混凝土的空隙

1、僅供個人參考混凝土的孔隙引言混凝土是由粗細骨料、水泥、水組成的一種復(fù)合材料，就其本身而言又是一種微孔材料，是工程界應(yīng)用最為廣泛的一種耐用材料。混凝土常帶著裂縫工作，工程上采用限制裂縫的辦法加以解決，這樣講并不是說混凝土可以任意出現(xiàn)裂 縫，對裂縫孔隙應(yīng)予充分的注意。在大多數(shù)情況下裂縫、孔隙并不影響使 用，但對外觀和耐久性極具影響。1混凝土的孔隙For pers onal use only in study and research; not for commercial use混凝土的內(nèi)部孔隙是水泥硬結(jié)過程中形成的，應(yīng)是混凝土的一種屬性?；炷?土的孔隙是決定其屬性的決定性因素，水泥水化硬結(jié)沒有孔

2、隙是無法進行的?；?凝土硬結(jié)后的強度、變形、收縮、徐變、滲透、抗凍、遷移及各項侵蝕無不與孔 隙密切相關(guān)，可以說混凝土的內(nèi)部孔隙決定了混凝土的材性。1.1外部裂縫規(guī)范允許混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫，滿足規(guī)范要求不影響使用。施工過程造成 的孔隙與裂縫，振搗不實，養(yǎng)護不好，泌水離析形成的孔隙，選用砂石一類多 孔骨料、支模變形，沉陷裂縫，失水收縮裂縫，溫度變化裂縫，自干燥與碳化裂 縫，配合比不合理與現(xiàn)場 W/C控制不當增加孔隙，以及保護不當造成的凍裂等。 1.2內(nèi)部孔隙這是應(yīng)當重點論述的，所謂混凝土性能決定于孔隙主要指存在于水泥漿體的內(nèi) 部孔隙?？紫兜挠嬎悴捎肨 C Poweros簡易公式?；炷潦怯珊侠砑?/p>

3、配的粗細骨料與加入水泥漿膠結(jié)而成。 水泥漿料應(yīng)充滿砂石骨料的全部間隙并完好將其包 裹。新攪拌的混凝土沒有孔隙 , 它們完全被拌合水所充滿。 當水被水泥水化所利 用和其他原因所蒸發(fā) , 在內(nèi)部水泥水化物中就留下孔隙 , 即孔隙是存在于水泥 水化粒子之間的水分蒸發(fā)后殘留的空間。 這一部分屬于毛細孔 , 呈分布聯(lián)通的網(wǎng) 狀, 能發(fā)生毛細作用 , 孔徑在162.5 nm 之間變化 ; 另一部分為水泥礦物在與 水發(fā)生化學(xué)物理作用,要生成50%左右C-S-H,通稱凝膠體。大量的微毛細孔,電 鏡無法分辨 , 孔徑約在 2.50.5 nm, 甚至于小于 0.5 nm, C-S-H 體積中 1/4 為孔 隙。而

4、 C-S-H 又是決定混凝土 （ 水泥石 ） 性質(zhì)的決定因素 , 這個孔隙率為 T C- Powers公式計算所得。這是一個規(guī)律,對各種水泥的C-S-H都是不變的 固定數(shù)值。第三種孔隙是由“壁壘”效力應(yīng)在局部引起的孔隙增大。水泥水化漿 體在遇到骨料、鋼筋等 , 接觸面處形成所謂界面過渡區(qū) , 接觸面處水灰比增高 , 可引起局部泌水 , 此處的毛細孔是連通的 , 滲透性很高。由 Powers 公式有 : 水 泥凝膠 C-S-H 孔隙率 PC=0.26;毛細孔隙率 PC=（ W/C- 0.36 a ） /（ W/C+0.32）。Powers 也用膠空比反映毛細孔隙率 PC= 凝膠體積（ 含凝膠孔）

5、 /（ 凝膠體積+ 毛細體積） =0.68 a/0.68 a +（ W/C- 0.36 a ） =0.68 a/（ 0.32 a+W/C） , 此式 用于膠結(jié)材料 , 即除水泥之外另加活性礦物成分 , 如硅粉、粉煤灰 ?式中: W/C水灰比（水膠比）；a 水化程度系數(shù) , 完全水化 a =1.0。由上列二式可知，當a定時決定孔隙、膠空比的唯一因素為 W/C 現(xiàn)在討論最小水灰比 （ W/C） min 的概念 :保證水泥漿體中水泥完全水化所需要的水,即為（W/C） min。由PC=毛細孔體積 /水泥漿初始體積=（W/C- 0.36 a ） /（ W/C+0.32） 可知,當PC=0, a =1時可

6、得 出（W/C） min。分母部分不會等于零,只有分子等于零。當完全水化時a =1,可 得到W/C=0.36此即完全水化所需的水灰比。但此時一點孔隙沒有（PC=0）而形成水泥水化產(chǎn)物必須形成一個飽和的凝膠孔。 實際上, 水泥水化后漿體由水化產(chǎn) 物（ 凝膠體） + 凝膠孔+ 毛細孔三部分組成。 達到完全水化時 , 凝膠體（ 水化產(chǎn) 物）所需水為0.24。凝膠孔為凝膠體固有部分,不隨W/C大小而變化,凝膠孔中固定了 0.18 的水, 所以水泥達到完全水化時所需水量為 0.24+0.18=0.42, 用水 灰比表示 ( W/C) min=0.42, 可以理解 0.18 水是用于形成凝膠孔為水化反應(yīng)提

7、供 必須空間 , 也即水化是在凝膠孔中進行的。實際使用 W/C>0.42,( 考慮模板等吸 水),多余水蒸發(fā)后就成為膠體中的毛細孔。一個主要特點凝膠孔率0.26(1/4)為固定不變,所以毛細孔只受W/C的影響,亦即W/C愈大，失水后在凝膠 體( 水化產(chǎn)物 ) 中殘留的毛細孔率愈高。這是影響混凝土基本性質(zhì)的主要因素。當W/C<0.42以后，水泥不能完全水化，膠體中存在一部分未被水化的水泥顆料， 而一部分殘留毛細孔中無水,成為空孔。當內(nèi)部HR達到75%80時,引起體積自 收縮, 產(chǎn)生內(nèi)部微裂縫 , 成為孔隙的一部分。2 影響孔隙的主要因素2.1水灰比W/ C如果不計骨料中無孔隙 , 則

8、孔隙來源于水泥水化產(chǎn)物凝膠體 , 而毛細孔 則存在于凝膠體,則毛細孔率主要取決于 W/C由Powers理論可知,當水泥完全 水化時，a =1.0,( W/C) min=0.42,考慮到模板、周圍接觸物的吸水，實用應(yīng)取 W/C>0.42。此時PC=8.1%,若W/C=0.6時，毛細孔率PC=26% W/C越大毛細孔率 也因之增大，但W/C不影響凝膠孔率(0.26)。2.2 水泥漿體水化程度隨水化程度增加 , 孔隙率逐漸減少。由 Powers 公式可知 , 當水程度達到 50%時, 即a =0.5,相同W/C時，PC=26%,完全水化a =1.0時，孔隙率只有8.1%。水化 早期, C-S-

9、H 從水泥顆粒表面向周圍有水的空間擴展 , 此時水化產(chǎn)物 C-S-H 具 有很高的微隙率和粗大的孔隙。 隨水化發(fā)展 , 后期水化產(chǎn)物 C-S-H 主要在水化水 泥顆粒周圍發(fā)展 , 形成更加密實的外殼 , 孔隙率亦比早期水化物大為降低。2.3 下列因素影響混凝土孔隙率(1)現(xiàn)場施工時向混凝土中隨意加水，當水泥用量C不變時,W增大,W/C也因 之增大, 則孔隙率增大。所以混凝土施工最忌隨意加水 , 包括預(yù)拌混凝土坍落度 損失, 現(xiàn)場臨時加水 , 用水稍多可能造成混凝土泌水離析 , 內(nèi)部出現(xiàn)較大孔隙。( 2) 濕養(yǎng)護不及時不規(guī)范。 混凝土在水化硬結(jié)需要一定水 , 水不足不能水化反應(yīng) , 當混凝土內(nèi)部

10、相對溫度小于 80%水化將 終止。成型后混凝土周圍模板接觸土壤、 墊層都會吸收水 , 而板類表面會因失水 收縮開裂。凡此失水混凝土表面部分 , 水泥均不能充分水分密實較差 , 水化水分 不足還會留下一些孔隙。 加強養(yǎng)護 , 保持混凝土面層處于濕潤狀態(tài) , 及時補充失 去的水分 , 對保證充分水化反應(yīng) , 增加混凝土水泥漿體的密實性 , 減少孔隙率 , 保證混凝土的質(zhì)量十分必要。( 3) 振搗好壞極關(guān)混凝土的密實程度 : 混凝土在澆筑成型時內(nèi)部存在混入空 氣、多余的水占據(jù)很大空間 , 振搗迫使骨料流動性增高 , 擠出空氣 , 排出多余水 , 從而使混凝土密實性提高 , 孔隙率大為降低。 未化合的

11、多余水 , 硬性后就殘留在 混凝土內(nèi)部 , 水分蒸發(fā)后會形成各種大小的毛細孔及氣孔。相反 , 振搗愈密實 , 毛細孔氣孔愈少 , 孔隙率降低。振搗不實混凝土內(nèi)部還會出現(xiàn)蜂窩狀孔洞 , 過振 又會出現(xiàn)泌水離析 , 增加孔洞 , 或在石子、鋼筋下部出現(xiàn)泌水區(qū) , 造成局部孔隙 增多。2.4 控制孔隙率應(yīng)從混凝土配合比選擇作起粗骨料 , 細骨料, 水泥及水的用量 應(yīng)搭配合理。水泥用量過多 , 水化時會產(chǎn)生很大熱量 , 硬結(jié)過程收縮增大 , 甚至 會造成混凝土開裂。 水是混凝土形成的必要條件 , 但過量的水對混凝土毫無益處 , 未水化的水蒸發(fā)后會留下極多孔隙 ,W/C 越大內(nèi)部孔隙越多 , 孔隙率增高

12、。理論 分析水泥完全水化時 W/C=0.36,由于施工過程中各種水的損失,(W/C) min=0.42, 在滿足工作性能條件下 ,W/C 愈小愈有利。水泥漿料以充滿并包裹粗細骨料的孔 隙及包圍顆粒表面。 砂石骨料級配應(yīng)合理 , 使其內(nèi)部孔隙為最小 , 相反砂石之間 孔隙均會增加 , 同時必然造成水泥漿料用量增大 , 導(dǎo)致內(nèi)部孔隙率提高。 所以配 合比選擇合理性是提高密實程度 , 降低孔隙率的基礎(chǔ)條件。2.5 碳化作用已硬化的混凝土 , 當空氣中 CO2 擴散進入會與水泥漿體起化學(xué)反應(yīng) C3S2H+3CO2 3CaCO3+2SiO2+3H2©a( OH) 2+COPCaCO3+2H2O

13、這一反應(yīng)產(chǎn)生不可逆收縮, 常在混凝土表面引起微裂縫 , CaCO3 的向周圍擴散 , 加之碳化反應(yīng)放出的水 , 加速了水化 , 使表面混凝土密實度提高 , 孔隙率降低 , 裂縫是有害的 , 孔隙率 降低是有益 , 概而論之碳化害多益少 ( 如鋼筋銹蝕等 ) 。2.6 外加劑是影響孔隙的基本因素前面提到是只有粗、 細骨料, 水泥和水四種材料的基本混凝土 , 內(nèi)部孔隙規(guī)律已 作敘述。影響孔隙率的主要因素為 W/C和a。降低W/C始終是減少孔隙率的必要 條件當 W/C<0.42 水泥不能完全水化 , 水化程度受到極大影響 , 同時混凝土的工 作度無法滿足生產(chǎn)要求。 解決的辦法是科學(xué)的加入外加劑

14、礦物外加劑和化 學(xué)外加劑 ( 只限減水劑 ) 。礦物外加劑 , 也稱礦物摻料。 這是在普通混凝土中摻 入的新的活性礦物粉料 , 有的比水泥細度還細。 目前常用的有硅粉、 粉煤灰、 礦 渣粉及沸粉?；炷林屑尤氲V物摻料，可降低水泥用量，降低W/B(水膠比)， 改變凝膠體的微觀結(jié)構(gòu)，使C-S-H分布逐于分散均勻，質(zhì)地愈加密實，孔隙率 可降低。這是因為這些摻料中均含有很多活性 SiO2,同Ca( OH)2作用生成C-S-H, 使C-S-H總量增多，同時摻料的細度更細，可起到顆粒充填作用，使混凝土更 為致密 , 這主要取決于摻料中 SiO2 含量多少。硅粉含活性 SiO2 達85%95%,均 徑0.1

15、 !m, 比表面積1520 m2/g;粉煤灰含SiO2, 45%60%,均徑820 "m,比表 面積0.30.6 m2/g, 只有硅粉的 1/41/5, 其活性遠不及硅粉 ; 沸粉: 含65% SiO2, 比表面積 0.40.7 m2/g; 礦渣粉, 抗硫酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、礬土水泥、礦渣硅酸鹽水泥 等對不同的腐蝕介質(zhì)具有不同的抗腐蝕性能。如礬土水泥抗各 種化學(xué)腐蝕能力強、火山灰水泥具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能、 礦渣水泥有較強的抗海水侵蝕性能等 7 。在混凝土耐久性設(shè)計中 , 應(yīng)當選用與腐蝕環(huán)境相適應(yīng)的水泥品種。2.3 添加鋼筋阻銹劑 鋼筋阻銹劑是摻入混凝土拌合物中 , 通過

16、化學(xué)反應(yīng) , 抑制鋼 筋表面陽極或陰極反應(yīng)的一種外加劑 , 主要用于預(yù)防鹽類的侵蝕。 阻銹劑可分為粉劑型和水劑型 , 使用方便, 無需專門維護 , 費用比 較低廉 , 其用量取決于結(jié)構(gòu)服役年限、環(huán)境條件、混凝土質(zhì)量。2.4 采用環(huán)氧涂層鋼筋 在鋼筋表面靜電噴涂一層環(huán)氧樹脂粉末 , 形成具有一定厚度 的一層不滲透連續(xù)的絕緣層 , 隔離鋼筋與腐蝕介質(zhì)的接觸。美國公 路管理局從 20 世紀70 年代就開始采用這種鋼筋防止橋梁的鋼筋 銹蝕。美國混凝土協(xié)會在 19981999 年調(diào)查后確認 , 環(huán)氧涂層鋼筋 可延長結(jié)構(gòu)使用壽命 20 年左右8 。我國也制定了 JG30421997 環(huán)氧樹脂涂層鋼筋產(chǎn)品標

17、準 , 并在工程中推廣使用使用環(huán)氧涂層鋼筋應(yīng)保證涂層應(yīng)有最小厚度遮蓋鋼筋表面缺陷, 但又不能太厚 , 以免影響正常固化和混凝土的黏結(jié)作 用。這種鋼筋在運輸、加工、存放、綁扎、澆搗過程中要嚴防涂層 破壞 , 注意保護涂層。2.5 加強施工管理 , 重視使用階段的維護 對混凝土耐久性有重大影響的密實度、保護層厚度的變異 性 , 在很大程度取決于施工質(zhì)量。加強工程質(zhì)量對提高耐久性 有重要作用。在結(jié)構(gòu)的使用階段 , 應(yīng)重視對結(jié)構(gòu)的維護和管理 重視服役混凝土結(jié)構(gòu)的檢測和評估 , 必要時進行修理和加固。不得用于商業(yè)用途僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in

18、 study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken vewendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa des fins commerciales.to員bko gA.nrogeHKO TOpMenob3ymoiflCH6yHeHuac egoB u HHuefigoHMucno 員 B30BaTbCEb KOMMepqeckuxqe 員 ex.以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u