铁路隧道防腐抗渗支护混凝土的试验研究

摘要： 大多数土壤中都含有一些硫酸盐，若其硫酸盐浓度低，则对混凝土不会产生显著的影响；若硫酸盐浓度高，则可对其建筑物或构筑物的地下部分，如桥梁、隧道、涵洞和房屋的基础产生显著的破坏作用。这种破坏可能以膨胀形式出现而导致结构位移。例如，前东德Ｍａｇｄｅｂｕｒｇ城泉水的ＳＯ-24含量达 2040ｍｇ/Ｌ，在4年内由于混凝土膨胀使Ｅｌｂｅ河桥桩升高8ｃｍ，造成严重开裂，导致拆除并重建这些桥桩。硫酸盐膨胀也可使混凝土中的水泥水化产物丧失胶凝性，呈酥松状或糊状。

关键词： 隧道防腐 抗渗 支护

1. 水泥混凝土防腐抗渗技术研究的进展

1.1 水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀技术的基本情况及其进展

大多数土壤中都含有一些硫酸盐，若其硫酸盐浓度低，则对混凝土不会产生显著的影响；若硫酸盐浓度高，则可对其建筑物或构筑物的地下部分，如桥梁、隧道、涵洞和房屋的基础产生显著的破坏作用。这种破坏可能以膨胀形式出现而导致结构位移。例如，前东德Ｍａｇｄｅｂｕｒｇ城泉水的ＳＯ-24含量达2040ｍｇ/Ｌ，在4年内由于混凝土膨胀使Ｅｌｂｅ河桥桩升高8ｃｍ，造成严重开裂，导致拆除并重建这些桥桩。硫酸盐膨胀也可使混凝土中的水泥水化产物丧失胶凝性，呈酥松状或糊状。例如，加拿大西部大草原土壤含碱的硫酸盐浓度高达1 5%（地下水经常含有硫酸盐4000ｇｍ/Ｌ～9000ｍｇ/Ｌ），由于硫酸盐侵蚀，混凝土呈多孔和酥松，最终成为无粘结力的物质。我国隧道工程中也常遇到硫酸盐浓度高的地质环境。例如青藏铁路要经过硫酸盐浓度相当高的盐湖地区，云贵高原的山地。虽然我国已有抗硫酸盐水泥的标准，但对如何配制和浇筑抗硫酸盐混凝土仍缺乏足够的施工技术和经验。

中国水科院西北科研所曾对不同品种水泥（及粉煤灰掺量）的抗硫酸盐性能进行了对比性试验（《西北水电》1994， NO1， p49）。试验采用了被认为具有较高抗硫酸盐性的4种水泥：抗硫酸盐硅酸盐水泥，抗硫酸盐矿渣水泥，中热硅酸盐水泥，低热微膨胀水泥。抗腐蚀性试验采用GB749-65（慢蚀法）及GB2420-80（快蚀法），并采用抗蚀系数K进行抗硫酸盐性能的评价。

甘肃省八盘峡水电站与中国水科院合作，于96年对该水电站大坝左平洞内的支护混凝土硫酸盐腐蚀问题进行了现场试验（《混凝土与水泥制品》1997， NO2， p10）。洞内地下水的SO-24 含量6000~15000mg/L，Mg 2含量900~2100mg/L，属高浓度的硫酸盐与镁盐综合腐蚀环境。经材料对比性试验及平洞内的现场浇筑混凝土验证，与抗硫酸盐水泥相比，采用低热矿渣水泥配制的混凝土具有优良的抗硫酸盐性能。

南京水科院于99年对新疆“635”水利枢纽发电引水竖井内支护混凝土的硫酸盐腐蚀问题进行了试验研究与现场换填混凝土施工（《水利水运工程学报》2002.3， NO1， p31）。竖井内地下水的SO-24 含量8645~12487mg/L，Mg 2含量2675mg/L，pH3~4，属高浓度硫酸镁腐蚀环境。换填混凝土采用抗硫酸盐硅酸盐水泥和矿渣粉配料，竖井壁的支护混凝土按分段换填法施工。防渗砂浆采用丙烯酸乳液与砂组成的聚合物砂浆——用于漏水孔缝的堵漏。该防腐堵漏工程完成2年后回访，防腐堵漏效果显著而无任何新的渗漏和腐蚀问题。

1.2 水泥混凝土抗裂、抗渗技术的基本情况及进展。

建筑结构裂缝控制是个系统工程，近十年多来，我国工民建向长大化、复杂化发展，商品混凝土普及应用，混凝土强度等级从C30 向C50发展，这些因素导致钢筋混凝土结构开裂的机率增多。掺膨胀剂的补偿收缩混凝土在防止和大大减轻混凝土开裂作出了积极贡献。 经十多年来的开发应用，我国混凝土膨胀剂得到较广泛的应用，累计总量约200万吨，以膨胀剂平均掺量40kg/m3计，折合补偿收缩混凝土近5000万M3.其中UEA膨胀剂约占总量的80％左右。在各种抗裂防渗工程应用中总的效果是良好的。

膨胀剂主要功能是补偿混凝土硬化过程中的干缩和冷缩。为减免收缩开裂，它可以应用于各种抗裂防渗混凝土，尤其适用于与防水有关的地下、水工、海工、地铁、隧道和水电等钢筋混凝土结构工程。 选用膨胀剂时，首先检验它是否达到《混凝土膨胀剂》建材行业JC476-2001标准。 我国膨胀剂有三种类型：硫铝酸钙类（如UEA、AEA、 PNC、FS、PPT等）氧化钙-硫铝酸钙类（如CEA）和氧化钙类。由于钙矾石（C3A.3CaSO4.32H2O）的化学稳定性和耐水性优良，国内外绝大多数生产硫铝酸钙类膨胀剂。CaO水化生成Ca（OH）2可以产生膨胀，但Ca（OH）2在压力水下易溶解，所以GBJ119规范中规定，含CaO膨胀剂不得使用在地下，海工等防水工程中，目前只有北京市有两家生产CEA.用户应根据不同性质的工程，选用恰当类型的膨胀剂。

2. 混凝土结构裂缝产生的原因

结构裂缝产生的原因很复杂，根据国内外的调查资料，引起裂缝有两大类原因，一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约20％；一种是结构因温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝，其机率约80%。

2.1 材料缺陷你好在变形裂缝中收缩裂缝占有80％的比例，从砼的性质来说大概有：

2.1.1 干燥收缩你好研究表明，水泥加水后变成水泥硬化体，其绝对体积减小。每100 克水泥水化后的化学减缩值为7～9ml，如砼水泥用量为350kg/m3，则形成孔缝体积约25～30升/m3之巨。这是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明，每100克水泥浆体可蒸发水约6ml，如砼水泥用量为350kg/m3，当砼在干燥条件下，则蒸发水量达21升/m3.毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使砼产生“毛细收缩”。由此引起水泥砂浆的干缩值为0.1～0.2％；砼的干缩值为0.04～0.06％。而砼的极限拉伸值只有 0.01～0.02％，故易引起干缩裂缝。

2.1.2 温差收缩你好水泥水化是个放热过程，其水化热为165～250焦尔/克，随砼水泥用量提高，其绝热温升可达50～80℃。研究表明，当砼内外温差10℃时，产生的冷缩值εc=△T／α=10/1×10-5= 0.01%，如温差为20～30℃时，其冷缩值为0.02～0.03％，当其大于砼的极限拉伸值时，则引起结构开裂。

2.1.3 塑性收缩你好砼初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形，它发生在砼终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩。其收缩量可达1％左右。在砼表面上，特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂，宽度达1～2mm，属表面裂缝。水灰比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，振捣不良，环境温度高，表面失水大等都能导致砼塑性收缩而发生表面开裂现象。

2.1.4 自生收缩你好密封的砼内部相对湿度随水泥水化的进展而降低，称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因而引起砼的自生收缩。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛细孔隙中贮存大量水分，自干燥引起的收缩压力较小，所以自生收缩值较低而不被注意。但是，低水灰比的高性能砼（HPC）则不同，早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快，以至使孔体系中的相对湿度低于80％。而HPC结构致密，外界水很难渗入补充，在这种条件下开始产生自干收缩。研究表明，龄期2个月水胶比为0.4的HPC，自干收缩率为0.01％，水胶比为0.3的HPC，自干收缩率为0.02％。HPC的总收缩中干缩和自收缩几乎相等，水胶比越小自收缩所占比例越大。由此可知，HPC的收缩性与OPC完全不同，OPC以干缩为主，而HPC以自干收缩为主。问题的要害是：HPC自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天，湿度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部微裂缝，若砼变形受到约束，则进一步产生收缩裂缝。这是高标号砼容易开裂的主要原因之一。

2.1.5 减水剂的影响你好人们发现，自八十年代中期推广商品（泵送）砼以来，结构裂缝普遍增多，这是为什么呢？除了与砼的水泥用量和砂率提高有关外，人们忽视了减水剂引起的负面影响。例如过去干硬性及预制砼的收缩变形约为4～6 ×10-4，而现在泵送砼收缩变形约为6～8×10－4，使得砼裂缝控制的技术难度大大增加。研究表明，在砼配合比相同情况下，掺入减水剂的坍落度可增加 100～150mm，但是它与基准砼的收缩值相比，却增加120～130％。所以，在《砼减水剂》规范GB138076-97中规定掺减水剂的砼与基准砼的收缩比≤135％。研究表明，掺入不同类型的减水剂砼的收缩比是不相同的，一般是：木钙减水剂>萘磺酸盐减水剂>三聚氰胺减水剂>氨基磺酸减水剂>聚丙烯酸减水剂。这说明商品砼浇筑的结构开裂机率大与减水剂带来负面影响有关。其机理尚不清楚。

2.1.6 砼后期膨胀出现裂缝，主要是：

（1）水泥中游离CaO过高，Ca（OH）2体积膨胀所致；

（2）水泥中MgO过高，Mg（OH）2体积膨胀所致；

（3）水泥和外加剂碱含量过高，与集料中活性硅等发生碱-集料反应所致；

（4）有害离子Cl-、 、Mg 等侵入砼内部，导致钢筋锈蚀或形成二次钙矾石膨胀破坏所致。

2.1.7 徐变你好结构物在任意内应力作用下，除瞬间弹性变形外，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。砼拉徐变时对抗裂有利，一般可以提高钢筋砼极限拉伸值50％左右。而砼压徐变很小，一般把收缩变形与徐变变形的计算一并加以考虑。

2.2 设计问题你好钢筋砼结构是由砼和钢筋共同承担极限状态的承载力，结构设计师根据地基情况，静、动荷载、环境因素、结构耐久性等控制荷载裂缝。这里不作讨论。从国内外有关规范可知，对结构变形作用引起的裂缝问题，客观上存在两类学派：你好第一类，设计规范规定很灵活，没有验算裂缝的明确规定，设计方法留给设计人员自由处理。基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的实际处理手法。

你好第二类，设计规范有明确规定，对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制。对于变形裂缝没有计算规定，只按规范留伸缩缝，即留缝就不裂的设计原则。

你好大量工程实践证明，留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，是否开裂与许多因素有关。我们认为，控制裂缝应该防患于未然，首先尽量预防有害裂缝，重点在防。我国结构工程向长大化、复杂化发展，砼设计强度等级向C40～C60发展，设计师多注重结构安全，而对变形裂缝控制考虑不周，这也是结构裂缝发生增多的原因之一。

2.3 施工管理问题你好砼配合比设计是否科学合理，水泥与外加剂是否相适应，砂石级配及其含泥量是否符合规范要求，砼坍落度控制是否合理，这些都影响到砼的质量及其收缩变形。砼浇筑震捣不均匀密实，施工缝和细部处理马虎，会带来结构开裂的后患；过震则使浮浆过厚，抹压又不及时，则砼表面出现塑性裂缝，十分难看。边墙拆摸板过早（1～3d），砼水化热正处于高峰，内外温差最大；砼易“感冒”开裂。

你好砼养护十分重要，但许多施工单位忽视这一环节，尤其是墙体和柱梁的保温保湿养护不到位，容易产生收缩裂缝。某些露天构筑物尽管当地湿度很大，但由于吹风影响，加速了砼水分蒸发速度，亦即增加干缩速度，容易引起早期表面裂缝。这也许是夏季比秋冬季，南方比北方出现结构裂缝较多的原因。从已建工程调查中发现，底板养护较好，出现裂缝概率较低，而底板上外墙裂缝概率很高约占80％，这与保温保湿养护不足有很大关系。

你好除上述技术因素外，施工管理不严，赶进度，偷工减料，工人素质差，施工马虎等也是造成结构裂缝的人为因素。

2.4 对维护缺乏认识你好我们发现不少结构是在浇筑完3～6 月，甚至在1～2年内出现裂缝。除荷载问题外，主要是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些地下室不及时复土；上部结构不及时做好封闭；出入口长期敞开，屋面防水层破坏不及时修补等。这些与施工和业主对结构维护缺乏认识有关。钢筋砼结构与其他物件一样都存在“热胀冷缩”的特征，尤其超长结构更为明显，所以，应重视已浇结构的保温保湿维护工作。

3. 水泥混凝土防腐抗渗的基本原理

3.1 水泥混凝土的特性

水泥混凝土既没有钢材那样坚强，也没有钢材那样刚韧，为什么它是应用最广泛的工程材料呢？这有很多原因。首先，混凝土具有十分良好的抗水性。不象木材和普通钢材那样，混凝土能经受水的作用而不产生严重的变质，使它成为建造控制、贮蓄和运输水的结构物的理想材料。在水坝、渠道、水管和蓄水池工程中采用混凝土，在全世界几乎是到处可见。混凝土对一些具有侵蚀性水的耐受性，使得它的用途推广到许多有害工业和自然环境中去。暴露于潮湿环境中的结构构件：如桩、基础、地板、梁、柱、屋顶、外墙和路面，经常都用混凝土或钢筋混凝土来制造。钢筋混凝土在设计时，假定钢筋和混凝土这两种材料能共同承受力的作用。予应力混凝土是张拉混凝土中的钢筋或钢丝束，引入一定大小或—定分布的予应力，在一定的程度上抵消了由施加的荷载所产生的拉应力。可以肯定，极大数量的混凝土是用于制造钢筋混凝土或者预应力混凝土构件的。

混凝土得到广泛应用的第二个原因是，混凝土容易制得各式各样大小不同的结构构件。这是因为新拌混凝土具有良好的塑性和稠度，可方便地填筑于预先制作好的模板中。几小时之后，当混凝土已凝结硬化时，模板可移去留待重复使用。

工程师们对混凝土十分钟爱的第三个原因，是因为它总是工程上最易得到，并且是最便宜的材料。制造混凝土的主要成分——波特兰水泥和骨料——都相对地便宜，并在世界大多数地方较易获得。与大多数其它工程材料相比，生产混凝土所需的能耗要小得多，而且大量的工业废料可作为混凝土中胶凝材料或骨料的代用品。所以在将来，考虑到能源和资源保护，混凝土作为结构材料具有其不可替代的独特优势。

选用一种材料时，职业上的判断不仅要考虑材料的强度、尺寸稳定性和弹性性质，而且要考虑材料的耐久性。因为耐久性对结构的维修和更新费用，有重大经济意义。耐久性被定义为材料在给定的环境条件下的使用年限。一般，密实的或不透水的混凝土具有长期的耐久性。在希腊Rhode 岛上一个蓄水池内2700年龄期的混凝土及罗马人建造的许多水硬性混凝土结构，都是混凝土在潮湿环境中仍然具有耐久性的极好例证。耐久性差的混凝土渗水性，不仅取决于它的配合比、捣实的程度和养护，而且取决于正常的温度和湿度循环所造成的微裂纹。一般说来，混凝土的强度和耐久性之间有着密切的关系。

材料领域内的进展，主要在于认识了材料的各种性能是由其内部结构而决定的；换句话说，材料性能可以通过适当地改变材料的结构或构成而予以改性。虽然混凝土是应用最广泛的结构材料，但其内部结构是不均匀的，而且高度复杂。混凝土的结构与性能的关系至今尚未很好阐明。混凝土不同于其它工程材科，其结构并不保持稳定（即其结构不是材料固有的特征）。这是因为，结构的两个组分，即硬化水泥浆体和过渡区，随时间、环境湿度和温度的变化而变化。

理论上结构——性能的关系模型，一般对预测工程材料行为有较大帮助，而对混凝土则几乎毫无用处，其主要理由在于混凝土结构的高度不均匀性和其动力学特性。有关混凝土各组分结构的重要特征方面的知识，对了解和控制复合材科的性质仍然是基本的。

骨料相最主要是对混凝土容重、弹性模量、尺寸稳定性起作用。这些混凝土性质在很大程度上取决于骨料的容重和强度，同时也取决于骨料结构的物理特性，而不是化学特性。换句话说，骨料相中的化学或矿物组成通常较之物理特性诸如体积、尺寸和孔分布等的重要性要小。

除孔隙率外，粗骨科的形状和结构同样也影响混凝土的性质。通常，天然砾石呈圆形，具有光滑的表面结构。破碎的岩石表面具有粗糙结构；粗糙度取决于岩石类型及所选择的破碎设备。破碎的骨料可以含有相当数量的扁平和长条颗粒，这类颗粒对混凝土许多性质起不良影响。呈高度蜂窝状的浮石轻骨料同样呈多角形和粗糙结构，但陶粒或页岩轻骨料通常呈圆形和光滑结构。

混凝土材料的非匀质及非等向性的程度，取决于原材料的均匀性、水泥骨料比和水灰比，以及搅拌、浇注、震捣和养护等施工操作工艺。此外，在硬化早期应力作用下，混凝土内部形成的微裂缝具有一定的方向性，对硬化后期的不同应力状态、微裂缝的发展和变形将有不同的反应，这是混凝土的受力后非等向性。

3.2 复杂的微观内应力（变形）状态

如果将一块混凝土按比例放大，就可看作由粗骨料和硬化的水泥砂浆这两种性质迥异的主要材料构成的非线性、三维实体结构物。在承受荷载之前和之后，都存在十分复杂的微观应力（应变）场。这正是混凝土材性变化大和性能指标离散的主要原因。

在混凝土的凝固过程中，水泥的水化作用产生凝胶体，使水泥砂浆逐渐变稠、硬化，和粗骨料粘结成一整体。在此同时，混凝土因水分逐渐逸出而变干燥，水泥砂浆发生的收缩量远大于粗骨料的收缩量。此收缩差使粗骨料受压， 而砂浆受拉。 虽然任一截面上的应力合力为零，但局部的收缩应力值可能很大，以致在粗骨料界面上形成微裂缝。

同样，由于粗骨科和硬化水泥浆间的线膨胀系数的差别，即使两者的温度变化相同，也因为变形的不一致、又相互约束而产生不均匀的三维应力场。更何况混凝土是热情性材料（导热系数A＝（0.81—1.86）w／m.K），因为水化热、环境温度变化或事故（火）升温等因素影响， 将使混凝土表层和内部形成较大的温度差，内部的微观温度应力（应变）场更为复杂、变化大。

当结构承受外力的作用，即使局部混凝土的宏观应力均匀，也会因为粗骨料的随机排列和水泥砂浆的不规则形状、两者的弹性（或变形）模量和抗拉、压强度的差别，以及粗骨料周边的接触状况的不同而存在着不均匀的微观应力场， 不仅主要截面，其它任何方向截面上的应力分布都不均匀。至于混凝土内存在的各种气孔和缝隙，其尖端附近的局部应力集中区，微观的应力变化大且应力值高，而进入塑性阶段（可参考断裂力学理论）。

所有这些都表明，从微观上分析混凝土必然是一个非常复杂的、不确定的。 三维应力（变形）状态，对于混凝土的开裂、裂缝发展、变形、极限强度和破坏形态等都有很大影响。

3.3 变形的多元组成

混凝土承受的应力作用或环境条件的变化都将发生相应的变形， 它们主要由三部分组成：

粗细骨料的弹性变形——占混凝土体积中绝大部分的砂石，本身的强度和弹性模量均高出混凝土的很多，在达到混凝土的最大应力（极限强度）时其变形一般仍在弹性范围以内，即变形与应力值成正比，卸载后变形可全部恢复，不留残余应变。

水泥凝胶体的粘性流动——水泥水化作用形成的凝胶体在数十年内还不是一种形状绝对固定的材料（尽管其变形量很小）。在应力作用下，除了即时发生的变形外，还将随时间的延续而发生缓慢、但逐渐收敛的粘性流动，使混凝土的变形不断增长，从而构成塑性变形。当应力卸除后，即时恢复的变形有限，随后恢复的变形虽在继续，但始终仍存在较大的残余变形。混凝土承受的应力越大。则塑性变形和残余变形增加越多。

微裂缝的形成和扩展——拉应力作用下，在应力的垂直方向形成微裂缝，并迅速扩展，使拉应变大大增加。压应力作用下， 在大致平行于应力方向形成纵向裂缝，穿过骨料界面和水泥砂浆，减弱了相邻部分的联系；裂缝端部的局部集中应力造成水泥砂浆的损伤。形成薄弱区，使纵向变形增大许多。在峰值应力后，虽然混凝土的应力减小，但变形将继续增大。全部卸载后，这部分变形基本上不能恢复。

对于不同的材料和组成的混凝土，在不同的应力阶段，这三部分变形所占的比例有很大变化。一般情况下，当应力水平较低时。骨料的弹性变形占主要成分；随着应力的加大，水泥凝胶体的粘性流动变形逐渐增大；接近混凝土极限强度值时，裂缝变形才有明显作用，但其变形值大，超过其它两部分的变形，在峰值强度后的下降段，成为变形的主体。

在卸载过程中，骨料的弹性变形可全部恢复，而水泥凝胶体的粘性流动变形出现应变恢复滞后现象。全部卸载后的混凝土残余变形则由裂缝变形和粘性流动变形组成。 此外，当混凝土刚开始承受应力时，骨料和水泥砂浆共同协调/分担应力和变形。如果维持应力不变，由于水泥凝胶体的粘性流动变形随时间的延续而增大，混凝土的总变形将随之增加，在骨料和水泥砂浆间应力将会有相应的重分布。

3.4 应力状态和途径对力学性能的影响

混凝土单独受拉强度和受压强度的比值约为1； 10，相应的峰值应变比值约为1：20，两者的破坏机理和形态差别显著。这与钢、木等结构材料的拉、压强度和变形接近相等的状况形成鲜明的对比。这种基本拉压状态下力学性能的巨大差别，使得混凝土在多轴应力状态下的强度、变形和破坏特征等随主应力的拉、压和应力比值的不同，而在很大幅度内变化。

至于更复杂的受力状态，如不均匀受力（存在应变梯度）、荷载（应力）多次重复作用、边界受有约束、达到相同应力值的途径不同等等，因为变形组成的差别、内部微裂缝的方向性、损伤的积累等，而形成了混凝土不同的力学性能反应，并给混凝上带来一些新的特点。

3.5 时间和环境条件对力学性能的影响

水泥与水产生的水化作用，从水泥颗粒的表层往内部慢慢深入发展，混凝土逐渐成熟，这一过程将持续数十年而不终止。在此期间， 混凝土周围的环境条件既影响水泥水化作用的程度（即混凝土的成熟度），又与混凝土材科发生多种物理的和化学的作用， 对混凝土的力学性能造成各种有利或不利的影响。

随着混凝土龄期的增长，水泥凝胶体的粘结强度不断增强、流动性不断减弱，因而提高了混凝土的强度和弹性模量值。另一方面，混凝土在应力的长期作用下，由于水泥凝胶体发生持续的粘性流动和内部微裂缝的发展，其变形将随时间而增大（徐变）。长期强度将有所降低。

周围环境的温度变化使混凝土内部形成不均匀温度场，因而影响水泥的水化作用速度，产生温度变形和内应力，甚至出现裂缝。环境的湿度影响混凝土内水分的迁移速度和数量、含水量分布、收缩变形和内应力状态，以及微裂缝的出现。这些都将使混凝土的强度和变形发生相应的变化。、

大气中的CO2气体使混凝土表层碳化，碳化层随时间而逐渐加厚；环境中的某些化学介质对混凝土有腐蚀作用等，都影响混凝土的微裂缝扩展、强度和耐久性。

混凝土材料特点，决定了其力学性能的复杂、多变和离散，再加上混凝土原材料的性质和配合比的差别， 更造成从微观的定量理论分析来研究混凝土力学性能的困难。从结构工程的观点，通常取尺度为≧70mm或3—4倍粗骨料粒径的混凝土试件作为单元，看作是连续、等向的均质材料，且性能在短时间（小时级）内稳定，以其平均的强度、变形值以及宏观的破坏形态作为研究的标准，并且用同样尺度的试件进行力学性能测定，经过总结、分析后建立强度准则和本构关系，应用于实际工程具有足够的准确度。

3.6 聚合物改性水泥混凝土的基本情况

将聚台物乳液掺入新伴混凝土中，可使混凝土的性能得到明显的改善，这类材料称之为聚合物改性水泥混凝土。其英文缩写为PMC（Polywer Modified Concrete）。

聚合物乳液改性水泥材料的第—项专利在1924年发表于Lefebure，从此，使用各种聚合物乳液改性砂浆和混凝土的研究及研制在很多国家积极地进行着。近些年聚合物改性砂浆和改性混凝土已广泛地用作建筑材料，这是因为该种材料具有高的强度，其弯曲、粘接、防水、耐久性等都较好。

国内外用于水泥混凝土改性剂的聚合物品种繁多，基本上分为三种类型，即聚合物乳液、水溶性聚合物和液体树脂。

用于改性水泥材料的聚合物乳液，大多数已经专门作为水泥材料的外加剂，如聚醋酸乙烯脂（PVAC）、丁苯胶乳（SBR） 、聚偏二氯乙烯（PVDC） 、丙烯酸和改性丙烯酸等。聚合物应是粉状的或水分散体的形式，在分散相中，固体聚合物的颗粒应该是分散的、均匀的和稳定的，为此要采用合适的乳化剂和稳定剂（保护胶体）。20世纪30年代，首先使用的聚合物是天然橡胶浆，其后是聚醋酸乙烯乳液。70年代以后广泛采用丁苯胶乳、氯丁胶乳、丙烯酸酯共聚乳液等。过去几十年中用作改性水泥材料的聚合物.

聚合物乳液做水泥材料改性剂时，可以部分地取代或全部取代拌合水。经过改性之后大部分砂浆的碱性与普通水泥砂浆的碱性一样，具有保护钢筋的作用，而且砂浆保护层厚度只需12—15MM.聚合物胶乳有如下几个方面的特性：

（1） 作为减水塑化刑，在保持砂浆和易性良好、收缩较小的情况下。可以降低水灰比；

（2） 可以提高砂浆与老混凝土的粘结能力；

（3） 提高修补砂浆对水、二氧化碳和油类物质的抗渗能力， 而且还能增强对一些化学物质侵蚀的抵抗能力；

（4） 在一定程度上，可以用作养护剂；

（5） 增加砂浆的抗弯、抗拉强度。

单体的类型、所用的乳化剂和保护胶体使得聚合物分散体具有不同的特性， 添加剂的影响及不同类型聚合物的影响当选择聚合物做混凝土或砂浆的改性剂时，必须满足很多要求，如：

（1）改善和易性和弹性；

（2）增加力学强度，尤其是弯曲强度，粘接强度和断裂伸长率；

（3）减少收缩；

（4）提高抗磨性能；

（5）提高耐化学介质性能， 尤其是盐、水和油；

（6）提高耐久性。

制备聚合物分散体系应尽量注意以下问题：

（1）对水泥的水化和胶结性能无不良影响i

（2）在水泥的碱性介质中不被水解或破坏；

（3）对钢筋无锈蚀作用。

从聚合物的结构组成考虑，PVDC胶乳建议不要用作钢筋混凝土的修补砂浆，因为其中的游离氯化物随时间推移有可能释放出来。 PVAC共聚胶乳作为粘接剂广泛用于建筑工程，但最好不要用在潮湿的条件下，因为在潮湿的碱性条件下，聚合物有可能分离而降低砂浆性能。 为使聚合物乳液具有对水泥水化产物中大量多价金属离于的化学稳定性及对搅拌时产生的剪切力的机械稳定性，满足施工和易性的要求，需要加入稳定剂、消泡剂等辅助材料，有的生产厂家巳将辅助材料预先加到乳液产品中。

4. 结束语

通过阅读和查阅有关文献资料，使我在较短的时间内对水泥混凝土有了较为清醒的认识。所阅读文献的相当一部分知识，是要在实际应用中才能充分体会和掌握的，因此，在阅读的基础上，尤其要坚持深入现场，敏于思考，惯于学习，才能继续消化和巩固所读到的知识。同样，必要的试验也是推进研究工作进展的重要手段，只有把文献阅读和现场实验工作有机结合起来，才能准确把握混凝土抗硫酸盐侵蚀和控裂抗渗技术的要点，进而突破关键点，攻克难点。

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