2022/9/2011本讲稿第十一页，共二十五页3.2混凝土抗水渗透的试验方法混凝土抗水渗透的试验方法n n相对渗透系数相对渗透系数相对渗透系数相对渗透系数计算公式：计算公式：相对渗透系数（相对渗透系数（cm/h）平均渗水高度（平均渗水高度（cm）水压力，以水柱高度表示水压力，以水柱高度表示（cm）恒压试件，恒压试件，h 砼的吸水率，一般为砼的吸水率，一般为0.03 相对渗透系数法反应砼吸收的相对渗透系数法反应砼吸收的水和渗透的水，通过渗水量及时间水和渗透的水，通过渗水量及时间计算渗透系数，以一组计算渗透系数，以一组6个试件的渗个试件的渗透系数的算术平均值作为渗透系数的透系数的算术平均值作为渗透系数的试验结果，以各等分点渗水高度的平试验结果，以各等分点渗水高度的平均值作为该试件的渗水高度。均值作为该试件的渗水高度。2022/9/2012本讲稿第十二页，共二十五页3.2混凝土抗水渗透的试验方法混凝土抗水渗透的试验方法n2.国外相关标准的试验方法国外相关标准的试验方法n n欧洲标准欧洲标准欧洲标准欧洲标准 EN 12390-8:2000(EN 12390-8:2000(EN 12390-8:2000(EN 12390-8:2000(硬化混凝土检验方法第硬化混凝土检验方法第硬化混凝土检验方法第硬化混凝土检验方法第8 8 8 8部分部分部分部分水压渗透深度水压渗透深度水压渗透深度水压渗透深度)基本方法：在混凝土表面给定水压力基本方法：在混凝土表面给定水压力(500+-50)kPa，经过连续加压（，经过连续加压（72+-2）h后劈开试件测量渗透深度。后劈开试件测量渗透深度。n n前苏联标准前苏联标准前苏联标准前苏联标准我国的逐级加压法源于此标准，但加压机制有所不同。我国逐我国的逐级加压法源于此标准，但加压机制有所不同。我国逐级加压法从级加压法从0.1MPa开始，以后每开始，以后每8h增加增加0.1MPa；前苏联标；前苏联标准规定准规定15min内水压上升内水压上升0.2MPa。2022/9/2013本讲稿第十三页，共二十五页砼抗水渗透试验方法的验证n通过对砼及掺加矿物掺合料的砼的抗渗性进行研究，结果通过对砼及掺加矿物掺合料的砼的抗渗性进行研究，结果表明：表明：n1.随着砼随着砼强度等级的提高强度等级的提高，砼渗水高度呈降低趋势，砼的，砼渗水高度呈降低趋势，砼的抗抗渗等级逐渐增加渗等级逐渐增加，反映了砼抗水渗透性随着砼的强度增加而，反映了砼抗水渗透性随着砼的强度增加而提高；提高；n2.对于掺加矿物掺合料的砼，对于掺加矿物掺合料的砼，存在最佳掺量存在最佳掺量。在某一掺量之前，。在某一掺量之前，随着矿物掺合料的增加，抗水渗透性而提高，说明矿物掺合料随着矿物掺合料的增加，抗水渗透性而提高，说明矿物掺合料最充分发挥了二次水化作用和微集料作用；但超过最佳掺量后，最充分发挥了二次水化作用和微集料作用；但超过最佳掺量后，抗渗性能趋于下降。抗渗性能趋于下降。2022/9/2014本讲稿第十四页，共二十五页2022/9/2015各标准关于抗渗等级划分的规定各标准关于抗渗等级划分的规定n混凝土质量控制标准混凝土质量控制标准 GB 50164-92将砼抗渗将砼抗渗等级划分为等级划分为S4、S6、S8、S10、S12五个等级。五个等级。n水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范DL/T 5057-96将砼将砼抗渗等级分为抗渗等级分为W2，W4、W6、W8、W10、W12六个等级。六个等级。n给水排水工程构筑物结构设计规范给水排水工程构筑物结构设计规范 GB 50069-2002根据最大作用水头与混凝土壁、板根据最大作用水头与混凝土壁、板厚度之比值厚度之比值iw 来设计抗渗等级：来设计抗渗等级：iw30时，抗渗等级为时，抗渗等级为S8；介于两者；介于两者之间的抗渗等级为之间的抗渗等级为S6。P，W，S本讲稿第十五页，共二十五页2022/9/2016各标准关于抗渗等级划分的规定各标准关于抗渗等级划分的规定n水运工程混凝土施工规范水运工程混凝土施工规范 JTJ26896n水运工程混凝土质量控制标准水运工程混凝土质量控制标准JTJ26996n公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004 按照最大作用水头与混凝土壁厚之比，对按照最大作用水头与混凝土壁厚之比，对砼抗（水）渗等级作出了相应的规定。砼抗（水）渗等级作出了相应的规定。本讲稿第十六页，共二十五页2022/9/2017普通混凝土配合比设计规程普通混凝土配合比设计规程JGJ 552000，将将抗渗砼抗渗砼定义为抗渗等级等于或大于定义为抗渗等级等于或大于P6级的砼。级的砼。n对于有抗渗要求的结构，应根据所承受的对于有抗渗要求的结构，应根据所承受的水头水头、水力梯度水力梯度、水质条件水质条件和和渗透水的危害程度渗透水的危害程度等因素等因素进行确定抗渗等级，具体要求参见进行确定抗渗等级，具体要求参见相关标准相关标准。最大作用水头最大作用水头/砼壁厚砼壁厚20抗渗等级抗渗等级W4W6W8W10W12本讲稿第十七页，共二十五页n混凝土耐久性检验评定标准将混凝土耐久性检验评定标准将逐级加压逐级加压法测得的抗渗等级法测得的抗渗等级为砼渗透性能检验评定指为砼渗透性能检验评定指标。标。n没有采用渗水高度和渗透系数的原因如下：没有采用渗水高度和渗透系数的原因如下：渗水高度法是将砼在渗水高度法是将砼在1.2MPa的水压下恒压的水压下恒压24h后，测定砼的渗水高度，这无法测得抗后，测定砼的渗水高度，这无法测得抗水渗透性能较差的砼，因此，渗水高度法和水渗透性能较差的砼，因此，渗水高度法和相对渗透系数法不能较好的评价砼的抗渗等相对渗透系数法不能较好的评价砼的抗渗等级。级。砼抗水渗透性能评价指标2022/9/2018本讲稿第十八页，共二十五页目前我国建筑工程以中低强度砼（目前我国建筑工程以中低强度砼（C50）用量）用量最广，抗水渗透性能优劣差异大，若采用渗水高最广，抗水渗透性能优劣差异大，若采用渗水高度法所得结果离散性相对较大，在确定不同抗渗度法所得结果离散性相对较大，在确定不同抗渗等级时存在一定困难。等级时存在一定困难。采用抗渗等级作为砼抗水渗透性能的检验评定指采用抗渗等级作为砼抗水渗透性能的检验评定指标，将抗渗等级分为六个等级，能够覆盖目前所标，将抗渗等级分为六个等级，能够覆盖目前所使用的大部分砼种类，用于多数砼抗渗性检验评使用的大部分砼种类，用于多数砼抗渗性检验评定。定。砼抗水渗透性能评价指标2022/9/2019本讲稿第十九页，共二十五页3.4主要影响因素及改善措施主要影响因素及改善措施n n水胶比水胶比n n掺加引气剂掺加引气剂n n骨料的性能骨料的性能n n矿物掺合料矿物掺合料n n养护条件养护条件影响孔结构影响孔结构2022/9/2020本讲稿第二十页，共二十五页3.4主要影响因素及改善措施主要影响因素及改善措施n n水胶比水胶比 对砼渗透性影响最大的是水泥石的渗透性，骨料本身的对砼渗透性影响最大的是水泥石的渗透性，骨料本身的渗透性对砼渗透性影响相对较弱。而水胶比直接影响着水泥渗透性对砼渗透性影响相对较弱。而水胶比直接影响着水泥石的渗透性。石的渗透性。水胶比水胶比较大较大 水泥石的水泥石的孔隙率孔隙率较高较高 水在水水在水泥石中形成的相互连通的泥石中形成的相互连通的毛细孔毛细孔体系较多体系较多 砼的砼的抗渗性就越差。抗渗性就越差。实际工程中，可以通过适当降低水胶比来获得理想的实际工程中，可以通过适当降低水胶比来获得理想的砼抗渗性能。砼抗渗性能。2022/9/2021本讲稿第二十一页，共二十五页3.4主要影响因素及改善措施主要影响因素及改善措施n n掺加引气剂掺加引气剂 在砼中掺入适量的引气剂，能在内部产生大量的、在砼中掺入适量的引气剂，能在内部产生大量的、均匀的封闭微小气泡，气泡的相隔作用可以改变毛细均匀的封闭微小气泡，气泡的相隔作用可以改变毛细孔的数量和特性，阻断毛细孔的渗水通路和堵塞孔隙，孔的数量和特性，阻断毛细孔的渗水通路和堵塞孔隙，改善砼孔结构，从而提高砼的渗透性能。改善砼孔结构，从而提高砼的渗透性能。2022/9/2022本讲稿第二十二页，共二十五页3.4主要影响因素及改善措施主要影响因素及改善措施n n骨料的性能骨料的性能 骨料质地均匀，级配良好能保证砼的抗渗性。良好骨料质地均匀，级配良好能保证砼的抗渗性。良好骨料质地均匀，级配良好能保证砼的抗渗性。良好骨料质地均匀，级配良好能保证砼的抗渗性。良好的级配能使骨料的孔隙率和总表面积较小，提高砼的密的级配能使骨料的孔隙率和总表面积较小，提高砼的密的级配能使骨料的孔隙率和总表面积较小，提高砼的密的级配能使骨料的孔隙率和总表面积较小，提高砼的密实度；掺入适当级配的骨料可以切断毛细孔的连续性，实度；掺入适当级配的骨料可以切断毛细孔的连续性，实度；掺入适当级配的骨料可以切断毛细孔的连续性，实度；掺入适当级配的骨料可以切断毛细孔的连续性，改善了砼的孔结构。改善了砼的孔结构。改善了砼的孔结构。改善了砼的孔结构。2022/9/2023本讲稿第二十三页，共二十五页3.4主要影响因素及改善措施主要影响因素及改善措施n n矿物掺合料矿物掺合料n掺加粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰可以改善砼的抗渗性。由掺加粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰可以改善砼的抗渗性。由于掺合料颗粒粒径较小，填充了砼的孔隙，大大增加了砼于掺合料颗粒粒径较小，填充了砼的孔隙，大大增加了砼的密实度。此外，由于掺合料的火山灰性，在砼硬化后还的密实度。此外，由于掺合料的火山灰性，在砼硬化后还会与砼中的会与砼中的 发生反应生成胶凝性的组份，后期还会发生反应生成胶凝性的组份，后期还会使砼的密实度进一步增加，从而进一步改善砼的抗渗性。使砼的密实度进一步增加，从而进一步改善砼的抗渗性。2022/9/2024本讲稿第二十四页，共二十五页3.4主要影响因素及改善措施主要影响因素及改善措施n n养护条件养护条件 较好的养护条件能够保证水泥充分水化，从而使砼较好的养护条件能够保证水泥充分水化，从而使砼内部孔结构得到改善：大毛细孔减少，孔隙率下降，抗内部孔结构得到改善：大毛细孔减少，孔隙率下降，抗渗性明显提高。而且随着养护期龄的增加，砼的总孔隙渗性明显提高。而且随着养护期龄的增加，砼的总孔隙率和毛细孔还会逐渐减小，砼的抗渗性能也随之提高。率和毛细孔还会逐渐减小，砼的抗渗性能也随之提高。2022/9/2025本讲稿第二十五页，共二十五页