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摘要：混凝土水饱和系数直接影响其抗冻性和耐腐蚀性。本文采用将混凝土试件分别浸入水溶液和盐溶液（3.5% NaCl）的方法研究混凝土的饱和系数。研究在自然条件下，用正交方法分析水胶比、含气量和掺合料三个因素对混凝土饱和系数的影响。试验结果表明，自然状态下混凝土在水溶液和盐溶液中的饱和系数不同，水溶液的饱和系数小于盐溶液中的饱和系数，且两者的变化规律一致，即饱和系数随水胶比的增大而增大，随含气量的增大而减小，随掺合料用量的增加而减小。
关键词：混凝土 饱和系数 含气量水胶比
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1.概述
混凝土的冻融破坏现象在三北地区普遍存在。而混凝土的抗冻性与降温速度、可冻水的含量、水饱和系数、材料的渗透系数以及抵抗破坏的能力等因素有关。其中主要影响因素是水灰比、掺合料、水泥用量、含气量、孔結构等，而水胶比、掺合料和含气量又直接影响着混凝土的水饱和系数。
2. 原材料和试验方法
1) 原材料
表1
本试验选用的正交表是L9（34），三个因素分别为水胶比、含气量和掺合料。试验采用天鹅牌P∙O 32.5和P∙O 42.5水泥；细集料为细度模数为2.69的中砂，表观密度为2552kg/m3；粗集料为最大粒径为19mm的连续级配碎石，表观密度2708kg/m3；І级粉煤灰，UNF-5高效减水剂和SJ-2引气剂。为避免机油的憎水作用，试验中采用脱模剂代替以往试验常用的机油作为脱模剂。试验用混凝土的配合比表1。
2) 试验方法
将标准养护24d的100mm×100mm×200mm棱柱体试件各取3个浸泡于水溶液(或盐溶液)中，浸泡4d后称重，记为m0。然后在鼓风干燥箱中80℃下烘干至恒重，称得试件干质量为md。按下式计算各试件的实际饱和系数：
式中Sact——试件的实际饱和系数；
m0 ——标准养护24d，浸泡4d后质量(g)；
md ——混凝土试件的干质量(g)；
ρ ——水的密度(g/cm3)；
V0——试件的体积(cm3)；
P ——混凝土的孔隙率(%)。
3. 试验结果与分析
1）直观分析结果
按上述实验方法可得试验结果见表2。由试验结果直观分析可以看出，影响混凝土水溶液中的饱和系数的主要因素是水胶比，而影响混凝土在盐溶液中的饱和系数的主要因素则是含气量。同时，混凝土盐溶液中的饱和系数大于水溶液中的饱和系数。
表2混凝土自然饱和系数直观分析
从表2可以看出，对于混凝土水中自然饱和系数而言，水胶比的影响较大；对于混凝土盐溶液(3.5%NaCl)自然饱和系数而言，含气量影响较大。
2）各因素影响趋势图
从图中可以看出混凝土在盐溶液中自然饱和系数大于水中自然饱和系数，并且两者都随着混凝土水胶比的增大而增大，随着含气量的增加而减小，随着掺合料的增加而减小。但是水胶比对混凝土这两种饱和系数的影响稍有区别，水胶比对混凝土自然吸水饱和系数影响较大，这与直观分析的结果一致。
3）方差分析结果
表3
由方差分析表中看出，对于混凝土水中自然饱和系数而言，水胶比和含气量的影响较显著，而对于混凝土在盐溶液中自然饱和系数而言，则是含气量的影响较显著。
混凝土水胶比的变化对混凝土孔结构的影响很大，减小水胶比可使混凝土的临界孔径和最可几孔径均减小[1]，从而直接影响到它的渗透性。当水胶比较低时，混凝土的毛细孔隙率低于临界值，毛细孔被切断，水必须透过凝胶孔渗透，此时凝胶孔控制着混凝土的渗透性[2]；当混凝土的水胶比较大时，内部含有大量未起水化作用的游离水分蒸发后便残留孔隙。这些孔隙一部分是封闭性的，这种孔隙不能为外界的水所侵入(在低水压情况下)，仅在高压或真空状态下才和外界沟通，由引气剂引入的气孔大部分为这种封闭的孔。另一部分孔隙是开放性的，具有毛细管的性质，成为连通的毛细管网。由此可知，混凝土的水胶比如果较大，试件内部含有大量的毛细孔，混凝土的渗水性主要取决于这种开放性孔隙的数量，即相对含气量而言，水胶比对混凝土自然吸水饱和系数的影响较大。
当混凝土浸入盐溶液当中时，溶于水中的盐进入混凝土内部是一个扩散过程，Cl－的扩散是从浓度高的区域向浓度低的区域迁移，对于混凝土内部的封闭孔隙来说，孔壁的内外同样存在离子的浓度差，即存在盐溶液进入封闭空隙的驱动力[3]。对于开放孔，盐溶液容易进入；而对于封闭孔，盐溶液也可进入，混凝土内部的空隙率大，进入的盐溶液就多，即混凝土内部的饱和系数就大。故相对水胶比而言，含气量对混凝土盐溶液中的自然饱和系数的影响大。
结论
自然状态下混凝土在水中和盐溶液中的饱和系数不同，水中的饱和系数小于盐溶液中的饱和系数，且两者的变化规律一致，即饱和系数随水胶比的增大而增大，随含气量的增大而减小，随掺合料用量的增加而减小。对于混凝土自然吸水饱和系数而言，水胶比影响较大；而含气量对盐溶液条件下的自然饱和系数影响较大。
参考文献
潘钢华, 秦鸿根, 孙伟等. 粉煤灰混凝土冻融破坏机理研究. 建筑材料学报. 2002, 3(5): 38~40
Osama A. Mohamed, Kevin L. Rens and Judith J. Stalnaker. Factors Affecting Resistance of Concrete to Freezing and Thawing Damage. Journal of Materials in Civil Engineering. 2000. 2: 108
关键词：混凝土 饱和系数 含气量水胶比
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1.概述
混凝土的冻融破坏现象在三北地区普遍存在。而混凝土的抗冻性与降温速度、可冻水的含量、水饱和系数、材料的渗透系数以及抵抗破坏的能力等因素有关。其中主要影响因素是水灰比、掺合料、水泥用量、含气量、孔結构等，而水胶比、掺合料和含气量又直接影响着混凝土的水饱和系数。
2. 原材料和试验方法
1) 原材料
表1
本试验选用的正交表是L9（34），三个因素分别为水胶比、含气量和掺合料。试验采用天鹅牌P∙O 32.5和P∙O 42.5水泥；细集料为细度模数为2.69的中砂，表观密度为2552kg/m3；粗集料为最大粒径为19mm的连续级配碎石，表观密度2708kg/m3；І级粉煤灰，UNF-5高效减水剂和SJ-2引气剂。为避免机油的憎水作用，试验中采用脱模剂代替以往试验常用的机油作为脱模剂。试验用混凝土的配合比表1。
2) 试验方法
将标准养护24d的100mm×100mm×200mm棱柱体试件各取3个浸泡于水溶液(或盐溶液)中，浸泡4d后称重，记为m0。然后在鼓风干燥箱中80℃下烘干至恒重，称得试件干质量为md。按下式计算各试件的实际饱和系数：
式中Sact——试件的实际饱和系数；
m0 ——标准养护24d，浸泡4d后质量(g)；
md ——混凝土试件的干质量(g)；
ρ ——水的密度(g/cm3)；
V0——试件的体积(cm3)；
P ——混凝土的孔隙率(%)。
3. 试验结果与分析
1）直观分析结果
按上述实验方法可得试验结果见表2。由试验结果直观分析可以看出，影响混凝土水溶液中的饱和系数的主要因素是水胶比，而影响混凝土在盐溶液中的饱和系数的主要因素则是含气量。同时，混凝土盐溶液中的饱和系数大于水溶液中的饱和系数。
表2混凝土自然饱和系数直观分析
从表2可以看出，对于混凝土水中自然饱和系数而言，水胶比的影响较大；对于混凝土盐溶液(3.5%NaCl)自然饱和系数而言，含气量影响较大。
2）各因素影响趋势图
从图中可以看出混凝土在盐溶液中自然饱和系数大于水中自然饱和系数，并且两者都随着混凝土水胶比的增大而增大，随着含气量的增加而减小，随着掺合料的增加而减小。但是水胶比对混凝土这两种饱和系数的影响稍有区别，水胶比对混凝土自然吸水饱和系数影响较大，这与直观分析的结果一致。
3）方差分析结果
表3
由方差分析表中看出，对于混凝土水中自然饱和系数而言，水胶比和含气量的影响较显著，而对于混凝土在盐溶液中自然饱和系数而言，则是含气量的影响较显著。
混凝土水胶比的变化对混凝土孔结构的影响很大，减小水胶比可使混凝土的临界孔径和最可几孔径均减小[1]，从而直接影响到它的渗透性。当水胶比较低时，混凝土的毛细孔隙率低于临界值，毛细孔被切断，水必须透过凝胶孔渗透，此时凝胶孔控制着混凝土的渗透性[2]；当混凝土的水胶比较大时，内部含有大量未起水化作用的游离水分蒸发后便残留孔隙。这些孔隙一部分是封闭性的，这种孔隙不能为外界的水所侵入(在低水压情况下)，仅在高压或真空状态下才和外界沟通，由引气剂引入的气孔大部分为这种封闭的孔。另一部分孔隙是开放性的，具有毛细管的性质，成为连通的毛细管网。由此可知，混凝土的水胶比如果较大，试件内部含有大量的毛细孔，混凝土的渗水性主要取决于这种开放性孔隙的数量，即相对含气量而言，水胶比对混凝土自然吸水饱和系数的影响较大。
当混凝土浸入盐溶液当中时，溶于水中的盐进入混凝土内部是一个扩散过程，Cl－的扩散是从浓度高的区域向浓度低的区域迁移，对于混凝土内部的封闭孔隙来说，孔壁的内外同样存在离子的浓度差，即存在盐溶液进入封闭空隙的驱动力[3]。对于开放孔，盐溶液容易进入；而对于封闭孔，盐溶液也可进入，混凝土内部的空隙率大，进入的盐溶液就多，即混凝土内部的饱和系数就大。故相对水胶比而言，含气量对混凝土盐溶液中的自然饱和系数的影响大。
结论
自然状态下混凝土在水中和盐溶液中的饱和系数不同，水中的饱和系数小于盐溶液中的饱和系数，且两者的变化规律一致，即饱和系数随水胶比的增大而增大，随含气量的增大而减小，随掺合料用量的增加而减小。对于混凝土自然吸水饱和系数而言，水胶比影响较大；而含气量对盐溶液条件下的自然饱和系数影响较大。
参考文献
潘钢华, 秦鸿根, 孙伟等. 粉煤灰混凝土冻融破坏机理研究. 建筑材料学报. 2002, 3(5): 38~40
Osama A. Mohamed, Kevin L. Rens and Judith J. Stalnaker. Factors Affecting Resistance of Concrete to Freezing and Thawing Damage. Journal of Materials in Civil Engineering. 2000. 2: 108