浅议水利工程混凝土建筑物的抗渗性
[摘 要]介绍渗漏对水工混凝土带来的一系列恶性循环危害、影响水工混凝土抗渗性的因素及抗渗性对水工混凝土耐久性的影响等，阐明水工混凝土抗渗性研究的重要性。
[关键词]抗渗性 水灰比 水泥 骨料含泥量 养护方法
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0394-01
渗漏在水工混凝土建筑物中是一个较为普遍的病害，原水电部曾经组织中国水利水电科学研究院、南京水利水电科学研究院、长江水利科学研究院等9家单位对全国32座混凝土高坝进行了调查。被调查的32座大坝工程均存不同程度地存在有渗漏问题，发生概率为100%。而且有些渗漏问题较为严重，已成为工程安全运行的威胁。有的虽然已经做了多次处理，但隐患仍未完全消除。因此，水工混凝土抗渗性的研究在水利水电工程行业已成为一个重要的研究课题。
1.水工混凝土抗渗性机理
抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。它对混凝上的耐久性起着重要作用，因为环境中各种侵蚀介质均要通过渗透才能进入混凝土内部。混凝土的抗渗性主要与混凝土的密实度和孔隙率及孔隙结构有关。混凝土内部的互相连通的孔隙和毛细管通路，以及由于在混凝土施工成型时，振捣不实产生的蜂窝、孔洞都会造成混凝土渗水。混凝土中相互连通的孔隙越多，孔径越大，则混疑土的抗渗性越差。
2.影响水工混凝土抗渗性的因素分析
影响混凝土抗渗性的因素主要有水灰比、水泥、骨料的含泥量、养护方法、外加剂及掺合料等。
2.1 水灰比水灰比对混凝土抗渗性的影响众所周知，混凝土拌合物的水灰比对硬化混凝土孔隙率的大小、数量起决定性作用，直接影响混凝土的结构密实性。水灰比越大，混凝土中多余水分蒸发后，形成孔径为50—150μm的毛管等开放的孔隙也就越多，这些孔隙是造成混凝土渗漏的主要原因。
从理论上讲，在满足水泥完全水化及润湿砂石所需水量的前提下，水灰比越小，混凝土密实性越好，抗渗性和强度也就越高。但水灰比过小，施工操作困难，其密实性和抗渗性得不到保证，从而影响混凝土的密实性和抗渗性。
水灰比主要依据工程要求的抗渗性和施工最佳和易性来确定。施工和易性主要由结构条件（如结构截面，钢筋布置等）和施工方法（运输、浇筑和振捣等）综合考虑决定。从满足混凝土抗渗性及耐久性出发，抗渗混凝土允许最大水灰比定为0.60。工程实践证明，水灰比为0.45～0.60是适宜的。
2.2 水泥水泥的品种、性质对混凝土的抗渗性能影响较大。水泥的细度越大，水泥硬化时孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好。水工混凝土不应使用过期水泥或由于受潮而结块的水泥，否则将由于水化不完全而大大影响混凝土的抗渗性和强度。对过期水泥或受潮结块水泥必须重新进行检验，符合要求后方能使用。为确保防水混凝土的抗渗等级及抗压强度，GB50208—2002规定水泥强度等级不应低于32.5级。
2.3 骨料的含泥量骨料的总体积一般占混凝土体积的60-80%，骨料的含泥量多少，直接影响混凝土的质量，尤其对混凝土抗渗性影响较大。特别是粘土块，其体积不稳定，干燥时收缩、潮湿时膨胀，对混凝土有较大的破坏作用，必须加以限制。在水利水电工程实际中，由于骨料大多采取就地取材，天然骨料含泥量等有害杂质较多，因此，在工程实际中，骨料的含泥量以不大于l%为宜。
2.4 养护方法由于水泥的水化只能在充水的毛细孔间发生，因此必须创造条件防止水分自毛细管中蒸发而失去。另外、水泥在水化过程中，大量自由水会被水泥水化产物结合或吸附，若养护不当，特别是在干燥条件下，由于早期失水较多，限制了水泥水化的进行，产生的水化产物较少，混凝土容易形成收缩缝隙，从而降低了混凝土的抗渗性。
因此，在工程实际中，水工混凝土必须在浇筑后一定时间内维持一定的潮湿环境。一般情况下，使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥，应在混凝土凝结后（一般在12h以内），用草袋等覆盖混凝土表面并浇水，浇水时间不得少于7d。使用火山灰水泥和粉煤灰水泥时，应不小于14d。
2.5 外加剂外加剂作为混凝土除水泥、水、砂和石子以外的第五组成材料，对混凝土耐久性的影响显著。配制混凝土选择外加剂的主要目的是减少单位用水量，降低水灰比来提高棍凝土力学性能。掺入外加剂可以改善拌和物流动性，调节混凝土缓凝时间，减少水泥用量，增强混凝土的耐久性。为提高水工混凝土抗渗性能常采用的外加剂是减水剂。各类减水剂尽管成分不同，但都属于表面活性剂，其减水作用机理基本相似。表面活性剂的分子由亲水基团和憎水基团两部分组成。在水溶液中加入表面活性剂后，亲水基团指向溶液，而憎水基团则指向空气、非极性液体或固体，作定向排列，组成吸附膜，因此降低了水的表面张力，并降低了水与其他液相或固相之间的界面张力。这种表面活性作用是减水剂减水效果的主要原理。
当水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，絮凝结构将一部分拌合水（游离水）包裹在水泥颗粒之间，降低了混挺土拌合物的流动性。若在水泥浆中加入减水剂，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷。在电性斥力作用下，水泥颗粒分开，从而将絮凝结构内的游离水释放出来。减水剂的这种分散作用使混凝土拌合物在不增加用水量的情况下减小了水灰比，改善了混凝土的和易性，因而可增强混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗渗性能。
2.6 掺合料在混凝土拌合物制备时，加入掺合料除可以节约水泥用量、调节混凝土强度等级外，还可以大大增强混凝土的抗渗性能。如在混凝土中加入优质粉煤灰，用粉煤灰取代混凝土中的部分水泥，可以减少水泥用量，降低水化热，可以改善骨料的颗粒级配，填充混凝土内部微小孔隙和骨料与水泥石界面的过渡区结构，防止和减少混凝土裂缝的产生，还可降低水灰比（粉煤灰可看成是胶凝材料的一部分），从而提高混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性能。但是随着合料掺量的增加，混凝土强度随之下降，因而，在工程实际中粉煤灰掺量不宜大于20%，硅粉掺量不应大于3%。
此外，抗渗溶混凝土的施工，从搅拌、浇灌、振捣到养护各个环节均应严格控制质量，防止和减少施工缝隙的出现，防止混凝土早期失水，才能确保抗渗混凝土抗渗性能。
3.结语
水工混凝土建筑物的主要任务是拦、蓄水，如果大坝或其他水工建筑物产生大量的漏水，不但会使水利、发电效益受到影响，而且最重要的是由于渗漏会促使水工混凝土的其他破坏.如溶蚀破坏、冻融破坏、钢筋混凝土中钢筋的锈蚀等，这些破坏会与渗漏形成恶性循环，从而使水工混凝土的耐久性受到严重影响。
水工混凝土抗渗性问题是各类从事水工混凝土建筑物研究和生产部门经常研究的课题，只要在水工混凝土的设计和施工中使水灰比得当，水泥品种选择适宜，严格骨料的含泥量，保持良好的养护方法，根据工程实际使用外加剂和掺合料，水工混凝土的抗渗性就能得到满足，从而降低水工混凝土的危害。