摘要：闡述了關(guān)注混凝土抗滲性能的重要性，分析了影響混凝土抗滲性能的各個(gè)方面和主要影響因素，并且針對這些影響因素，介紹了國內外研究現狀及目前獲得的一些重要結論，對今后混凝土抗滲性能研究的發(fā)展方向也進(jìn)行了探討。認為水滲透性試驗、氯化物滲透性試驗、空氣滲透性測試各適合于不同的場(chǎng)合和情況，不存在某一種強于另一種的問(wèn)題。提出混凝土的抗滲研究應該更多地關(guān)注混凝土在服役環(huán)境中由于荷載、裂紋擴展等導致的抗滲性能劣化的問(wèn)題。在荷載作用對混凝土抗滲性能的影響問(wèn)題上，目前不同研究人員的研究結論之所以相差懸殊，試驗條件不同是一個(gè)主要原因。

　　關(guān)鍵詞：混凝土抗滲性能 耐久性 微裂紋

　　1、前言

　　20 世紀30 年代，人們開(kāi)始關(guān)注混凝土的抗滲性能，是始于大型水工工程的建設，諸如混凝土水壩、水渠、涵管及位于地下水位線(xiàn)以下的地下結構如隧道等；一旦混凝土的抗滲性能不足或受到破壞，會(huì )降低這些結構的使用效能，造成污染、滲漏等事故。尤其是水壩之類(lèi)的大型水工結構，在設計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80 年代起，人們重新對混凝土抗滲性能產(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�；炷�土的耐久性，與水和其它有害液體、氣體向其內部流動(dòng)的數量、范圍等有關(guān)，因此抗滲性能高的混凝土，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混凝土概念的趨勢[ 2 ] ，因為人們認識到強度這一單一的指標并不足以揭示結構材料的工作狀態(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)注混凝土的抗滲性能。然而，服役期間的混凝土，其抗滲性能并非是一個(gè)常數，其與齡期、漿體水化程度等因素絲絲相扣，與微裂紋的延伸擴展更是密切相關(guān)。正是因為涉及的影響因素太多，試驗耗功耗時(shí)，因此，目前人們在這方面獲得的研究成果還遠遠不能令人滿(mǎn)意，有必要在這方面進(jìn)一步深入進(jìn)行研究。本文正是針對上述問(wèn)題，分析了混凝土的抗滲性能的主要影響因素，并且介紹了研究現狀。

　　2、試驗方法的研究

　　混凝土的滲透試驗是一項艱難而耗時(shí)的工作，用什么方法能快速而且準確地測量出反映混凝土滲透性能的數據，首先成為有關(guān)研究人員的研究領(lǐng)域。

　　研究混凝土抗滲性能有多種試驗方法；有傳統的水壓力試驗法，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法，以及氣體滲透性試驗法等。氣體滲透法比較適合在現場(chǎng)測試，在我國應用相對較少，試驗室測試以前兩種為主。

　　2.1 水壓力法

　　傳統的水壓力試驗法又分為穩定流動(dòng)法（constant flow method） 、滲透深度法（depth of penetration method） 和抗滲標號法。

　　穩定流動(dòng)法測量壓力液體流過(guò)混凝土的流量、流速，適用于研究具有較高滲透性，例如強度不高、齡期不長(cháng)的混凝土。在該方法中，滲透系數Kf 可以根據Darcy 定律來(lái)確定，在足夠緩慢的單向穩定流中Darcy 定律可表示為：

　　Kf = μ Q d/ A .t .H      （1）

　　在此， Kf ———流動(dòng)法測量的滲透系數；

　　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Darcy 定律計算滲透系數過(guò)程中，測量一般存在相當大的試驗誤差，所以謹慎起見(jiàn)，要在不同的低流速下進(jìn)行測量，將流速對壓降作圖，用一條直線(xiàn)來(lái)擬合這些數據點(diǎn)[ 3 ] .滲透深度法測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，相對滲透系數可用下式

　　計算[ 4 ] ：

　　Kp = .d2 .v /2t .H        （2）

　　在此， Kp ———滲透深度法測量的滲透系數；。

　　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。

　　應該說(shuō)，由于孔隙率實(shí)測困難而常采用估算值， Kp 值有誤差，一般僅用于進(jìn)行相對值的比較。R1P1Khatri and V1Sirivivatnanon[ 5 ]在研究中，建立了穩定流動(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準。他們認為，究竟采用哪種試驗方法為宜，取決于混凝土的28 天抗壓強度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 ，采用穩定流動(dòng)法。

　　我國試驗方法標準中采用的是所謂抗滲標號法[ 6 ] ，采用6 個(gè)高度為180mm 的圓臺形試件從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，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，將停止試驗時(shí)的水壓力值換算成一個(gè)整數，這個(gè)整數即所謂混凝土的抗滲標號；也可以認為抗滲標號法是滲透深度法的一種特例。該方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，適合工程上評價(jià)混凝土抗滲性能，但對于科學(xué)研究，該方法獲得的數據太少。

　　2.2 氯離子滲透試驗法

　　近年來(lái)隨著(zhù)新型外加劑的不斷出現，混凝土的水灰比越來(lái)越小，所測試的試件越來(lái)越密實(shí)，導致水壓力試驗法非常費時(shí)，而且滲透深度小，計算也易導致較大誤差。人們希望有一種能加快試驗速度的試驗方法。因此，通電增加氯離子滲透速度的試驗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(zhù)抗水及抗氣體滲透性好；反之亦然。當然，它們也非完全沒(méi)有差別。因為抗氯離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，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的代表，它也是AASHTO T277 和ASTM C1202 推薦的測量混凝土滲透性的方法[ 7 ，8 ] .文獻[ 9 ]對這一方法進(jìn)行了較詳細的闡述：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 分鐘監測一次電流通過(guò)混凝土的情況，持續試驗時(shí)間6 小時(shí)；總的電荷庫侖數由電流—時(shí)間函數曲線(xiàn)（單位是安培。秒） 下的面積計算。這一試驗的基本原理是，氯化物離子的負電荷將被吸引到正電極；因此，測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(cháng)時(shí)間電壓作用下溶液產(chǎn)生熱量，實(shí)驗數據受到干擾。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(cháng)試驗時(shí)間（30 小時(shí)） 的方法降低溶液熱量[ 11 ] ；當然，延長(cháng)試驗時(shí)間畢竟不是一個(gè)優(yōu)良的選擇，將導致混凝土齡期對滲透性的影響增加，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)標準電阻形成另外半橋。通過(guò)調節可變電阻與電容使電橋平衡，由此可測得試件的阻抗、電導或通過(guò)試件的電量等參數，并以此評定混凝土的滲透性。該方法測試時(shí)間短，電橋調節平衡后即讀取數據，結束試驗，避免了溶液升溫的影響。有學(xué)者認為其可能成為替代AASHTO T277 和ASTMC1202 標準的方法[ 12 ] .

　　從上面的分析看，似乎氯離子滲透試驗有取代水壓力法試驗的趨勢，其實(shí)不然；筆者認為，影響氯離子滲透試驗數據穩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抗滲性能劣化的影響上，在這一類(lèi)問(wèn)題中，古老的穩定流動(dòng)法有不可替代的優(yōu)勢。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，目前各種試驗測試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，不存在某種方法絕對強于另一種方法的說(shuō)法。而且近年來(lái)，國外研究人員在一項研究中同時(shí)測試水滲透性、氯化物滲透性、空氣滲透性然后分別討論結果的情況增多，可以認為這是一種趨勢。

　　3、材料組分與配合比的影響

　　混凝土的抗滲性能首先要在配合比設計方面予以考慮。Larson and Mc Vay[ 13 ]經(jīng)過(guò)研究在93 年提出，強度與耐久性不是相關(guān)的性能；氯化物滲透性，作為混凝土耐久性的一部分，在配合比設計中是能夠采取措施予以保證的；在配合比設計中應兼顧考慮強度和耐久性?xún)煞矫娴囊�求�?/p>

　　3.1 粉煤灰和硅灰

　　在外摻料對混凝土抗滲性能的影響研究中，粉煤灰和硅灰大概是被研究得最多的外摻料。20 世紀70 年代以來(lái)，歐美日等一些發(fā)達國家發(fā)現，50 年代以后建造的混凝土工程設施，往往要比二三十年代建造的工程先出現病害、開(kāi)裂、甚至嚴重損害。日本的新干線(xiàn)使用不到十年，就出現大面積混凝土開(kāi)裂，剝蝕現象。據分析，這與近年來(lái)水泥產(chǎn)品的細度減小、活性增加，使得水化反應加速、放熱加劇、干燥收縮增加有關(guān)，最終導致混凝土溫度收縮和干縮產(chǎn)生的裂紋增加[ 14 ，15 ] .微裂紋和宏觀(guān)裂紋的增加對混凝土的抗滲、耐久性能是不利的。為此，人們在配制高性能混凝土時(shí)，常常摻加粉煤灰等外摻料取代部分水泥，一方面降低造價(jià)，另一方面減少熱開(kāi)裂。

　　關(guān)于摻粉煤灰和硅灰對提高混凝土抗滲性能有利的文獻數不勝數，難以一一列舉。但明確粉煤灰摻量的上限是必要的。文獻[ 16 ]研究了大量摻入粉煤灰對混凝土抗滲性能的影響。研究中不摻粉煤灰的參考加氣混凝土28 天強度為41MPa ；摻粉煤灰的混凝土配合比中水泥重量的0 %～70 %被粉煤灰取代，試驗中測試了抗壓強度、氯化物滲透性、空氣滲透性和水滲透性。研究發(fā)現：在28 天齡期，無(wú)粉煤灰混凝土的空氣滲透性低于高摻量粉煤灰混凝土；在91 天齡期，50 %替代量的混凝土配比，其空氣滲透性最低，水滲透性亦然；通常而言， 只要水泥替代量不超過(guò)50 % ，粉煤灰的摻入將降低溫凝土的氯離子滲透性。Celik Ozyildirim[ 17 ] 在研究礦渣和硅灰摻入混凝土中對滲透性的影響時(shí)發(fā)現，少量的硅灰（3 %～5 %） 和高達47 %的礦渣在水灰比為014～0145 的情況下，可獲得既經(jīng)濟又具有足夠強度的低滲透性混凝土。他得出結論：用礦渣作為膠凝材料的一部分比單純用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料配制的混凝土，其抗氯離子滲透的能力更高。

　　在我國和其它許多國家，受現行規范的限制，粉煤灰在結構混凝土中摻量常不超過(guò)25 %.這表明規范的觀(guān)念已經(jīng)滯后，文獻[15 ]認為，應該有新的規范指導抗滲、耐久混凝土的配制使用。

　　眾多的文獻指出，摻入硅灰后對混凝土的強度和抗滲性能增強效應極佳[ 17 ，19 ，20 ] ；對它的性能研究是目前國際混凝土行業(yè)的熱門(mén)方向之一。但是由于硅灰是電弧爐冶煉硅鐵合金時(shí)的副產(chǎn)品，其來(lái)源相對稀少，應用中的冷清與研究中的熱情形成較大反差，略顯尷尬局面。

　　3.2 其它組分材料

　　除硅灰、粉煤灰等人造火山灰質(zhì)材料外，還有其它可能影響混凝土抗滲性能的組分。文獻[21 ]研究了聚丙烯纖維摻入混凝土中，是否會(huì )與混凝土的各種外加組分如：粉煤灰、硅灰、或磨細的高爐礦渣發(fā)生反應導致抗滲性能下降的問(wèn)題；通過(guò)實(shí)驗確定：雖然聚丙烯纖維摻入會(huì )降低溫凝土的抗滲性，但聚丙烯纖維基本不與上述其它組分發(fā)生反應，上述組分對混凝土抗滲性能的正面影響在摻入聚丙烯纖維后依然存在，也就是說(shuō)混凝土耐久性不會(huì )受到合成纖維的影響。膨脹劑對混凝土抗滲性能的影響，視混凝土內、外部對膨脹的限制情況而定。孫偉等人在文獻[22 ]中對鋼纖維、合成纖維以及膨脹劑在混凝土硬化過(guò)程中對收縮開(kāi)裂的影響進(jìn)行了研究，研究結果證實(shí)：鋼纖維與膨脹劑混合增強混凝土，鋼纖維能夠對膨脹產(chǎn)生很大的內部限制，使得混凝土更加致密，混合增強的方式能夠取得很好的抑制硬化期間收縮裂紋的效果，從而極大地改進(jìn)抗滲性能。

　　一般觀(guān)點(diǎn)認為含氣劑有助于提高混凝土的抗滲性；然而文獻[1 ]卻提出：含氣劑有助于混凝土的水密性（watertight） ，但無(wú)助于抗滲性。

　　針對目前流動(dòng)混凝土用量大增的現狀，文獻[23 ]中研究了超塑化劑對混凝土滲透性的影響；通過(guò)試驗發(fā)現：當超塑化劑摻量達水泥用量的110 %、坍落度高達200mm 之上時(shí)，硅灰對抗滲透性非常重要；沒(méi)有摻硅灰的混凝土的滲透性是摻硅灰的混凝土的滲透性的3～5 倍。此外，按照AASHTO T277 標準進(jìn)行的氯離子滲透試驗卻未能敏感得足以揭示超塑化劑摻量和坍落度的不同對混凝土材料微結構產(chǎn)生的影響。

　　3.3 水灰比

　　一般情況下認為，材料的組分與配合比中對混凝土抗摻性最具影響力的因素是水灰（膠） 比；文獻[1 ]更是總結指出：事實(shí)上，在水灰比小于013 ，特別是摻有硅灰的情況下，混凝土對于水與氯化物來(lái)說(shuō)都可認為是不可滲透的，這樣的混凝土可以在下面的暴露條件下工作：（1） 高水頭壓力；（2） 需要防止氯化物侵蝕；（3） 惡劣的凍融條件存在；（4） 需抵抗有害化學(xué)品侵蝕。只要將水灰比限制在不超過(guò)014 ，就能夠獲得滲透性足夠低的混凝土，能夠抵抗很高的水壓力。筆者認為，如果不考慮時(shí)間這個(gè)因素，文獻[1 ]的這些結論無(wú)疑是正確的，但從前面提到的近年來(lái)高強與高性能混凝土遭遇到的一些耐久性病害來(lái)看，則上述結論難免有偏頗之嫌。配合比設計不僅要考慮新澆筑混凝土的抗滲性能，也要考慮服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴展導致抗滲性能劣化的問(wèn)題；當然這是一個(gè)非常復雜的問(wèn)題，從下面的介紹可以看到，這方面每前進(jìn)一步都是十分艱難的。

　　4、服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴展導致抗滲性能劣化

　　前面已經(jīng)提到，對于混凝土結構而言，并非是僅僅滿(mǎn)足了一些外加劑、摻合料及水灰比方面的要求，就能夠保證耐久性能。這是因為混凝土在工作中要承受各種荷載和變形；混凝土在荷載、變形和氣候作用下，微結構性能會(huì )逐步劣化，表面及內部產(chǎn)生微裂紋；而混凝土的開(kāi)裂通常導致滲流通道相互連接并且增加混凝土的滲透性，這種由于裂紋擴張導致的滲透性的增加使得更多的水和有害化學(xué)成分滲入混凝土中，引起混凝土性能的進(jìn)一步劣化、開(kāi)裂。這樣一個(gè)鏈式反應： 劣化———開(kāi)裂———可滲性增加———進(jìn)一步劣化，終將導致混凝土結構的毀滅性破壞。Shah and Wang 根據一個(gè)目前仍在進(jìn)行的廣泛研究的初步結果，給出了混凝土微結構、滲透性能、開(kāi)裂和耐久性之間的關(guān)系。指出在耐久混凝土配合比設計中要考慮三個(gè)標準：強度、滲透性和抗裂能力[ 24 ] .

　　4.1 靜載荷下微裂紋擴展對混凝土抗滲性的影響

　　在定性分析荷載與變形作用對混凝土抗滲性能的影響機理方面，人們是很容易達成共識的。比較權威的觀(guān)點(diǎn)是：在外加荷載施加之前，在砂漿與骨料界面之間就存在粘結裂縫，在砂漿和骨料本身，也存在微裂紋，但這些微裂紋與粘結裂紋相比是微不足道的； Slate ， F1O1 ，and K1C1Hover1 在文獻[25 ]認為：在所施加的荷載不超過(guò)極限荷載的30 %之前，粘結裂紋的增量可以忽略不計；如果荷載進(jìn)一步增加，粘結裂紋不論是在寬度還是在長(cháng)度方面都將隨之增加。荷載達到70 %～ 90 %極限荷載時(shí)，在砂漿內部的微裂紋已經(jīng)發(fā)展延伸，開(kāi)始連接粘結裂紋；如果是高強混凝土，此時(shí)在骨料中也已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)生微裂紋；這樣就在混凝土內部形成了一個(gè)復雜的裂紋網(wǎng)絡(luò )。T1Hsu 等在文獻[26 ]中指出，連續裂紋在混凝土內部的散布延伸導致混凝土體積的增加。這意味著(zhù)混凝土內部形成了大于毛細管尺寸的內部孔、空隙系統。這將為氣體、液體及可溶解固體在混凝土內部遷移提供了潛在的通道。

　　如此看來(lái)，似乎受到載荷作用的混凝土的抗滲性能受到極大地削弱是確定無(wú)疑的了。其實(shí)不然，定性分析是一回事，要得到為工程界承認的定量的結論又是另一回事。目前不同的研究者根據各自試驗結果得到的結論還不十分一致。Samaha ，H1R1 ，and K1C1Hover 在文獻[27 ]得出結論，砂漿裂紋發(fā)展的嚴重程度決定了混凝土對水流通過(guò)其內部的抵抗能力。當壓縮靜荷載值小于75 %極限荷載時(shí)，荷載引起的微裂紋對混凝土的輸送性能（ transportproperty） 的影響不大。當荷載超出此值后，混凝土對水流及離子運動(dòng)的抵抗能力減小20 %左右。Ludirdja ，D1 ， R1L1Berger ， and J1F1Young 在文獻[28 ]進(jìn)行了加載及滲透性試驗來(lái)評價(jià)外荷載造成的混凝土內部損傷。在對試件進(jìn)行水滲透性試驗之前，試件受到90 %極限荷載作用；結果表明：雖然此時(shí)已經(jīng)在混凝土內部產(chǎn)生了顯著(zhù)的微裂紋，但水滲透性的增加值卻不高。Abdy Kermanit[ 29 ] 對三種配合比的圓柱體試件在應力水平S = 0 、0.3 、0.4 、0.5 、0.6 、017 的情況下進(jìn)行了壓縮試驗，施壓時(shí)持荷五分鐘，然后對試件進(jìn)行壓力水滲透試驗；結果發(fā)現：在應力水平為0.4 時(shí)， 混凝土的滲透性最小，應力水平超過(guò)014 ，混凝土滲透性急劇增加，當應力水平從0.4 變化到0.7 時(shí)，滲透系數從小于4 × 10 - 13變化到大于5 ×10 - 11ms - 1 .

　　筆者認為，上述研究結論之所以相差如此懸殊，試驗條件的不同是一個(gè)重要原因。不同的荷載形式對抗滲性能的影響是不同的。舉例說(shuō)，圓柱形試件在徑向受壓力的情況下，其縱軸方向的抗滲性能將由于上述荷載的存在而提高，因為徑向荷載使得材料內部縱向的毛細孔受到壓縮，水流通過(guò)縱向毛細孔變得更困難了。由此不難想象，同樣研究壓縮荷載對抗滲性能的影響，實(shí)驗機壓頭對試件橫向變形的約束程度不同，對試驗結果的影響會(huì )很大。

　　4.2 疲勞荷載下微裂紋擴展對混凝土抗滲性能的影響

　　由于疲勞試驗與抗滲試驗都是非常復雜的試驗，將二者復合起來(lái)研究更是難上加難，鮮見(jiàn)有這方面研究的報導，所以Kamal Tawfiq 等人的研究就顯得尤為珍貴。Kamal Tawfiq 等人在文獻[ 30 ]中進(jìn)行了循環(huán)荷載作用對混凝土滲透性能的影響研究， 該研究項目采用了尺寸為150mm ×150mm ×550mm 的單側缺口梁，缺口高度為25mm ， 在彎曲循環(huán)荷載作用下缺口根部一定范圍內將出現微裂紋。研究人員事先在缺口根部附近貼有應變片并且埋設有空氣滲透性探測探頭，在試驗中測試空氣滲透性隨循環(huán)次數的變化關(guān)系，并且對一些承受了循環(huán)荷載產(chǎn)生微裂紋的試件在缺口根部附近鉆孔取芯，得到圓餅狀的帶縫混凝土試件，然后以該種試件測試水滲透性。研究獲得的主要結論為： 安設在混凝土應力區的空氣滲透儀氣壓表上顯示出負壓的不斷損失，能夠很好地表示疲勞裂紋的擴展。在裂紋擴展的初始（第一） 階段，循環(huán)初期的壓力損失速率很高；在第二階段（裂紋擴展階段） ，下降速率極大地降低；在第三階段，試件即將破壞前，氣壓損失迅速直至測試值為0 .在該階段（開(kāi)裂階段） ，混凝土處于非常不穩定的狀態(tài)，隨時(shí)會(huì )發(fā)生結構破壞�；炷�土的破壞可以由結構內部的大量開(kāi)裂為表征，開(kāi)裂則可通過(guò)空氣滲透值所檢測。持續的零讀數表明不連續裂紋的嚴重發(fā)展和混凝土基體的破壞。像硅灰和粉煤灰這樣的火山灰成分通常減少混凝土在加載期間初始裂紋的形成及其擴展的范圍。對于給定的應力水平S ，空氣滲透率Kair與循環(huán)率NR 之間存在指數關(guān)系，這表明隨著(zhù)循環(huán)次數增加，應力區的抗滲透能力呈指數規律遞減。

　　4.3 微裂紋寬度對混凝土抗滲性能的影響

　　我們已經(jīng)定性地確知混凝土滲透系數Kf 會(huì )隨著(zhù)微裂紋寬度的增加而增大；但二者之間定量關(guān)系如何？ 是研究人員關(guān)注的目標之一。

　　理論上講，帶裂隙塊體的滲透能力與裂紋寬度w 的關(guān)系可以由著(zhù)名的裂隙水流立方定律來(lái)描述，也稱(chēng)為Poiseuille 定律；這個(gè)關(guān)系來(lái)自于人們對不變形塊體中理想單裂隙的滲流規律的研究[ 31 ，32 ] .

　　q = ρw3Jf/12μ    （3）

　　式中，q 為通過(guò)裂隙斷面的單位時(shí)間流量；ρ為流體的密度；μ 為流體黏度；Jf 為裂隙中水力梯度。該式適用條件中，不變形塊體是指裂隙形狀、體積不受應力及滲透壓力的影響；所謂理想裂隙是指假定裂隙兩壁面光滑且相互平行，裂隙長(cháng)度遠大于裂隙寬度w ，即所謂平行板狀窄裂縫。Alan F1Karr 和S1P1Shah 等人在文獻[33～35 ]中考察了混凝土裂縫對滲透性能的影響。他們采用截面尺寸為φ100 × 25mm 的圓柱體試件，在伺服試驗機作用下進(jìn)行劈裂試驗，在接近圓柱體垂直直徑方向形成了劈裂裂紋，由于采用了反饋控制加載（feed backcontrol） ，試件并不發(fā)生劈裂破壞而僅僅產(chǎn)生不同寬度的劈裂裂紋，通過(guò)事先安設的千分表，可以讀取并且控制裂紋開(kāi)展位移（COD） ；對于所試驗的各個(gè)試件，取裂紋開(kāi)展位移（COD） 為20～500 微米不等。在卸除荷載后，部分裂紋寬度將愈合并保留殘余開(kāi)裂寬度。在此殘余開(kāi)裂寬度下，進(jìn)行抗水滲透性試驗，根據達西定律求出滲透系數，并且可以建立開(kāi)裂寬度COD 與滲透系數K 之間的關(guān)系。該項研究對普通混凝土（NSC） 與高強混凝土（HSC） 的開(kāi)裂前后抗滲性能進(jìn)行比較后發(fā)現，未開(kāi)裂的高強混凝土滲透性小于普通混凝土；對于寬度小于200μm 的裂紋，高強混凝土與普通混凝土有幾乎一致的滲透系數，但總體來(lái)說(shuō)，HSC 的滲透系數略低于NSC ， 對于大于200μm 的COD ，滲透系數迅速增加，且NSC 的增加速度比HSC 快，開(kāi)裂后材料滲透性能的差距部分來(lái)自于卸載行為的不同。

　　研究荷載產(chǎn)生的微裂紋對滲透性的影響，往往是加載后卸載，再測量滲透性。但也有觀(guān)察加載過(guò)程中抗滲性能變化的情況。例如日本學(xué)者研究了混雜纖維增強混凝土（ Hybrid Fiber Reinforced Concrete ，簡(jiǎn)稱(chēng)HFRC） 在受壓縮荷載作用下抗滲性能產(chǎn)生的影響[ 36 ] ；所謂混雜纖維是鋼纖維和聚丙烯纖維的混合物。在這項研究中使用了特殊的實(shí)驗裝置，混凝土試件為空心圓管狀，沿著(zhù)圓管縱向施加荷載的同時(shí)，在圓管外施加徑向水壓，測量穿越管壁的流量。該項研究的試驗設計雖復雜，遺憾的是試驗所獲得的有意義的結論卻不多，只是認為：在低于應力水平45 %的情況下，素混凝土的滲透性會(huì )降低，當應力水平超過(guò)45 %時(shí)，其滲透性會(huì )略有增加；在纖維摻量低于015 % 時(shí)情況下，纖維長(cháng)徑比和纖維體積率對混凝土抗滲性能的影響不大；當抗壓強度大于17MPa、單位體積重量大于2.13g/ cm³ ， HFRC 就能獲得足夠水密性。

　　出于對抑制混凝土微裂紋擴展因素及其對混凝土耐久性影響的關(guān)注，筆者在文獻[37 ]中研究了力學(xué)損傷對混凝土與纖維混凝土抗滲性能的影響；在研究中，通過(guò)對素混凝土與纖維混凝土進(jìn)行劈裂試驗，分別獲得了混凝土與纖維混凝土（纖維率1.2 %） 的P —COD 關(guān)系曲線(xiàn)和具有不同裂紋寬度（COD） 的試件；在對試件的力學(xué)行為進(jìn)行研究之后，對帶裂隙試件進(jìn)行了滲透試驗，主要研究結論如下：

　�。�1） 對帶裂紋試件進(jìn)行的滲透試驗結果表明：滲透流量與裂紋寬度之間不服從Poiseuille 立方定律（對文獻[33 ]中的數據進(jìn)行分析，結果也證實(shí)了這一結論） .這充分說(shuō)明了混凝土裂隙滲流問(wèn)題的復雜性；

　�。�2） 摻入鋼纖維后，混凝土卸載后的殘余裂寬��；由于高強混凝土與纖維之間的粘結強度高，同樣COD 下高強混凝土的纖維所受的拉應力大，纖維彈性伸長(cháng)所占的比重也大，卸載后COD 的恢復值也就大，殘余CODr 小。本文分別給出了隨COD 的發(fā)展，普通強度混凝土和高強度混凝土摻1.2 %鋼纖維后殘余CODr 所受到的影響，據此可以推算鋼纖維對開(kāi)裂混凝土抗滲性能的影響；

　�。�3） 經(jīng)過(guò)分析，纖維混凝土的裂紋擴展隨著(zhù)纖維摻量的增加從寬而疏趨向于窄而密， 尤其能夠抑制疲勞荷載下的裂紋擴展；因此，摻入纖維后混凝土的裂紋擴展方式更有利于混凝土抗滲。此外，研究中初步建立了適合描述抗滲性能所受到的損傷的損傷模型；提出：對于抗滲問(wèn)題應該以裂紋的失穩擴展作為極限狀態(tài)；有鋼纖維增強的試件，由于鋼纖維的有效抑制，極大地延緩了裂紋的失穩擴展，因此，從這個(gè)角度也證實(shí)了鋼纖維有利于混凝土抗滲。

　　4.4 時(shí)間因素對帶裂隙混凝土抗滲性能的影響

　　與齡期對混凝土抗滲性能的影響略有不同，帶裂隙混凝土的滲透性隨時(shí)間遞減是由于裂孔隙逐漸被水流帶動(dòng)的物質(zhì)所堵塞。文獻[29 ]在對試件施以高水壓后在試件底部發(fā)現了水泥和其它淤積粒子，說(shuō)明內部開(kāi)裂面產(chǎn)生了脫落粒子，部分被沖出裂隙，剩余部分將使水流通道逐漸狹窄。文獻[29 ，3 ，37 ] 的試驗結果都證實(shí)：滲透持續時(shí)間對滲流量有很大影響，總體上說(shuō)滲流量隨時(shí)間由大趨小。文獻[38 ]專(zhuān)門(mén)研究了混凝土裂紋隨時(shí)間增長(cháng)自動(dòng)愈合的問(wèn)題，認為：滲透流量與裂紋寬度之間在考慮修正系數后是服從Poiseuille 立方定律的，但隨著(zhù)滲流時(shí)間的增長(cháng)，滲流規律會(huì )發(fā)生變化；該文對裂紋斷面進(jìn)行了化學(xué)和礦物學(xué)分析，結果表明混凝土內部的結晶狀碳酸鈣粒子逐漸析出，堵塞了滲流通道，最終流量只有原流量的1 %～ 20 % ，最終流量取決與裂紋寬度和水壓。

　　筆者認為，混凝土內物質(zhì)的析出固然降低滲透性，但物質(zhì)析出可能降低混凝土內部的堿環(huán)境，這對耐久性本身是不利的；而且物質(zhì)大量析出會(huì )影響強度。如何綜合評價(jià)混凝土裂縫自動(dòng)愈合現象對混凝土耐久性的影響，是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題。目前，我國試驗標準給出了混凝土抗凍試驗指標與耐久性指標之間的關(guān)系，但抗滲性能指標與耐久性之間卻沒(méi)有建立聯(lián)系；可以考慮進(jìn)行這方面的研究，使得非寒帶地區評價(jià)混凝土耐久性更加有章可尋。

　　4.5 其它因素

　　此外，還有關(guān)于混凝土的養護條件、孔結構等因素對抗滲性能影響的文獻[ 39 ，40 ] .但這些文獻往往只能進(jìn)行定性的探討，且這些定性的結論又往往是人們所熟知的，令人振奮的結論不多。產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因之一是影響因素難以定量描述；因此，有待于適合的數學(xué)工具與這些問(wèn)題進(jìn)行結合研究。筆者認為，對于混凝土孔結構對抗滲性能的影響問(wèn)題，如果與適合于描述雜亂無(wú)章事物的分形幾何理論進(jìn)行結合，可能獲得進(jìn)展。

　　5、總結

　　本文回顧了混凝土抗滲性能研究的研究歷程，對研究現狀進(jìn)行了闡述，并對研究中出現的某些問(wèn)題的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，此外，對某些可能取得突破的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，主要結論如下：

　�。�1） 目前各種試驗測試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，不存在某種方法絕對強于另一種方法的說(shuō)法。近年來(lái)，國外在一項研究中同時(shí)進(jìn)行水滲透性、氯化物滲透性、空氣滲透性測試、然后分別討論試驗結果的情況增多，可以認為這是一種趨勢；

　�。�2） 由于高效減水劑等的廣泛應用，混凝土水灰比趨低，混凝土在服役初期其抗滲性能往往是有保障的�；炷�土的抗滲性能研究應該進(jìn)一步關(guān)注荷載作用和微裂紋擴展的影響；在研究材料組分、尤其是比較傳統的組分對抗滲性能的影響時(shí)，也要更多地結合時(shí)間因素和服役環(huán)境來(lái)考慮才更有意義；總之，考慮混凝土在服役環(huán)境中抗滲性能的劣化，是混凝土抗滲性能研究的一個(gè)發(fā)展方向。對于混凝土孔結構對抗滲性能的影響問(wèn)題，如果與適合于描述雜亂無(wú)章事物的分形幾何理論進(jìn)行結合，可能獲得進(jìn)展；

　�。�3） 在研究荷載作用對混凝土抗滲性能的影響這一問(wèn)題的過(guò)程中，荷載的作用形式對試驗結果的影響非常大，目前不同研究人員的研究結論之所以相差如此懸殊，試驗條件不同是一個(gè)主要原因；因此，在研究具體問(wèn)題時(shí)應盡可能使試驗邊界條件與實(shí)際相符合；

　�。�4） 應該建立抗滲性能指標與耐久性指標之間的聯(lián)系，為用抗滲實(shí)驗結果科學(xué)評價(jià)混凝土耐久性提供依據。