1 前言

从1824 年波特兰水泥发明之后，混凝土的生产技术得到了迅速的发展，由此混凝土的用量也急剧增加，使用范围日益扩大。至今，混凝土已成为人类社会生活、文化生活的基础，是城市化、高速公路、港口码头、立交桥、机场、大坝等建设中应用最大量、最广泛的建筑材料。然而，混凝土自身仍存在着许多缺陷制约着其今后的发展，如混凝土的耐久性、自重较大等，特别是混凝土的耐久性已成为当今国内外一个迫切需要解决的问题。因为，由混凝土耐久性不足所造成的混凝土建筑物的维修或重建不仅耗费了大量的人力、物力、财力，而且也阻碍了混凝土建筑业的可持续发展。混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、钢筋锈蚀、化学侵蚀、碱集料反应等。其中混凝土的抗渗性是混凝土耐久性的第一道防线，对混凝土耐久性的影响十分重要。因为水分或侵蚀性介质的入侵是引发混凝土质量劣化、耐久性不足的主要原因。有学者认为混凝土的抗渗性是评价混凝土耐久性最重要的综合指标[1 ] 。就混凝土的渗透性与耐久性存在密切关系这一点，许多学者都进行了深入研究，得出的结论非常一致。美国的Metha ，英国的Nevill 及我国已故工程院院士吴中伟都主张，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善混凝土耐久性的关键。目前，国内外对混凝土抗渗性的研究主要是针对影响混凝土抗渗性的各个因素，采取各种措施改善混凝土内部的孔结构，细化孔径，减少混凝土内部连通的渗透通道。这些措施包括提高混凝土的密实度，在混凝土中添加各种掺和料如粉煤灰、矿渣、硅灰等，还有在混凝土中添加各种外加剂如减水剂、引气剂、膨胀剂等。除此之外，还有人采用两掺或三掺的方式，即将活性混合材与外加剂同时掺入混凝土中以提高混凝土的抗渗性能。

2 选择合理的水灰比及灰砂比改善混凝土抗渗性能的研究现状

混凝土作为一种多孔材料，孔隙率很高，约占25 %～40 % ，其中特别是毛细孔占很大一部分。混凝土的渗透性首先取决于硬化水泥浆的孔隙率，包括孔隙的尺寸、分布和连续性。试验表明[2 ] ，当水泥浆毛细管孔隙率超过20 %～30 %时，硬化水泥浆的渗透系数将急剧增大。而硬化水泥浆的毛细管孔隙率主要取决于水灰比，水灰比愈大，孔隙率愈大，水泥浆抗渗性愈差。当水灰比由0.4 增至0.7 时，水泥浆渗透系数增大100 倍以上，水灰比超过0.5 时，渗透系数增加比较显著。混凝土的抗渗性较水泥浆的低，因为在混凝土中，水分的蒸发、泌水等现象在混凝土内部形成了许多大小不同的孔隙，这些孔隙构成了渗水的主要途径。混凝土水灰比越大，形成的空隙越多，混凝土抗渗性能越差。研究表明[3 ，4 ] ，当混凝土水灰比从0.5 增至0.6 时，混凝土抗渗性有急剧降低的趋势，且当水灰比超过0.55 时，混凝土的渗透系数急剧增大。蔡正咏(1979) 认为[5 ] ：水灰比不超过0.55 的混凝土，在一般情况下无须进行抗渗性试验就足以保证混凝土满足W8 的要求，而对于重要结构，有抗渗要求时水灰比最好不超过0.45 或0.50 。美国ACI 标准301 - 72 (1975 年重颁) 建议[6 ] ：暴露于淡水中的结构混凝土(要求防渗) ，其水灰比不应超过0.48 ，暴露于海水中的不应超过0.44。H1H1 阿赫维尔多夫研究表明[7 ] ，当混凝土的水灰比= 0.876 – 1.65 P(P为水泥的标准稠度用水量) 时，水泥浆中的溶剂化固相粒子在分子力作用下形成的凝聚结构能够充满水泥—水体系的空间，从而使水泥浆不发生泌水现象，减少了由于泌水所造成的混凝土内部的渗水通道，提高混凝土的抗渗性。在水灰比相同的情况下，混凝土中的单方用水量决定了混凝土中孔隙的多少。笠井等人研究证明[8 ] ，相同水灰比的混凝土，单方用水量越大，早期(3～3.5d) 自由收缩越大。日本有关规范规定，单方用水量为185～175kg/ m3的混凝土属于耐久性混凝土;单方用水量≤175kg/ m3的混凝土属高耐久性的混凝土。如前所述，混凝土的渗透性主要取决于水泥浆的渗透性能。在混凝土中，水泥浆不仅要填充骨料间的空隙，还要包裹骨料形成一定厚度的砂浆保护层，以切断混凝土的毛细孔管道，提高混凝土的抗渗性能，所以混凝土的砂率要选择适当。有资料表明[9 ] ，抗渗性混凝土中砂的用量高于普通混凝土，一般砂率值应在35 %～40 %。灰砂比表达的是水泥砂浆的质量问题，灰砂比选择的好，就能制得密实度高，自防水能力好的混凝土，故灰砂比也应选择适当。一般灰砂比在1 ：2.0 - 1 ：2.5 之间。