1 引言

　　混凝土從本質上來說，是一種成分極其復雜的多孔材料。孔隙的分布錯綜復雜，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構有很強的相關性，而氯離子在混凝土中的的擴散性是影響結構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上，通過分析混凝土的微觀孔結構，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。

　　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固-液-氣三相多孔體系。其內部既存在固相的水泥水化產物和骨料，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。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)生毛細孔凝結現象，使孔隙的吸濕性增強；又能產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象和毛細孔滲透現象，也不會產生碳化收縮和結冰（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，還可以避免孔隙內部的毛細孔凝結現象，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 擴散系數與孔隙率

　　對于大多數混凝土而言，毛細孔占孔隙（體積）總量的大多數，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：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。

　　5 擴散系數公式的實驗驗證

　　依據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�；炷�土中細骨料和粗骨料的密度分別為865/Kgm³和812/Kgm³�；炷�土用于90天自然擴散試驗試驗。砂漿采用相同質量的細骨料，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)對試驗結果的影響。超塑化附加物用于調整混凝土和易性。

　　5.2 試驗結果

　　5.3 數據分析

　　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之間建立了良好的關系。

　　6 孔隙的連通性與擴散系數

　　水泥漿中加入骨料對離子擴散性會有產生兩種相反的作用。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量分數相等的粗細骨料�？捉Y構對混凝土擴散性的影響可歸結為孔隙分布效應和這些孔的連通性。上文中已經討論了擴散性與孔隙率的相互關系，現在考察一下氯離子擴散性與孔隙連通性的關系。

　　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和孔隙總體積都繪制于圖3中。將實驗結果進行回歸分析，孔隙總體積與混凝土擴散系數之間建立了良好線性的關系。

　　7 結論

　　本文通過理論分析，改進了氯離子擴散系數與孔隙率關系公式，提出了氯離子擴散系數與孔隙特征的關系公式，并用實驗數據加以驗證，得出以下結論：

　　（1）混凝土試件的材料性質是在各級孔徑協同作用下表現出來的的，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公式，能較好的反應氯離子擴散系數與各級孔隙率所成的線性關系。通過實驗數據的驗證，證明了新的氯離子擴散系數公式比以往的擴散性系數公式更加完善，相關性更好。

　�。�2）在驗證混凝土孔隙分布規(guī)律與氯離子擴散系數之間的關系之后，考慮孔隙連通性與氯離子擴散性之間的關系。 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總是隨著孔隙總體積的增大而增大。提出氯離子擴散系數與孔隙總體積呈線性關系，通過實驗數據的驗證，證明二者有較好的相關性。