摘要：闡述了關(guān)注混凝土抗?jié)B性能的重要性，分析了影響混凝土抗?jié)B性能的各個(gè)方面和主要影響因素，并且針對(duì)這些影響因素，介紹了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及目前獲得的一些重要結(jié)論，對(duì)今后混凝土抗?jié)B性能研究的發(fā)展方向也進(jìn)行了探討。認(rèn)為水滲透性試驗(yàn)、氯化物滲透性試驗(yàn)、空氣滲透性測(cè)試各適合于不同的場(chǎng)合和情況，不存在某一種強(qiáng)于另一種的問(wèn)題。提出混凝土的抗?jié)B研究應(yīng)該更多地關(guān)注混凝土在服役環(huán)境中由于荷載、裂紋擴(kuò)展等導(dǎo)致的抗?jié)B性能劣化的問(wèn)題。在荷載作用對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響問(wèn)題上，目前不同研究人員的研究結(jié)論之所以相差懸殊，試驗(yàn)條件不同是一個(gè)主要原因。
關(guān)鍵詞：混凝土抗?jié)B性能 耐久性 微裂紋
1、前言
20 世紀(jì)30 年代，人們開(kāi)始關(guān)注混凝土的抗?jié)B性能，是始于大型水工工程的建設(shè)，諸如混凝土水壩、水渠、涵管及位于地下水位線(xiàn)以下的地下結(jié)構(gòu)如隧道等；一旦混凝土的抗?jié)B性能不足或受到破壞，會(huì)降低這些結(jié)構(gòu)的使用效能，造成污染、滲漏等事故。尤其是水壩之類(lèi)的大型水工結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中需要確知混凝土抵抗高水壓下水穿透的能力[ 1 ] .
從20 世紀(jì)80 年代起，人們重新對(duì)混凝土抗?jié)B性能產(chǎn)生興趣，是由于混凝土的耐久性問(wèn)題日益為人們所關(guān)注。混凝土的耐久性，與水和其它有害液體、氣體向其內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)量、范圍等有關(guān)，因此抗?jié)B性能高的混凝土，其耐久性就好。近年來(lái)，高性能混凝土的概念大有取代高強(qiáng)混凝土概念的趨勢(shì)[ 2 ] ，因?yàn)槿藗冋J(rèn)識(shí)到強(qiáng)度這一單一的指標(biāo)并不足以揭示結(jié)構(gòu)材料的工作狀態(tài)。高性能混凝土首先要求是耐久性有保證的混凝土。因此，要研究高性能混凝土，就不能不關(guān)注混凝土的抗?jié)B性能。然而，服役期間的混凝土，其抗?jié)B性能并非是一個(gè)常數(shù)，其與齡期、漿體水化程度等因素絲絲相扣，與微裂紋的延伸擴(kuò)展更是密切相關(guān)。正是因?yàn)樯婕暗挠绊懸蛩靥?，試?yàn)耗功耗時(shí)，因此，目前人們?cè)谶@方面獲得的研究成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能令人滿(mǎn)意，有必要在這方面進(jìn)一步深入進(jìn)行研究。本文正是針對(duì)上述問(wèn)題，分析了混凝土的抗?jié)B性能的主要影響因素，并且介紹了研究現(xiàn)狀。
2、試驗(yàn)方法的研究
混凝土的滲透試驗(yàn)是一項(xiàng)艱難而耗時(shí)的工作，用什么方法能快速而且準(zhǔn)確地測(cè)量出反映混凝土滲透性能的數(shù)據(jù)，首先成為有關(guān)研究人員的研究領(lǐng)域。
研究混凝土抗?jié)B性能有多種試驗(yàn)方法；有傳統(tǒng)的水壓力試驗(yàn)法，還有近年來(lái)越來(lái)越引起人們重視的抗氯化物滲透試驗(yàn)法，以及氣體滲透性試驗(yàn)法等。氣體滲透法比較適合在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在我國(guó)應(yīng)用相對(duì)較少，試驗(yàn)室測(cè)試以前兩種為主。
2.1 水壓力法
傳統(tǒng)的水壓力試驗(yàn)法又分為穩(wěn)定流動(dòng)法（constant flow method） 、滲透深度法（depth of penetration method） 和抗?jié)B標(biāo)號(hào)法。
穩(wěn)定流動(dòng)法測(cè)量壓力液體流過(guò)混凝土的流量、流速，適用于研究具有較高滲透性，例如強(qiáng)度不高、齡期不長(zhǎng)的混凝土。在該方法中，滲透系數(shù)Kf 可以根據(jù)Darcy 定律來(lái)確定，在足夠緩慢的單向穩(wěn)定流中Darcy 定律可表示為：
Kf = μ Q d/ A .t .H （1）
在此， Kf ———流動(dòng)法測(cè)量的滲透系數(shù)；
μ———液體的黏度；
Q ———液體流量
A ———流動(dòng)液體穿越的試件截面積；
t ———流量穿越試件所花時(shí)間；
d ———試件高度；
H ———水頭高度。
在根據(jù)Darcy 定律計(jì)算滲透系數(shù)過(guò)程中，測(cè)量一般存在相當(dāng)大的試驗(yàn)誤差，所以謹(jǐn)慎起見(jiàn)，要在不同的低流速下進(jìn)行測(cè)量，將流速對(duì)壓降作圖，用一條直線(xiàn)來(lái)擬合這些數(shù)據(jù)點(diǎn)[ 3 ] .滲透深度法測(cè)量壓力液體穿透混凝土的深度，適用于研究具有低滲透性的混凝土。在該方法中，相對(duì)滲透系數(shù)可用下式
計(jì)算[ 4 ] ：
Kp = .d2 .v /2t .H （2）
在此， Kp ———滲透深度法測(cè)量的滲透系數(shù)；。
d———平均滲透高度；
v ———混凝土孔隙率；
t ———恒定壓力時(shí)間；
H ———水頭高度。
應(yīng)該說(shuō)，由于孔隙率實(shí)測(cè)困難而常采用估算值， Kp 值有誤差，一般僅用于進(jìn)行相對(duì)值的比較。R1P1Khatri and V1Sirivivatnanon[ 5 ]在研究中，建立了穩(wěn)定流動(dòng)法與滲透深度法之間的聯(lián)系，給出了兩種研究方法的選擇標(biāo)準(zhǔn)。他們認(rèn)為，究竟采用哪種試驗(yàn)方法為宜，取決于混凝土的28 天抗壓強(qiáng)度F28 c 與齡期T ，臨界條件如下： 如果213 （ T） 2 + 111 （F28 c ） 2 > 10400 ，采用滲透深度法； 如果213 （ T） 2 + 111 （F28 c ） 2 < 10400 ，采用穩(wěn)定流動(dòng)法。
我國(guó)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中采用的是所謂抗?jié)B標(biāo)號(hào)法[ 6 ] ，采用6 個(gè)高度為180mm 的圓臺(tái)形試件從0.1MPa 開(kāi)始施加水壓，每隔8 小時(shí)水壓增加011MPa ，直至6 個(gè)試件中有3 個(gè)被壓力水穿透，停止試驗(yàn)，記錄此時(shí)的水壓力值；通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性換算關(guān)系，將停止試驗(yàn)時(shí)的水壓力值換算成一個(gè)整數(shù)，這個(gè)整數(shù)即所謂混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)；也可以認(rèn)為抗?jié)B標(biāo)號(hào)法是滲透深度法的一種特例。該方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，適合工程上評(píng)價(jià)混凝土抗?jié)B性能，但對(duì)于科學(xué)研究，該方法獲得的數(shù)據(jù)太少。
2.2 氯離子滲透試驗(yàn)法
近年來(lái)隨著新型外加劑的不斷出現(xiàn)，混凝土的水灰比越來(lái)越小，所測(cè)試的試件越來(lái)越密實(shí)，導(dǎo)致水壓力試驗(yàn)法非常費(fèi)時(shí)，而且滲透深度小，計(jì)算也易導(dǎo)致較大誤差。人們希望有一種能加快試驗(yàn)速度的試驗(yàn)方法。因此，通電增加氯離子滲透速度的試驗(yàn)方法為許多研究人員采用。一般而言，抗氯化物滲透性好，往往就意味著抗水及抗氣體滲透性好；反之亦然。當(dāng)然，它們也非完全沒(méi)有差別。因?yàn)榭孤入x子滲透性能不僅僅反映材料的致密程度，而且反映混凝土成分與氯離子的化學(xué)反應(yīng)，最能直接反映混凝土的耐久性能。
直流電量法是氯離子滲透試驗(yàn)的代表，它也是AASHTO T277 和ASTM C1202 推薦的測(cè)量混凝土滲透性的方法[ 7 ，8 ] .文獻(xiàn)[ 9 ]對(duì)這一方法進(jìn)行了較詳細(xì)的闡述：將一個(gè)50mm 厚的混凝土圓餅試件用裝在兩個(gè)腔室里的兩個(gè)銅網(wǎng)制成的電極夾緊，氫氧化鈉（013N） 和氯化納（重量3 %） 溶液分別被傾倒在混凝土試樣兩面的腔室里，這樣兩種溶液被混凝土試件分隔開(kāi)；然后施加60 伏的直流電穿過(guò)兩個(gè)表面。每隔30 分鐘監(jiān)測(cè)一次電流通過(guò)混凝土的情況，持續(xù)試驗(yàn)時(shí)間6 小時(shí)；總的電荷庫(kù)侖數(shù)由電流—時(shí)間函數(shù)曲線(xiàn)（單位是安培。秒） 下的面積計(jì)算。這一試驗(yàn)的基本原理是，氯化物離子的負(fù)電荷將被吸引到正電極；因此，測(cè)試期間電流的傳輸量就是氯化物滲透混凝土的量。上述方法存在的問(wèn)題之一是在長(zhǎng)時(shí)間電壓作用下溶液產(chǎn)生熱量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受到干擾。為解決這一問(wèn)題，許多學(xué)者進(jìn)行了探討，例如有的學(xué)者在盛溶液的容器中加了水泵和熱交換器來(lái)減少溶液溫升的影響[ 10 ] ；而有的人則采用降低電壓（12 伏） 而延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間（30 小時(shí)） 的方法降低溶液熱量[ 11 ] ；當(dāng)然，延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間畢竟不是一個(gè)優(yōu)良的選擇，將導(dǎo)致混凝土齡期對(duì)滲透性的影響增加，尤其齡期較低時(shí)是如此。目前，有研究人員提出用高頻而低壓的交流電取代直流電并配以電橋進(jìn)行混凝土滲透性測(cè)量；其原理是：由試件與可變電阻和電容形成電橋的半橋，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻形成另外半橋。通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻與電容使電橋平衡，由此可測(cè)得試件的阻抗、電導(dǎo)或通過(guò)試件的電量等參數(shù)，并以此評(píng)定混凝土的滲透性。該方法測(cè)試時(shí)間短，電橋調(diào)節(jié)平衡后即讀取數(shù)據(jù)，結(jié)束試驗(yàn)，避免了溶液升溫的影響。有學(xué)者認(rèn)為其可能成為替代AASHTO T277 和ASTMC1202 標(biāo)準(zhǔn)的方法[ 12 ] .
從上面的分析看，似乎氯離子滲透試驗(yàn)有取代水壓力法試驗(yàn)的趨勢(shì)，其實(shí)不然；筆者認(rèn)為，影響氯離子滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的影響因素是多方面的，該方法還有待進(jìn)一步完善；另一方面，近年來(lái)許多研究者把研究注意力放在微裂紋對(duì)抗?jié)B性能劣化的影響上，在這一類(lèi)問(wèn)題中，古老的穩(wěn)定流動(dòng)法有不可替代的優(yōu)勢(shì)。相反，在裂紋發(fā)展到貫通情況下，通電的方法就不適宜了。 因此，目前各種試驗(yàn)測(cè)試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，不存在某種方法絕對(duì)強(qiáng)于另一種方法的說(shuō)法。而且近年來(lái)，國(guó)外研究人員在一項(xiàng)研究中同時(shí)測(cè)試水滲透性、氯化物滲透性、空氣滲透性然后分別討論結(jié)果的情況增多，可以認(rèn)為這是一種趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：混凝土抗?jié)B性能 耐久性 微裂紋
1、前言
20 世紀(jì)30 年代，人們開(kāi)始關(guān)注混凝土的抗?jié)B性能，是始于大型水工工程的建設(shè)，諸如混凝土水壩、水渠、涵管及位于地下水位線(xiàn)以下的地下結(jié)構(gòu)如隧道等；一旦混凝土的抗?jié)B性能不足或受到破壞，會(huì)降低這些結(jié)構(gòu)的使用效能，造成污染、滲漏等事故。尤其是水壩之類(lèi)的大型水工結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中需要確知混凝土抵抗高水壓下水穿透的能力[ 1 ] .
從20 世紀(jì)80 年代起，人們重新對(duì)混凝土抗?jié)B性能產(chǎn)生興趣，是由于混凝土的耐久性問(wèn)題日益為人們所關(guān)注。混凝土的耐久性，與水和其它有害液體、氣體向其內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)量、范圍等有關(guān)，因此抗?jié)B性能高的混凝土，其耐久性就好。近年來(lái)，高性能混凝土的概念大有取代高強(qiáng)混凝土概念的趨勢(shì)[ 2 ] ，因?yàn)槿藗冋J(rèn)識(shí)到強(qiáng)度這一單一的指標(biāo)并不足以揭示結(jié)構(gòu)材料的工作狀態(tài)。高性能混凝土首先要求是耐久性有保證的混凝土。因此，要研究高性能混凝土，就不能不關(guān)注混凝土的抗?jié)B性能。然而，服役期間的混凝土，其抗?jié)B性能并非是一個(gè)常數(shù)，其與齡期、漿體水化程度等因素絲絲相扣，與微裂紋的延伸擴(kuò)展更是密切相關(guān)。正是因?yàn)樯婕暗挠绊懸蛩靥?，試?yàn)耗功耗時(shí)，因此，目前人們?cè)谶@方面獲得的研究成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能令人滿(mǎn)意，有必要在這方面進(jìn)一步深入進(jìn)行研究。本文正是針對(duì)上述問(wèn)題，分析了混凝土的抗?jié)B性能的主要影響因素，并且介紹了研究現(xiàn)狀。
2、試驗(yàn)方法的研究
混凝土的滲透試驗(yàn)是一項(xiàng)艱難而耗時(shí)的工作，用什么方法能快速而且準(zhǔn)確地測(cè)量出反映混凝土滲透性能的數(shù)據(jù)，首先成為有關(guān)研究人員的研究領(lǐng)域。
研究混凝土抗?jié)B性能有多種試驗(yàn)方法；有傳統(tǒng)的水壓力試驗(yàn)法，還有近年來(lái)越來(lái)越引起人們重視的抗氯化物滲透試驗(yàn)法，以及氣體滲透性試驗(yàn)法等。氣體滲透法比較適合在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在我國(guó)應(yīng)用相對(duì)較少，試驗(yàn)室測(cè)試以前兩種為主。
2.1 水壓力法
傳統(tǒng)的水壓力試驗(yàn)法又分為穩(wěn)定流動(dòng)法（constant flow method） 、滲透深度法（depth of penetration method） 和抗?jié)B標(biāo)號(hào)法。
穩(wěn)定流動(dòng)法測(cè)量壓力液體流過(guò)混凝土的流量、流速，適用于研究具有較高滲透性，例如強(qiáng)度不高、齡期不長(zhǎng)的混凝土。在該方法中，滲透系數(shù)Kf 可以根據(jù)Darcy 定律來(lái)確定，在足夠緩慢的單向穩(wěn)定流中Darcy 定律可表示為：
Kf = μ Q d/ A .t .H （1）
在此， Kf ———流動(dòng)法測(cè)量的滲透系數(shù)；
μ———液體的黏度；
Q ———液體流量
A ———流動(dòng)液體穿越的試件截面積；
t ———流量穿越試件所花時(shí)間；
d ———試件高度；
H ———水頭高度。
在根據(jù)Darcy 定律計(jì)算滲透系數(shù)過(guò)程中，測(cè)量一般存在相當(dāng)大的試驗(yàn)誤差，所以謹(jǐn)慎起見(jiàn)，要在不同的低流速下進(jìn)行測(cè)量，將流速對(duì)壓降作圖，用一條直線(xiàn)來(lái)擬合這些數(shù)據(jù)點(diǎn)[ 3 ] .滲透深度法測(cè)量壓力液體穿透混凝土的深度，適用于研究具有低滲透性的混凝土。在該方法中，相對(duì)滲透系數(shù)可用下式
計(jì)算[ 4 ] ：
Kp = .d2 .v /2t .H （2）
在此， Kp ———滲透深度法測(cè)量的滲透系數(shù)；。
d———平均滲透高度；
v ———混凝土孔隙率；
t ———恒定壓力時(shí)間；
H ———水頭高度。
應(yīng)該說(shuō)，由于孔隙率實(shí)測(cè)困難而常采用估算值， Kp 值有誤差，一般僅用于進(jìn)行相對(duì)值的比較。R1P1Khatri and V1Sirivivatnanon[ 5 ]在研究中，建立了穩(wěn)定流動(dòng)法與滲透深度法之間的聯(lián)系，給出了兩種研究方法的選擇標(biāo)準(zhǔn)。他們認(rèn)為，究竟采用哪種試驗(yàn)方法為宜，取決于混凝土的28 天抗壓強(qiáng)度F28 c 與齡期T ，臨界條件如下： 如果213 （ T） 2 + 111 （F28 c ） 2 > 10400 ，采用滲透深度法； 如果213 （ T） 2 + 111 （F28 c ） 2 < 10400 ，采用穩(wěn)定流動(dòng)法。
我國(guó)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中采用的是所謂抗?jié)B標(biāo)號(hào)法[ 6 ] ，采用6 個(gè)高度為180mm 的圓臺(tái)形試件從0.1MPa 開(kāi)始施加水壓，每隔8 小時(shí)水壓增加011MPa ，直至6 個(gè)試件中有3 個(gè)被壓力水穿透，停止試驗(yàn)，記錄此時(shí)的水壓力值；通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性換算關(guān)系，將停止試驗(yàn)時(shí)的水壓力值換算成一個(gè)整數(shù)，這個(gè)整數(shù)即所謂混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)；也可以認(rèn)為抗?jié)B標(biāo)號(hào)法是滲透深度法的一種特例。該方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，適合工程上評(píng)價(jià)混凝土抗?jié)B性能，但對(duì)于科學(xué)研究，該方法獲得的數(shù)據(jù)太少。
2.2 氯離子滲透試驗(yàn)法
近年來(lái)隨著新型外加劑的不斷出現(xiàn)，混凝土的水灰比越來(lái)越小，所測(cè)試的試件越來(lái)越密實(shí)，導(dǎo)致水壓力試驗(yàn)法非常費(fèi)時(shí)，而且滲透深度小，計(jì)算也易導(dǎo)致較大誤差。人們希望有一種能加快試驗(yàn)速度的試驗(yàn)方法。因此，通電增加氯離子滲透速度的試驗(yàn)方法為許多研究人員采用。一般而言，抗氯化物滲透性好，往往就意味著抗水及抗氣體滲透性好；反之亦然。當(dāng)然，它們也非完全沒(méi)有差別。因?yàn)榭孤入x子滲透性能不僅僅反映材料的致密程度，而且反映混凝土成分與氯離子的化學(xué)反應(yīng)，最能直接反映混凝土的耐久性能。
直流電量法是氯離子滲透試驗(yàn)的代表，它也是AASHTO T277 和ASTM C1202 推薦的測(cè)量混凝土滲透性的方法[ 7 ，8 ] .文獻(xiàn)[ 9 ]對(duì)這一方法進(jìn)行了較詳細(xì)的闡述：將一個(gè)50mm 厚的混凝土圓餅試件用裝在兩個(gè)腔室里的兩個(gè)銅網(wǎng)制成的電極夾緊，氫氧化鈉（013N） 和氯化納（重量3 %） 溶液分別被傾倒在混凝土試樣兩面的腔室里，這樣兩種溶液被混凝土試件分隔開(kāi)；然后施加60 伏的直流電穿過(guò)兩個(gè)表面。每隔30 分鐘監(jiān)測(cè)一次電流通過(guò)混凝土的情況，持續(xù)試驗(yàn)時(shí)間6 小時(shí)；總的電荷庫(kù)侖數(shù)由電流—時(shí)間函數(shù)曲線(xiàn)（單位是安培。秒） 下的面積計(jì)算。這一試驗(yàn)的基本原理是，氯化物離子的負(fù)電荷將被吸引到正電極；因此，測(cè)試期間電流的傳輸量就是氯化物滲透混凝土的量。上述方法存在的問(wèn)題之一是在長(zhǎng)時(shí)間電壓作用下溶液產(chǎn)生熱量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受到干擾。為解決這一問(wèn)題，許多學(xué)者進(jìn)行了探討，例如有的學(xué)者在盛溶液的容器中加了水泵和熱交換器來(lái)減少溶液溫升的影響[ 10 ] ；而有的人則采用降低電壓（12 伏） 而延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間（30 小時(shí)） 的方法降低溶液熱量[ 11 ] ；當(dāng)然，延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間畢竟不是一個(gè)優(yōu)良的選擇，將導(dǎo)致混凝土齡期對(duì)滲透性的影響增加，尤其齡期較低時(shí)是如此。目前，有研究人員提出用高頻而低壓的交流電取代直流電并配以電橋進(jìn)行混凝土滲透性測(cè)量；其原理是：由試件與可變電阻和電容形成電橋的半橋，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻形成另外半橋。通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻與電容使電橋平衡，由此可測(cè)得試件的阻抗、電導(dǎo)或通過(guò)試件的電量等參數(shù)，并以此評(píng)定混凝土的滲透性。該方法測(cè)試時(shí)間短，電橋調(diào)節(jié)平衡后即讀取數(shù)據(jù)，結(jié)束試驗(yàn)，避免了溶液升溫的影響。有學(xué)者認(rèn)為其可能成為替代AASHTO T277 和ASTMC1202 標(biāo)準(zhǔn)的方法[ 12 ] .
從上面的分析看，似乎氯離子滲透試驗(yàn)有取代水壓力法試驗(yàn)的趨勢(shì)，其實(shí)不然；筆者認(rèn)為，影響氯離子滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的影響因素是多方面的，該方法還有待進(jìn)一步完善；另一方面，近年來(lái)許多研究者把研究注意力放在微裂紋對(duì)抗?jié)B性能劣化的影響上，在這一類(lèi)問(wèn)題中，古老的穩(wěn)定流動(dòng)法有不可替代的優(yōu)勢(shì)。相反，在裂紋發(fā)展到貫通情況下，通電的方法就不適宜了。 因此，目前各種試驗(yàn)測(cè)試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，不存在某種方法絕對(duì)強(qiáng)于另一種方法的說(shuō)法。而且近年來(lái)，國(guó)外研究人員在一項(xiàng)研究中同時(shí)測(cè)試水滲透性、氯化物滲透性、空氣滲透性然后分別討論結(jié)果的情況增多，可以認(rèn)為這是一種趨勢(shì)。