Page 127 - 水利学报2021年第52卷第5期

了氯离子的传输。若忽略该效应，将会导致对于混凝土中氯离子摄入量的预测偏低，进而导致以此
为依据的混凝土结构设计偏危险，钢筋更易发生锈蚀。
3.3 干湿循环参数对多离子间电化学耦合效应的影响 根据 3.2 节的分析可知，多离子传输产生的电

化学耦合效应会在很大程度上加快氯离子的传输，提高渗入混凝土中的氯离子浓度。本节将对干湿
循环中几个重要的相关参数对电化学耦合效应的影响展开分析。在研究干湿循环氯离子传输的工作
中，很多学者将氯离子的峰值浓度以及对流区厚度（峰值浓度所处位置与混凝土暴露面之间的距离）
作为研究的重点 ［36，38］ 。由图 8 可见，相较于单一氯离子传输，多离子耦合传输情况下氯离子的峰值浓
度明显增加而对流区厚度基本不变，因此可用多离子相对于单一氯离子传输的氯离子峰值浓度的增
长率（η）来表征不同参数下电化学耦合效应的影响程度。图 10 为不同干湿时间比（t /t ）、不同循环次
d
w
数（N）和不同干燥过程水分边界饱和度（θ ）下考虑多离子和单一离子传输时的氯离子峰值浓度以及相
d
应的峰值浓度增长率。
由图 10 可见：（a）随着干湿时间比的增大，混凝土在湿润过程中接触外部溶液的时间缩短，使得
干湿循环中氯离子的摄入量减少，无论在考虑多离子还是仅考虑单一氯离子传输时的氯离子峰值浓
度都相应的减少；与此同时，η也随着干湿时间比的增大逐渐减小。（b）干湿循环次数会影响氯离子
的摄入量，当湿润过程次数增加时，会有更多的氯离子随着吸水过程进入混凝土内部。随着干湿循
环次数的增加，氯离子的峰值浓度在多离子和单一离子传输时均逐渐增大，并且η也逐渐增大。（c）
干燥过程水分的边界饱和度主要受到环境相对湿度、温度和风速等的影响。环境相对湿度越低，温
度越高，风速越大，混凝土表层孔隙中的水分蒸发的越快，水分的边界饱和度越低。在干燥过程
中，随着水分边界饱和度的降低，浅层混凝土孔隙中水分饱和度降低，毛细孔负压力增加。在接下
来的湿润过程，对流效应趋于明显，氯离子的摄入量增加。随着干燥过程水分边界饱和度的减小，η
逐渐增大。值得注意的是，峰值浓度增长率与氯离子峰值浓度随上述 3 个参数变化的趋势相一致，可
见多离子间电化学耦合效应的影响程度与氯离子峰值浓度为正相关。

图 10 不同干湿循环参数下的氯离子峰值浓度以及峰值浓度增长率
上述规律表明，在干湿交替下，干湿时间比的减小，干湿循环次数的增加，干燥过程水分边界
饱和度的减小都会增加混凝土中氯离子的摄入量，提高氯离子湿润过程的峰值浓度，与此同时电化
学耦合效应对氯离子传输的影响程度也会变大。

4 结论

本文综合考虑扩散、对流、多离子间的电化学耦合效应和离子固化作用对多离子传输的影响，
通过机理分析、构建理论方程、建立经过试验验证的混凝土多相模型并进行数值求解等方法，系统
研究了干湿交替下混凝土中水分和多离子的耦合传输过程，着重分析了运用多离子模型相较于仅考

— 629 —