【摘 要】
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混凝土结构的耐久性取决于水分、气体和离子等侵蚀性介质向材料内部迁移的进程。考虑到实际工程中的混凝土材料很少处于饱和状态,准确量化水泥基材料非饱和水分传输对混凝土结构耐久性的评估和预测具有重要意义。试验研究发现,水泥基材料的水分传输过程经常偏离经典传输理论的预测,表现出明显的特殊性。这是由于C-S-H凝胶具有干缩湿胀特性,导致孔结构对含水量非常敏感,此时经典水分传输理论隐含的恒定孔结构假定不再成立。
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混凝土结构的耐久性取决于水分、气体和离子等侵蚀性介质向材料内部迁移的进程。考虑到实际工程中的混凝土材料很少处于饱和状态,准确量化水泥基材料非饱和水分传输对混凝土结构耐久性的评估和预测具有重要意义。试验研究发现,水泥基材料的水分传输过程经常偏离经典传输理论的预测,表现出明显的特殊性。这是由于C-S-H凝胶具有干缩湿胀特性,导致孔结构对含水量非常敏感,此时经典水分传输理论隐含的恒定孔结构假定不再成立。本文利用低场磁共振弛豫测试技术,对砂岩和白水泥砂浆的等温干燥过程进行原位监测和对比分析;考虑水敏性对砂浆长达1500小时的毛细吸水过程进行数值模拟,进而对初始毛细吸水速率与初始饱和度的关系进行建模与验证;对砂浆的等温干燥过程进行数值分析与重现;最后对碳化后砂浆的毛细吸水过程及其水分敏感性能进行试验研究。主要发现如下:（1）在砂岩等温干燥过程中,孔隙从大孔到小孔逐渐失水。对于砂浆材料,较小的凝胶内孔和毛细孔中的水分会同时失去,凝胶内孔尺寸逐渐减小,表明孔结构发生明显变化。（2）提出表征时变水分渗透率的双指数函数模型,考虑水敏性对描述一维毛细吸水过程的经典Richards方程进行修正,实现对砂浆长期毛细吸水过程的准确量化,并定量解释毛细吸水过程偏离经典时间平方根定律的异常现象。通过选择合适的水分特征曲线模型,可准确反演得到砂浆的饱和水分渗透率。（3）考虑水分敏感性,提出相对毛细吸水速率Zhou-Exp模型,较好地描述实测相对毛细吸水速率数据,解决了传统模型在较高饱和度下显著高估相对毛细吸水速率的问题。（4）提出考虑水分敏感性的修正气液耦合传输模型,较好地逼近砂浆的实测等温干燥失水过程;通过选择合适的曲折度系数对干燥失水过程进行反演,可准确计算砂浆的饱和水分渗透率。（5）对碳化前后砂浆的毛细吸水性能开展试验研究。未碳化砂浆的毛细吸水过程服从带中间过渡段的双线性规律;而碳化砂浆的毛细吸水过程则服从经典时间平方根定律,表明碳化深刻改变了材料的水分敏感性。
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