氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是导致混凝土结构服役性能劣化和使用寿命缩短的主要原因。其中,干湿交替环境下氯离子侵蚀最为严重,因此该环境下的氯离子传输规律与分布特征对于混凝土结构耐久性研究具有重要意义。由于干湿交替条件下影响表层氯离子传输的机制较为复杂,包括扩散、毛细吸附、水分蒸发及碳化等,因此该条件下的氯离子含量并不总是随着距暴露面深度的增大而单调递减。大量研究发现干湿交替下混凝土表层存在氯离子富集现象,即随着距暴露面深度的增大,氯离子含量先增大,在表层某深度处达到氯离子浓度最大值后,开始降低直至为零。混凝土表层氯离子富集现象存在两个特征参数:峰值氯离子浓度或最大氯离子浓度(Cmax)及其出现的深度(Δx)。在富集现象出现的氯离子浓度曲线中,氯离子含量上升阶段并不符合Fick第二定律,因此富集现象的出现严重影响了基于传统扩散方程拟合曲线并进行寿命预测的准确性。针对出现富集现象的情况,国内外所提出的寿命预测方法都突出了Cmax及Δx的重要性。然而,一方面不同条件下富集现象如何演变尚不清楚,即未掌握Cmax及Δx的变化规律;另一方面,要想准确地掌握富集现象的演变规律,就需要清楚该现象的形成机制及形成过程,但目前干湿交替下富集现象形成的根本机制仍存在争议。因此,本文基于宏观实验和微观分析并结合数值计算研究了富集现象的演变规律及干湿交替下该现象形成的根本机制及过程。具体研究内容及结果归纳如下:1)鉴于富集现象出现在表层,对表层氯离子分布的精确性要求更高,因此设计并使用了一种高精度全自动磨粉设备,不仅能自动逐层磨粉,而且能保证磨粉厚度低于0.5mm时的误差小于0.02mm,极大地提高了氯离子含量随位置分布的准确性,保证了研究的可靠性。2)硝酸银滴定法、离子色谱法、电子探针显微分析法测定的氯离子分布结果显示,四种不同的干湿交替制度下,无论是净浆或是砂浆,水胶比大小,总氯离子或是自由氯离子,是否掺有矿粉或粉煤灰,试件表层均出现了氯离子富集现象,表明了干湿交替下富集现象是客观存在的。3)研究了孔结构及水分分布对富集现象的影响,结果显示,总孔隙率增加会为盐溶液及晶体沉积提供更大的空间,导致Cmax增大;临界孔径的增大使得盐溶液更易进入到基体内较深的位置,造成Δx增加;更大的水吸附孔隙率不仅会增加容纳盐溶液的空间,还可以增加基体连通性,导致Cmax和Δx均增大。非饱和度越大,相同时间内会有更多的盐溶液被吸附到更深的位置,从而导致Cmax和Δx的增加;内部湿度的降低可以造成Cmax和Δx的增大,而且距暴露面深度越小处的湿度分布与Cmax及Δx的关系越紧密。4)研究了三种不同情况下(先碳化再浸泡氯离子;先浸泡氯离子再碳化;先内掺氯离子再碳化)碳化对净浆中氯离子结合能力的影响,为富集现象形成机制的探讨提供实验基础。研究结果表明,完全碳化后,无论是先碳化再与氯离子反应还是先与氯离子反应再碳化,浆体中的结合氯离子含量均趋于零,表明碳化可以使浆体彻底失去结合氯离子的能力。此外,提出了一种可以计算得到C-S-H凝胶吸附的氯离子占总结合氯离子比例的方法。在不掺矿物掺合料的净浆样品中,氯离子结合达到平衡后,C-S-H凝胶吸附的结合氯离子约占总结合氯离子的54.56%,表明C-S-H凝胶吸附氯离子是结合氯离子最主要的形式。5)基于不同组合机制下的实验结果,通过纵向横向对比及单一化影响机制,探究了干湿交替下氯离子富集现象形成的根本机制。研究表明,完全排除碳化对氯离子传输的影响后,干湿交替下仅毛细吸附-水分蒸发可以导致微弱氯离子富集现象的形成,这与干燥过程的水分蒸发密切相关。干湿交替过程中,每一次润湿都使表层含水量明显增大,而每一次干燥都会导致表层孔溶液浓缩并驱使氯离子向内迁移,循环往复,表层的实际氯离子含量减少,内部氯离子增多,有助于氯离子分布曲线中浓度峰的形成。干湿交替下毛细吸附-水分蒸发及碳化的耦合作用更易于导致富集现象的形成,这与碳化分解结合氯离子尤其是Friedel’s盐中的结合氯离子密切相关。干燥过程水分蒸发降低表面氯离子的同时,碳化释放表层的结合氯离子进入孔溶液,一方面增大了孔溶液中总的自由氯离子,有助于显著浓度峰的形成;另一方面这些被释放的结合氯离子会在毛细吸附作用下持续不断地被携带到更深位置累积,导致氯离子浓度峰出现的位置明显向内迁移。实验结果显示,干湿交替下富集现象出现的深度会随着碳化程度的增大而增加,且氯离子浓度峰的显著程度与样品中Friedel’s盐因碳化分解的量高度一致。6)耦合水分迟滞效应及碳化作用对氯离子传输的影响,建立了干湿交替下的氯离子传输数值模型。模型的计算结果与不同条件下的试验结果均能够很好地吻合,尤其在富集现象出现的位置深度上高度一致,解决了干湿交替下氯离子分布预测存在的主要问题之一。