1 引言

　　混凝土從本質(zhì)上來說，是一種成分極其復雜的多孔材料�？紫兜姆植煎e綜復雜，而且孔徑的分布極廣。氯離子在混凝土中的擴散性與其微觀孔結(jié)構(gòu)有很強的相關(guān)性，而氯離子在混凝土中的的擴散性是影響結(jié)構(gòu)耐久性的一個重要因素。本論文在推導氯離子擴散公式的基礎(chǔ)上，通過分析混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu)，包括總孔隙率、毛細孔隙率和孔隙總體積等對氯離子在混凝土中擴散性的影響，從而找出它們之間的相互關(guān)系。

　　2 菲克第二定律氯離子擴散模型

　　對于氯離子自然擴散試驗而言，在假定混凝土材料是各向同性均質(zhì)材料、氯離子是唯一的滲入混凝土中的離子且不與混凝土發(fā)生反應的條件下，用Fick第二定律計算自然擴散試驗中的氯離子擴散系數(shù)。

　　3 孔隙特征對氯離子擴散性的影響機理

　　混凝土是一種非均質(zhì)固-液-氣三相多孔體系。其內(nèi)部既存在固相的水泥水化產(chǎn)物和骨料，又有水和空氣充填于各級孔隙之中。其中任何一相體系的性質(zhì)發(fā)生變化都會影響氯離子在混凝土中的擴散性。而混凝土的孔徑尺寸會同時影響混凝土固-液-氣三相的物理化學性質(zhì)。因此，混凝土孔徑特征會在多方面明顯影響氯離子在混凝土中的擴散性。

　　在影響氯離子在混凝土中擴散性的各類孔隙中，具有不利影響因素最多的是孔徑5nm～100nm的微毛細孔。在這種孔隙當中既能發(fā)生毛細孔凝結(jié)現(xiàn)象，使孔隙的吸濕性增強；又能產(chǎn)生較大的毛細孔壓力和毛細孔滲透力，使混凝土的自收縮增大，并使混凝土的表層滲透速率和常壓滲透速率同時加快，使得混凝土的表層抗?jié)B性和常壓抗?jié)B性全面降低。

　　對混凝土耐久性最有利的孔隙應當是超微孔（主要是凝膠孔，半徑r≤5nm）。這種孔隙因孔徑較小，不會發(fā)生毛細作用，所以不會加劇對混凝土性能不利的自收縮現(xiàn)象和毛細孔滲透現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生碳化收縮和結(jié)冰（冰點可達－40～－50℃）；同時因其孔徑細、孔隙率低，具有較高的抗?jié)B性；所以超微孔對于混凝土的耐久性特別是抗?jié)B性的影響是利遠大于弊的，在所有孔隙中正面效應最大。

　　隨著孔徑尺寸的逐漸增大，由微毛細孔變?yōu)榇竺�細孔（即半徑�?00～1000nm的孔隙）。大毛細孔雖然孔隙率較高，而且強度和抗?jié)B透性較差，但它能降低毛細孔壓力和毛細孔滲透力，減少混凝土的自收縮裂縫，提高混凝土的表層抗?jié)B性和常壓抗?jié)B性；同時，還可以避免孔隙內(nèi)部的毛細孔凝結(jié)現(xiàn)象，這一級孔隙不但不會吸收潮濕空氣中的水分，而且混凝土內(nèi)部原有的水分反而會通過大毛細孔進人空氣中，能有效提高混凝土的抗?jié)B性。故大毛細孔對于大多數(shù)混凝土的耐久性的影響是利多弊少，屬于有利孔級。

　　綜上所述，混凝土是在各級孔徑協(xié)同作用下工作的，即各級孔徑對氯離子在混凝土中的擴散性均有影響，需綜合考慮。

　　4 擴散系數(shù)與孔隙率

　　對于大多數(shù)混凝土而言，毛細孔占孔隙（體積）總量的大多數(shù)，早期學者認為毛細孔隙率是影響離子在混凝土中擴散性的主要因素。

　　Bentz和Garboczi認為水泥砂漿的滲流臨界值，無論加火山灰與否，都是0.18。

　　Garboczi和Bentz利用計算機模擬相對擴散率（D0/D）作為毛細孔的功能函數(shù)：Bentz和Garboczi認為水泥砂漿的滲流臨界值，無論加火山灰與否，都是0.18。Garboczi和Bentz利用計算機模擬相對擴散率（D0/D）作為毛細孔的功能函數(shù)。

　　5 擴散系數(shù)公式的實驗驗證

　　依據(jù)C.C. Yang、S.W. Cho所做的自然擴散試驗和壓汞試驗，我們對擴散系數(shù)公式進行分析。

　　5.1 實驗程序

　　8種配合比的混凝土，水泥為普通硅酸鹽水泥，水灰比從0.3到0.65。相應的，8種水灰比的砂漿。細骨料為河沙，粗骨料為碎石灰?guī)r，最大粒徑為10mm。混凝土中細骨料和粗骨料的密度分別為865/Kgm³和812/Kgm³。混凝土用于90天自然擴散試驗試驗。砂漿采用相同質(zhì)量的細骨料，用于壓汞試驗。這里分別用混凝土和砂漿進行氯離子自然擴散試驗和壓汞試驗，是為了避免水泥漿與粗骨料形成的界面過渡區(qū)對試驗結(jié)果的影響。超塑化附加物用于調(diào)整混凝土和易性。

　　5.2 試驗結(jié)果

　　5.3 數(shù)據(jù)分析

　　運用Matlab建立三維模型進行回歸分析，曲線擬合，混凝土各級孔隙率與氯離子擴散系數(shù)之間建立了良好的關(guān)系。

　　6 孔隙的連通性與擴散系數(shù)

　　水泥漿中加入骨料對離子擴散性會有產(chǎn)生兩種相反的作用。稀釋效應和扭曲效應會降低離子擴散性，同時界面過渡區(qū)和和滲流效應會增強離子擴散性。在本研究中，混凝土和砂漿中分別設計質(zhì)量分數(shù)相等的粗細骨料�？捉Y(jié)構(gòu)對混凝土擴散性的影響可歸結(jié)為孔隙分布效應和這些孔的連通性。上文中已經(jīng)討論了擴散性與孔隙率的相互關(guān)系，現(xiàn)在考察一下氯離子擴散性與孔隙連通性的關(guān)系。

　　由于本研究是通過壓汞試驗來考察混凝土孔隙特征的，所以可以用孔隙體積（pV）評價孔隙的連通性。將自然擴散試驗所得不同水灰比所對應的擴散系數(shù)和孔隙總體積都繪制于圖3中。將實驗結(jié)果進行回歸分析，孔隙總體積與混凝土擴散系數(shù)之間建立了良好線性的關(guān)系。

　　7 結(jié)論

　　本文通過理論分析，改進了氯離子擴散系數(shù)與孔隙率關(guān)系公式，提出了氯離子擴散系數(shù)與孔隙特征的關(guān)系公式，并用實驗數(shù)據(jù)加以驗證，得出以下結(jié)論：

　　（1）混凝土試件的材料性質(zhì)是在各級孔徑協(xié)同作用下表現(xiàn)出來的的，即各級孔徑對氯離子在混凝土中的擴散性均有影響，需綜合考慮。提出了新的氯離子擴散系數(shù)公式，能較好的反應氯離子擴散系數(shù)與各級孔隙率所成的線性關(guān)系。通過實驗數(shù)據(jù)的驗證，證明了新的氯離子擴散系數(shù)公式比以往的擴散性系數(shù)公式更加完善，相關(guān)性更好。

　�。�2）在驗證混凝土孔隙分布規(guī)律與氯離子擴散系數(shù)之間的關(guān)系之后，考慮孔隙連通性與氯離子擴散性之間的關(guān)系。 壓汞實驗中所測得的孔隙總體積可被用作估算水泥基材料的連通性，而且自然擴散試驗得到的擴散系數(shù)總是隨著孔隙總體積的增大而增大。提出氯離子擴散系數(shù)與孔隙總體積呈線性關(guān)系，通過實驗數(shù)據(jù)的驗證，證明二者有較好的相關(guān)性。