混凝土的孔隙引言混凝土是由粗细骨料、水泥、水组成的一种复合材料,就其本身而言又是一种微孔材料,是工程界应用最为广泛的一种耐用材料。混凝土常带着裂缝工作,工程上采用限制裂缝的办法加以解决,这样讲并不是说混凝土可以任意出现裂缝,对裂缝孔隙应予充分的注意。在大多数情况下裂缝、孔隙并不影响使用,但对外观和耐久性极具影响。1混凝土的孔隙混凝土的内部孔隙是水泥硬结过程中形成的,应是混凝土的一种属性。混凝土的孔隙是决定其属性的决定性因素,水泥水化硬结没有孔隙是无法进行的。混凝土硬结后的强度、变形、收缩、徐变、渗透、抗冻、迁移及各项侵蚀无不与孔隙密切相关,可以说混凝土的内部孔隙决定了混凝土的材性。1.1外部裂缝规范允许混凝土结构出现的裂缝,满足规范要求不影响使用。施工过程造成的孔隙与裂缝,振捣不实,养护不好,泌水离析形成的孔隙,选用砂石一类多孔骨料、支模变形,沉陷裂缝,失水收缩裂缝,温度变化裂缝,自干燥与碳化裂缝,配合比不合理与现场W/C控制不当增加孔隙,以及保护不当造成的冻裂等。1.2内部孔隙这是应当重点论述的,所谓混凝土性能决定于孔隙主要指存在于水泥浆体的内部孔隙。孔隙的计算采用T·C·Poweros简易公式。混凝土是由合理级配的粗细骨料与加入水泥浆胶结而成。水泥浆料应充满砂石骨料的全部间隙并完好将其包裹。新搅拌的混凝土没有孔隙,它们完全被拌合水所充满。当水被水泥水化所利用和其他原因所蒸发,在内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间的水分蒸发后残留的空间。这一部分属于毛细孔,呈分布联通的网状,能发生毛细作用,孔径在16~2.5nm之间变化;另一部分为水泥矿物在与水发生化学物理作用,要生成50%左右C-S-H,通称凝胶体。大量的微毛细孔,电镜无法分辨,孔径约在2.5~0.5nm,甚至于小于0.5nm,C-S-H体积中1/4为孔隙。而C-S-H又是决定混凝土(水泥石)性质的决定因素,这个孔隙率为T·C·Powers公式计算所得。这是一个规律,对各种水泥的C-S-H都是不变的固定数值。第三种孔隙是由“壁垒”效力应在局部引起的孔隙增大。水泥水化浆体在遇到骨料、钢筋等,接触面处形成所谓界面过渡区,接触面处水灰比增高,可引起局部泌水,此处的毛细孔是连通的,渗透性很高。由Powers公式有:水泥凝胶C-S-H孔隙率PC=0.26;毛细孔隙率PC=(W/C-0.36α)/(W/C+0.32)。Powers也用胶空比反映毛细孔隙率PC=凝胶体积(含凝胶孔)/(凝胶体积+毛细体积)=0.68α/[0.68α+(W/C-0.36α)]=0.68α/(0.32α+W/C),此式用于胶结材料,即除水泥之外另加活性矿物成分,如硅粉、粉煤灰式中⋯⋯:W/C———水灰比(水胶比);α———水化程度系数,完全水化α=1.0。由上列二式可知,当α一定时决定孔隙、胶空比的唯一因素为W/C。现在讨论最小水灰比(W/C)min的概念:保证水泥浆体中水泥完全水化所需要的水,即为(W/C)min。由PC=毛细孔体积/水泥浆初始体积=(W/C-0.36α)/(W/C+0.32)可知,当PC=0,α=1时可得出(W/C)min。分母部分不会等于零,只有分子等于零。当完全水化时α=1,可得到W/C=0.36此即完全水化所需的水灰比。但此时一点孔隙没有(PC=0)而形成水泥水化产物必须形成一个饱和的凝胶孔。实际上,水泥水化后浆体由水化产物(凝胶体)+凝胶孔+毛细孔三部分组成。达到完全水化时,凝胶体(水化产物)所需水为0.24。凝胶孔为凝胶体固有部分,不随W/C大小而变化,凝胶孔中固定了0.18的水,所以水泥达到完全水化时所需水量为0.24+0.18=0.42,用水灰比表示(W/C)min=0.42,可以理解0.18水是用于形成凝胶孔为水化反应提供必须空间,也即水化是在凝胶孔中进行的。实际使用W/C>0.42,(考虑模板等吸水),多余水蒸发后就成为胶体中的毛细孔。一个主要特点凝胶孔率0.26(≈1/4)为固定不变,所以毛细孔只受W/C的影响,亦即W/C愈大,失水后在凝胶体(水化产物)中残留的毛细孔率愈高。这是影响混凝土基本性质的主要因素当W/C<0.42以后,水泥不能完全水化,胶体中存在一部分未被水化的水泥颗料,而一部分残留毛细孔中无水,成为空孔。当内部HR达到75%~80%时,引起体积自收缩,产生内部微裂缝,成为孔隙的一部分。2影响孔隙的主要因素2.1水灰比W/C如果不计骨料中无孔隙,则孔隙来源于水泥水化产物———凝胶体,而毛细孔则存在于凝胶...
