1 前言
從1824 年波特蘭水泥發明之后，混凝土的生產技術得到了迅速的發展，由此混凝土的用量也急劇增加，使用范圍日益擴大。至今，混凝土已成為人類社會生活、文化生活的基礎，是城市化、高速公路、港口碼頭、立交橋、機場、大壩等建設中應用最大量、最廣泛的建筑材料。然而，混凝土自身仍存在著許多缺陷制約著其今后的發展，如混凝土的耐久性、自重較大等，特別是混凝土的耐久性已成為當今國內外一個迫切需要解決的問題。因為，由混凝土耐久性不足所造成的混凝土建筑物的維修或重建不僅耗費了大量的人力、物力、財力，而且也阻礙了混凝土建筑業的可持續發展。混凝土的耐久性包括抗滲性、抗凍性、鋼筋銹蝕、化學侵蝕、堿集料反應等。其中混凝土的抗滲性是混凝土耐久性的第一道防線，對混凝土耐久性的影響十分重要。因為水分或侵蝕性介質的入侵是引發混凝土質量劣化、耐久性不足的主要原因。有學者認為混凝土的抗滲性是評價混凝土耐久性最重要的綜合指標[1 ] 。就混凝土的滲透性與耐久性存在密切關系這一點，許多學者都進行了深入研究，得出的結論非常一致。美國的Metha ，英國的Nevill 及我國已故工程院院士吳中偉都主張，大幅度提高混凝土的抗滲性是改善混凝土耐久性的關鍵。目前，國內外對混凝土抗滲性的研究主要是針對影響混凝土抗滲性的各個因素，采取各種措施改善混凝土內部的孔結構，細化孔徑，減少混凝土內部連通的滲透通道。這些措施包括提高混凝土的密實度，在混凝土中添加各種摻和料如粉煤灰、礦渣、硅灰等，還有在混凝土中添加各種外加劑如減水劑、引氣劑、膨脹劑等。除此之外，還有人采用兩摻或三摻的方式，即將活性混合材與外加劑同時摻入混凝土中以提高混凝土的抗滲性能。
2 選擇合理的水灰比及灰砂比改善混凝土抗滲性能的研究現狀
混凝土作為一種多孔材料，孔隙率很高，約占25 %～40 % ，其中特別是毛細孔占很大一部分。混凝土的滲透性首先取決于硬化水泥漿的孔隙率，包括孔隙的尺寸、分布和連續性。試驗表明[2 ] ，當水泥漿毛細管孔隙率超過20 %～30 %時，硬化水泥漿的滲透系數將急劇增大。而硬化水泥漿的毛細管孔隙率主要取決于水灰比，水灰比愈大，孔隙率愈大，水泥漿抗滲性愈差。當水灰比由0.4 增至0.7 時，水泥漿滲透系數增大100 倍以上，水灰比超過0.5 時，滲透系數增加比較顯著。混凝土的抗滲性較水泥漿的低，因為在混凝土中，水分的蒸發、泌水等現象在混凝土內部形成了許多大小不同的孔隙，這些孔隙構成了滲水的主要途徑。混凝土水灰比越大，形成的空隙越多，混凝土抗滲性能越差。研究表明[3 ，4 ] ，當混凝土水灰比從0.5 增至0.6 時，混凝土抗滲性有急劇降低的趨勢，且當水灰比超過0.55 時，混凝土的滲透系數急劇增大。蔡正詠(1979) 認為[5 ] ：水灰比不超過0.55 的混凝土，在一般情況下無須進行抗滲性試驗就足以保證混凝土滿足W8 的要求，而對于重要結構，有抗滲要求時水灰比最好不超過0.45 或0.50 。美國ACI 標準301 - 72 (1975 年重頒) 建議[6 ] ：暴露于淡水中的結構混凝土(要求防滲) ，其水灰比不應超過0.48 ，暴露于海水中的不應超過0.44。H1H1 阿赫維爾多夫研究表明[7 ] ，當混凝土的水灰比= 0.876 – 1.65 P(P為水泥的標準稠度用水量) 時，水泥漿中的溶劑化固相粒子在分子力作用下形成的凝聚結構能夠充滿水泥—水體系的空間，從而使水泥漿不發生泌水現象，減少了由于泌水所造成的混凝土內部的滲水通道，提高混凝土的抗滲性。在水灰比相同的情況下，混凝土中的單方用水量決定了混凝土中孔隙的多少。笠井等人研究證明[8 ] ，相同水灰比的混凝土，單方用水量越大，早期(3～3.5d) 自由收縮越大。日本有關規范規定，單方用水量為185～175kg/ m3的混凝土屬于耐久性混凝土;單方用水量≤175kg/ m3的混凝土屬高耐久性的混凝土。如前所述，混凝土的滲透性主要取決于水泥漿的滲透性能。在混凝土中，水泥漿不僅要填充骨料間的空隙，還要包裹骨料形成一定厚度的砂漿保護層，以切斷混凝土的毛細孔管道，提高混凝土的抗滲性能，所以混凝土的砂率要選擇適當。有資料表明[9 ] ，抗滲性混凝土中砂的用量高于普通混凝土，一般砂率值應在35 %～40 %。灰砂比表達的是水泥砂漿的質量問題，灰砂比選擇的好，就能制得密實度高，自防水能力好的混凝土，故灰砂比也應選擇適當。一般灰砂比在1 ：2.0 - 1 ：2.5 之間。