混凝土抗渗性能研究的现状与进展（四）

4.服役期间的工作环境导致微裂缝扩展，导致抗渗性变差
如前所述，对于混凝土结构来说，并不是只有满足某些外加剂、掺合料和水灰比的要求才能保证耐久性。这是因为混凝土在工作中必须承受各种载荷和变形；在荷载、变形和气候的作用下，混凝土的微观结构会逐渐劣化，在表面和内部产生微裂缝。然而，混凝土的开裂通常会导致渗流通道相互连通，增加混凝土的渗透性。这种由裂缝扩展引起的渗透性增加，使得更多的水和有害化学成分渗透到混凝土中，导致混凝土性能的进一步劣化和开裂。这样的连锁反应:劣化-开裂-渗透性增加-进一步劣化最终会导致混凝土结构的毁灭性破坏。Shah和Wang根据一项仍在进行的广泛研究的初步结果，给出了混凝土微观结构、渗透性、开裂和耐久性之间的关系。指出耐久性混凝土配合比设计应考虑三个标准:强度、渗透性和抗裂性[24]。
4.1静荷载下微裂缝扩展对混凝土抗渗性的影响
在荷载和变形对混凝土抗渗性影响机理的定性分析上，人们很容易达成共识。权威的观点是:在施加外荷载之前，砂浆和骨料之间存在粘结裂缝，砂浆和骨料本身也存在微裂缝，但这些微裂缝与粘结裂缝相比微不足道；Slate、F1O1、K1C1Hover1在参考文献[25]中认为，在外加荷载不超过极限荷载的30%之前，粘结裂缝的增量可以忽略；如果载荷进一步增加，粘结裂纹的宽度和长度都会增加。当荷载达到极限荷载的70% ~ 90%时，砂浆中的微裂缝已经发展延伸，并开始连接粘结裂缝；如果是高强混凝土，骨料中已经开始出现微裂纹。因此，在混凝土中形成了复杂的裂缝网络。T1Hsu等人在文献[26]中指出，连续裂缝在混凝土内部扩展延伸，导致混凝土体积增大。这意味着在混凝土中形成了大于毛细管尺寸的内部孔空间隙系统。这将为气体、液体和可溶性固体在混凝土内部迁移提供潜在的通道。
从这个角度来看，似乎可以肯定的是，承受荷载的混凝土抗渗性大大减弱。否则，定性分析是一回事，得到工程界认可的定量结论又是另一回事。目前，不同的研究者基于自己的实验结果得出的结论并不十分一致。Samaha、H1R1和K1C1Hover在参考文献[27]中得出结论，砂浆裂缝发展的严重程度决定了混凝土对水流通过其内部的阻力。当压缩静荷载小于极限荷载的75%时，荷载引起的微裂缝对混凝土的运输性能影响不大。当荷载超过这个值时，混凝土对水流和离子运动的阻力下降20%左右。卢迪尔贾、D1、R1L1Berger和J1F1Young在参考文献[28]中进行了荷载和渗透性试验，以评估外部荷载引起的混凝土内部损伤。在水渗透性试验之前，样品承受90%的极限载荷。结果表明，虽然此时混凝土中已产生明显的微裂缝，但水渗透性的附加值并不高。Abdy Kermanit[ 29]在应力水平S = 0、0.3、0.4、0.5、0.6、0.17下对三种配合比的圆柱体试件进行压缩试验，加压时保持荷载五分钟，然后对试件进行压力水渗透试验；结果表明，当应力水平为0.4时，混凝土的渗透性最低，当应力水平超过0.14时，混凝土的渗透性急剧增加。当应力水平从0.4变化到0.7时，渗透系数从小于4 × 10-13变化到大于5 ×10-11ms-1。
笔者认为上述研究结论差异如此之大，试验条件的差异是重要的一个。不同的荷载形式对抗渗性有不同的影响。例如，当圆柱形试件受到径向压力时，其在纵向上的不渗透性将由于上述载荷而提高，因为径向载荷使材料中的纵向孔隙被压缩，水通过纵向孔隙变得更加困难。因此，不难想象，同样研究压缩荷载对抗渗性的影响，如果实验机的压头对试件的侧向变形有不同程度的约束，对试验结果的影响会很大。