Page 125 - 水利学报2021年第52卷第5期

3.1 水分-多离子的传输概况

3.1.1 水分饱和度的分布 水分在干/湿过程中的传输机理是不同的，图 5 展示了第 5 个循环中干燥和
湿润过程水分饱和度的分布。在干燥过程中，表层混凝土的孔隙饱和度低于浅层混凝土，水分在饱
和度梯度的作用下发生由里及表的传输，水分饱和度随着时间的推移逐渐降低，但是水分的排空深
度在干燥过程中是有限的，这个深度为水分传输的影响深度；在湿润过程中，混凝土接触外部溶液
后表面孔隙立刻达到饱和，水分在毛细孔压力的作用下发生由表及里的传输 ［37］ ，水分饱和度随着时
间的推移而增加，最终使得整个混凝土接近于饱和。值得注意的是，混凝土在 13 d 干燥过程中蒸发
的水分，在湿润过程中仅用了 1 d 就填充至将近饱和，可见水分在干燥过程中的扩散系数远远小于湿
润过程，体现了干湿过程中水分传输的滞后性。

图 5 第 5 个干湿循环中水分饱和度的分布
3.1.2 多离子浓度和静电势的分布 不同种类的离子由于初始条件及边界条件的不同在干湿循环作
用下的传输情况有一定差异。本小节着重展示氯离子和氢氧根离子在第 5 和第 10 个干湿循环中的浓
度分布，如图 6 所示。干燥过程浅层混凝土的氯离子会随着水分的移动被运往表面并积累，而深层处
的氯离子没有受到水分对流效应的影响继续向混凝土内部扩散，干燥结束时混凝土表面的氯离子含
量将高于外界溶液中的；湿润过程吸入的外界溶液不仅本身携带氯离子，还会将干燥结束时积累在
混凝土表面的氯离子带入至混凝土内部，使得氯离子在浅层混凝土中出现一个浓度峰值。氢氧根离
子在干燥过程同样也是随着水分传输在混凝土表面积累，但与氯离子不同的是由于混凝土内部含有
氢氧根离子，使得浅层混凝土中氢氧根离子存在一个浓度的最小值；在湿润过程中，对流效应促使
表面的氢氧根离子随水分向混凝土内部移动，但与此同时，由于外界的氢氧根离子浓度近似为零，
浓度梯度又促使氢氧根离子由内向外扩散。总体上看，在干湿循环的影响下，混凝土内的氯离子含
量不断增加而氢氧根离子含量逐渐减少。

图 6 第 5 个和第 10 个干湿循环中氯离子和氢氧根离子的浓度分布
多离子在非饱和混凝土传输的过程中，会因所带电荷、扩散速率等自身性质不同而在孔隙液局
部产生微小电场，这种电荷不平衡现象所产生的静电势正是导致异种离子之间发生电化学耦合效应

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