Gas and Water Permeability of Concrete

Abstract

The gas pressure of concrete samples was measured in an unsteady-state equipment working under low injection pressures and in a newly fine tuned steady-state setup working under different pressures. These measurements allowed the estimation of the intrinsic and relative gas permeability of the concrete and of the effect of boundary conditions on them.

Permeability decreased with water content, but it was also greatly affected by the hydraulic history of concrete, i.e. if it had been previously dried or wetted. In particular, and for a given degree of saturation, the gas permeability of concrete previously saturated was lower than if the concrete had been just air dried or saturated after air drying. In any case, the gas permeability was about two orders of magnitude higher than the liquid water permeability (10-16 vs. 10-18 m2), probably due to the chemical reactions taking place during saturation (carbonation). The relative gas permeability of concrete increased sharply for water degrees of saturation smaller than 50%.

The boundary conditions also affected the gas permeability, which seemed to be mostly conditioned by the backpressure and the confining pressure, increasing as the former increased and decreasing as the latter increased, i.e. decreasing as the effective pressure increased. Overall the increase of pressure head or injection pressure implied a decrease in gas permeability. External,microcracking during air-drying could not be ruled out as responsible for the decrease of permeability with confining pressure.

The apparent permeability obtained applying the Klinkenberg method for a given effective pressure was only slightly smaller than the average of all the values measured for the same confining pressure range. For this reason it is considered that the Klinkenberg effect was not relevant in the range of pressures applied.

Se ha medido la permeabilidad al gas de muestras de hormigón en un equipo de carga variable en el que se aplican presiones bajas y en un equipo de carga fija, puesto a punto para este proyecto, en el que se aplican presiones más altas. Con estas medidas se han estimado la permeabilidad intrínseca y relativa del hormigón y el efecto de las condiciones de contorno sobre ellas.

La permeabilidad al gas disminuye con la humedad, pero también depende de la historia hidráulica del hormigón. En concreto, para un grado de saturación dado la permeabilidad del hormigón previamente saturado es más baja que la de éste sólo secado al aire o saturado después de haber sido secado al aire. La permeabilidad al gas es dos órdenes de magnitud inferior que la permeabilidad saturada al agua (10-16 vs. 10-18 m2), probablemente debido a las reaccionesquímicas que se producen durante la saturación (carbonatación). La permeabilidad relativa al gas aumenta significativamente para grados de saturación en agua inferiores al 50%.

La permeabilidad al gas también se ve afectada por las condiciones de contorno, en particular por la presión de cola, con la que aumenta, y la confinante, con la que disminuye, es decir, en general disminuye al aumentar la presión efectiva. Normalmente, al aumentar la carga hidráulica o la presión de inyección la permeabilidad disminuye. La microfracturación superficial durante el secado no puede descartarse como responsable de la disminución de la permeabilidad con la presión confinante.

La permeabilidad aparente obtenida mediante el método Klinkenberg para una presión efectiva dada es sólo algo inferior a la media de todos los valores medidos para el mismo rango de presiones confinantes, por lo que se considera que el efecto Klinkenberg no es relevante en el rango de presiones aplicadas.