混凝土抗渗性能研究的现状与进展（三）

3.材料组成和配合比的影响
混凝土的抗渗性应在配合比设计中首先考虑。Larson和Mc Vay[ 13]在1993年提出，强度和耐久性不是相关的性质；氯离子渗透性作为混凝土耐久性的一部分，可以通过在配合比设计中采取措施来保证；在混合设计中应考虑强度和耐久性的要求。
3.1粉煤灰和硅灰
在外掺料对混凝土抗渗性影响的研究中，粉煤灰和硅灰可能是研究最多的外掺料。20世纪70年代以来，欧美、日本等一些发达国家发现，50年代以后修建的混凝土工程设施，往往比30年代以前修建的混凝土工程设施出现病害、裂缝甚至严重损坏。日本新干线使用不到十年，混凝土大面积开裂剥落。据分析，这与近年来水泥制品细度降低、活性增加，导致水化反应加快、放热加剧、干燥收缩增大有关，最终导致混凝土温度收缩和干燥收缩引起的裂缝增多[14，15]。微裂缝和宏观裂缝的增加不利于混凝土的抗渗性和耐久性。因此，人们在配制高性能混凝土时，往往会添加粉煤灰等添加剂来替代部分水泥，一方面降低了成本，另一方面也减少了热裂。
关于掺粉煤灰和硅灰提高混凝土抗渗性的好处，文献不计其数，难以一一列举。但有必要确定粉煤灰含量的上限。文献[16]研究了大量粉煤灰对混凝土抗渗性的影响。研究中未掺粉煤灰的基准加气混凝土的28天强度为41 MPa在掺粉煤灰的混凝土配合比中，用粉煤灰取代水泥重量的0% ~ 70%。试验中测试了抗压强度、氯离子渗透性、空气渗透性和水渗透性。结果表明，在28d龄期时，无粉煤灰混凝土的透气性低于高掺量粉煤灰混凝土。在91天龄期，当混凝土取代量为50%时，空的透气性最低，透水性也最低。一般来说，只要水泥替代量不超过50%，粉煤灰的加入就会降低温凝土的氯离子渗透性。切利克·奥兹伊尔迪姆[ 17]发现，在水灰比为0.14 ~ 0.145时，少量硅灰(3% ~ 5%)和高达47%的矿渣可以获得既经济又有足够强度的低渗透混凝土。他得出结论，用矿渣作为胶凝材料的一部分制备的混凝土比用普通硅酸盐水泥制备的混凝土更耐氯离子渗透。
在中国和许多其他国家，由于现行规范的限制，结构混凝土中粉煤灰的含量往往不超过25%。这说明规范的概念已经滞后，参考文献[15]认为应该有新的规范来指导抗渗耐久混凝土的配制和使用。
众多文献指出，掺入硅灰对混凝土的强度和抗渗性具有优异的增强效果[17，19，20]；对其性能的研究是目前国际混凝土界的热点方向之一。但由于硅灰是电弧炉冶炼硅铁合金的副产品，来源相对匮乏，应用上的冷淡与研究上的热情形成较大反差，略显尴尬。
3.2其他组分材料
除了硅灰、粉煤灰等人工火山灰材料外，还有其他可能影响混凝土抗渗性的组分。文献[21]研究了掺入混凝土中的聚丙烯纤维是否会与混凝土的各种附加组分发生反应，如粉煤灰、硅灰或磨细高炉矿渣等，导致抗渗性降低。通过试验，确定聚丙烯纤维虽然会降低温凝土的抗渗性，但聚丙烯纤维基本不与上述其他组分发生反应，加入聚丙烯纤维后上述组分对混凝土抗渗性的积极影响依然存在，也就是说合成纤维不会影响混凝土的耐久性。膨胀剂对混凝土抗渗性的影响取决于内部和外部对混凝土膨胀的限制。孙伟等人在文献[22]中研究了钢纤维、合成纤维和膨胀剂对混凝土硬化过程中收缩开裂的影响。研究结果表明，钢纤维和膨胀剂混合使用可以增强混凝土，钢纤维可以对膨胀产生很大的内部约束，使混凝土更加密实。混合加固法可以达到很好的抑制硬化过程中收缩开裂的效果，从而大大提高抗渗性。
一般认为引气剂有助于提高混凝土的抗渗性；然而，参考文献[1]提出，引气剂有助于混凝土的水密性，但无助于抗渗性。
针对流动混凝土用量大幅增加的现状，参考文献[23]研究了高效减水剂对混凝土渗透性的影响；试验表明，当减水剂掺量达到水泥掺量的110%，坍落度超过200mm时，硅灰的抗渗性非常重要。不掺硅灰的混凝土渗透性是掺硅灰混凝土的3 ~ 5倍。此外，根据AASHTO T277标准的氯离子渗透试验不够灵敏，不足以揭示超塑化剂含量和坍落度对混凝土材料微观结构的影响。
3.3水灰比
一般认为，在材料的组成和配合比中，水灰比是影响混凝土抗外加剂性能的因素；文献[1]甚至得出结论，事实上，当水灰比小于0.13，特别是掺入硅灰时，混凝土可以认为是不透水、不抗氯离子的，这样的混凝土可以在以下暴露条件下工作:(1)高水头压力；(2)需要防止氯化物腐蚀；(3)存在不良的冻融条件；(4)抵抗有害化学物质的侵蚀。只要限定水灰比不超过0.14，就可以获得足够抵抗高水压的低渗透性混凝土。笔者认为，如果不考虑时间因素，文献[1]中的这些结论无疑是正确的，但从上述近年来高强高性能混凝土的一些耐久性病害来看，上述结论难免有失偏颇。配合比设计不仅要考虑新浇混凝土的抗渗性，还要考虑服役期间工作环境中微裂缝扩展导致的抗渗性恶化。当然，这是一个很复杂的问题。从下面的介绍可以看出，这方面的每一步前进都是非常艰难的。