干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律_高原

第１６卷第３期２０１３年６月
建筑材料学报
ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　
ＢＵＩＬＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＶｏｌ．１６，Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．
，２０１３　
收稿日期：２０１１－１１－２９；修订日期：２０１２－０２－
１０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７８２４８）；国家重点基础研究发展计划（９７３计划）项目（２００９ＣＢ６２３２００）第一作者：高　原（１９８６—），男，贵州遵义人，清华大学博士生．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙ－ｇａｏ０４＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇ
ｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ通信作者：张　君（１９６２—），男，内蒙古通辽人，清华大学教授，博士生导师，博士．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊ
ｕｎｚ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：１００７－９６２９（２０１３）０３－０３７５－
０７干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律
高　原１，２，　张　君１，２，　韩宇栋
１，２
（１．清华大学土木工程系，北京１０００８４；
２．清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京１０００８４
）摘要：分别采用清水和硫酸盐溶液作为湿润溶液，对Ｃ３０和Ｃ８０这２个强度等级混凝土进行了干湿交替试验，
测量了干湿交替下混凝土不同深度处的相对湿度随时间的发展规律．结果表明：在覆膜养护阶段，
混凝土内部相对湿度的发展遵循两阶段发展模式，即首先经历一段湿度饱和期（湿度为１００％），然后进入湿度下降期；混凝土内部相对湿度沿高度呈现明显的梯度；当混凝土进入干湿交替过程后，只有距混凝土表层一定深度范围内的相对湿度发生变化，大于此深度处的混凝土相对湿度基本保持不变，此深度即为干湿交替影响深度；不同强度等级混凝土在相同干湿交替条件下影响深度不同，混凝土水灰比越小，强度等级越高，影响深度越小；湿润过程采用硫酸盐溶液时，混凝土的干湿交替影响深度要比采用清水时大．关键词：混凝土；干湿循环；内部相对湿度中图分类号：ＴＵ５２８．０１ 文献标志码：Ａ　
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１００７－９６２９．２０１３．０３．００１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｒｅｌａｔｉｖｅ　Ｈｕｍｉｄｉｔｙ　
ｉｎＣｏｎｃｒｅｔｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｄｒｙ－Ｗｅｔ　Ｃｙ
ｃｌｅｓＧＡＯ　Ｙｕａｎ１，
２，　ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ１，
２，　ＨＡＮ　Ｙｕ－ｄｏｎｇ
１，
２
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｓａｆｔｙ　ａｎｄ　Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　
１０００８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｃｌｅａｎ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｗｅｔｔｉｎｇ　ｍｅｄｉｕｍ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｒｙ－ｗｅｔ　ｃｙｃｌｅｓ　ｗａｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ａｔ　ｔｈｅ　ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　
ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｌａｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗｉｔｈ　ａｇｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｂｙ　ａｗａｔｅｒ－ｖａｐｏｒ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｓｔａｇｅ　ｗｉｔｈ　１００％ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｆｏｌｌｏｗｅｄ　ｂｙ　
ａ　ｓｔａｇｅ　ｔｈａｔ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ａｎｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｆｏｕｎｄ．Ｕｎｄｅｒ　ｄｒｙ－ｗｅｔ　ｃｙｃｌｅｓ，ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　
ｏｃｃｕｒ　ｊｕｓｔ　ｗｉｔｈｉｎ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｄｅｐｔｈ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｉｓ　ｄｅｐｔｈｉｓ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｋｎｏｗｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｄｅｐｔｈ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｄｒｙ－ｗｅｔ　ｃｙｃｌｅｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｄｅｐｔｈｓｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｆｏｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｔｏ　ｃｅｍｅｎｔ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ／ｏｒ　ｔｈｅ　ｈｉｇ
ｈｅｒｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔｅｒ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｄｅｐｔｈ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｄｅｐｔｈ　ｉｓ　ｌａｒｇｅｒ　ｗｈｅｎ　ｓｕｌｆａｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｗｅｔｔｉｎｇ　
ｍｅｄｉｕｍ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｌｅａｎ　ｗａｔｅｒ　ｉｓ　ｕｓｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｗｅｔ－ｄｒｙ　ｃｙｃｌｅ；ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ 混凝土结构在环境作用下的性能衰退已经成为
目前结构设计和维护的焦点．水既是水泥水化的必需物质，同时也和多数混凝土性能的衰退过程有关．水分既可以作为外部侵蚀介质在混凝土内传输的载
建筑材料学报第１６卷　
体，比如硫酸盐侵蚀、氯离子传输和碳化等，同时它自身也是混凝土一些劣化反应发生所需的必备条件，比如碱－骨料反应和硫酸盐侵蚀等．干湿循环是导致混凝土结构性能衰退最为严酷的环境条件之一［１］．中国的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》、日本的《混凝土标准示方书》以及欧洲的混凝土结构耐久性研究项目均将干湿交替区域作为混凝土结构耐久性设计的控制部位．混凝土是一种渗透性很差的多孔介质，自然环境中的干湿交替仅对其表面有限深度范围有影响［２］．对于混凝土在干湿交替下耐久性的研究主要关注的是在该影响深度范围内混凝土性能的衰退．
相对湿度是混凝土内部水分含量的一个重要表征．在已有关于混凝土内部湿度分布及其随时间变化规律的研究中，Ａｎｄｒａｄｅ等［３］测量了暴露于室外的成熟混凝土的温湿度特征．Ｐａｒｒｏｔｔ等［４－５］开展了暴露于自然环境和海水环境中的混凝土湿度测量试验．近年来张君等［６－９］试验测量了从浇注开始至２８ｄ龄期的早龄期混凝土内部温湿度．对成熟混凝土在干湿交替下的内部相对湿度分布及其随时间变化规律的研究相对较少．了解干湿循环过程中混凝土内
部相对湿度的分布及其变化规律，有助于混凝土结构劣化的防治和耐久性提高．本文试验测定了混凝土在养护期间和后续干湿交替过程中的内部湿度（相对湿度，下同），得到了分别以清水和硫酸钠溶液为湿润溶液的干湿交替过程中混凝土湿度分布及其随时间的变化规律，并比较了普通、高强混凝土在相同环境条件下的湿度分布和干湿交替对混凝土湿度影响深度的差别，以及硫酸盐介质对混凝土干湿交替过程中湿度分布和影响深度的影响．
１　试验方法
原材料：Ｐ·Ｏ５２．５普通硅酸盐水泥；粒径为５～２５ｍｍ的石灰石；细度模数为２．６的河砂；细度为２０　０００ｍ２／ｋｇ的硅灰；聚羧酸高性能减水剂；自来水．依抗压强度设计了２个强度等级的混凝土（Ｃ３０和Ｃ８０），其配合比和２８ｄ抗压强度如表１所示．试验时通过调节减水剂用量将混凝土的坍落度控制在１２０～１５０ｍｍ．采用电容式温湿度传感器，其相对湿度测量范围０～１００％，误差±２％，温度测定范围－１０～６０℃，误差±０．５℃．传感器的数字信号通过巡检仪定时采集并由计算机存储．
表１　混凝土配合比
Ｔａｂｌｅ　１　Ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ
Ｎｏ．ｍｗ／ｍｃ
Ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／（ｋｇ·ｍ－３）
Ｃｅｍｅｎｔ　Ｗａｔｅｒ　Ｓａｎｄ　Ｓｔｏｎｅ　Ｓｉｌｉｃａ　ｆｕｍｅ
２８ｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ／ＭＰａ
Ｃ３０　０．５３　３５２　１８７　７０４．５　１　０５６．７　３２．８Ｃ８０　０．２３　４５７　１１７　６０９．３　９１３．９　５０．８　８７．８
试验中混凝土内部水汽和热量传递设计为一维传输．采用２００ｍｍ×２００ｍｍ×８００ｍｍ模具，为确保水分沿试件高度方向的一维传输，在模具内表面铺上塑料膜，浇注完成后只留浇筑面与空气接触．同时，试模底部置于聚苯板上，四周用聚苯板围护，以保证热量近似一维传输．为使试件方便湿润，在顶部预留１个尺寸为２０ｍｍ×１８０ｍｍ×７８０ｍｍ的空槽，故试件有效尺寸为１８０ｍｍ×２００ｍｍ×８００ｍｍ．每种配比混凝土分别制作２个试件，其中１个采用清水为湿润溶液，另１个采用１０％（质量分数，下同）硫酸钠溶液．试验过程如下：首先准备放置传感器的塑料管，该塑料管外径２０ｍｍ，在距管底２ｍｍ处沿外环线方向切割出２段宽为３ｍｍ的不连通环状带，塑料管底部封上塑料薄片；准备直径为１５ｍｍ的不锈钢棒，预先放置于塑料管中，保持塑料管内壁与钢棒的紧密接触，钢棒长度超出塑料管上端至少５ｃｍ，以方便取出，其目的是为保证振捣过程中水泥浆体不从底端的小孔渗入．传感器探头部分长３ｃｍ，在３ｃｍ处套上２个Ｏ形橡胶密封圈．将搅拌好的混凝土倒入模具内并用振捣棒充分振捣，然后缓慢插入内置有钢棒的塑料管．按照上述步骤，每个试件中插入５根塑料管，它们在混凝土中的深度分别为１，３，５，１０，１５ｃｍ，如图１所示．浇注完成一段时间后，缓缓拔出钢棒，用海绵吸出残留在塑料管底端的浆体后，将传感器放入塑料管中，使传感器探头顶端尽量靠近塑料管底部．由于传感器外壁与塑料管之间存在间隙，为了保证所采集湿度的准确性，将２ｍｍ厚的Ｏ型圈套在传感器感应部位的上端３ｃｍ处，使塑料管底部形成３ｃｍ长度的密闭空间，同时在塑料管的上端用高分子液体密封胶填充传感器和ＰＶＣ管之间的间隙，以保证传感器探头准确地测量出指定位置的温湿度．
试件浇注完成后，进行２８ｄ覆膜养护．养护完成后，揭去试件上表面的塑料膜，在试件顶端预留的
６７３
　第３期高　原，等：干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律　
图１　传感器埋置方式示意图
Ｆｉｇ．１　Ｔｅｓｔ　ｓｅｔ－ｕｐ　ｏｆ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　
ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ（ｓｉｚｅ：ｍｍ）
盛放槽中盛放溶液，进行干湿循环试验．为了防止溶液沿塑料管界面深入内部，在进行溶液干湿循环试验前，使用环氧树脂对塑料管与混凝土以及混凝土与四周模板界面进行密封，以确保润湿介质仅从混凝土渗入．干湿循环制度为湿润７ｄ，干燥１４ｄ．湿润过程中，
在试件顶部预留的空心槽中加入溶液，液面高度距试件表面１．５ｃｍ，并用塑料薄膜覆盖，防止溶液过快蒸发，
液面高度下降．在整个湿润过程期间，每天定时查看液面高度，并及时添加溶液以确保整个湿润过程中液面高度不变．为了避免湿润溶液与试件温差导致的影响，在试件进行湿润前３ｄ就将配制好的湿润溶液置于试件所处环境中，确保进行湿润时溶液温度与试件表面温度相一致．湿润过程结束之后，
立即吸去试件表面溶液，并用纸巾将残留溶液擦拭干净，尽量消除试件表面残留水分对干燥过程的影响．
试验共进行３个干湿循环周期．图２为进行中的干湿循环试验照片．试验中各传感器自动采集温湿度数据，每隔１０ｍｉｎ记录１次数据．试验结束后，对试验中使用的所有温湿度传感器用不同的饱和盐溶液进行湿度标定，由标定曲线对湿度数据进行校核
．
图２　干湿循环试验Ｆｉｇ．２　Ｄｒｙ－ｗｅｔ　ｃｙ
ｃｌｉｃ　ｔｅｓｔ２　试验结果及分析
２．１　干湿交替下混凝土内部湿度发展规律
图３，４分别为试验测得的Ｃ３０，Ｃ８０混凝土试件在不同深度处的相对湿度（ＲＨ）随时间变化曲线．Ｃ３０和Ｃ８０混凝土试验是在同一环境下同时进行的，因此环境湿度仅在图４中给出．由于试验过程中传感器损坏，没有测到Ｃ８０混凝土采用硫酸钠溶液湿润的试件（即图４（ｂ））在５ｃｍ深度处的湿度数
据．由图可见，混凝土在２８ｄ覆膜养护期间，其内部湿度在浇注之后的最初一段时间内均保持在１００％水平，即这段时间混凝土内部处于湿度饱和状态．湿度饱和期结束的时间称为临界时间，临界时间的长短主要与混凝土水灰比、表面状态和距表面深度有
关［９］
．相同深度位置处，Ｃ３０混凝土的临界时间均大
于Ｃ８０混凝土．以上现象可以解释为：在混凝土浇注初期，孔隙内含有较多的液态水，并相互连接成为连续的液态水网络，
随着龄期的增长，孔隙内液态水逐渐减少，当液态水被水化的水泥颗粒逐渐隔离，其连续性被破坏后，孔隙内蒸汽压开始低于饱和蒸汽压，
致使相对湿度开始下降．上述过程的持续时间受混凝土孔隙内原始含水量控制，原始含水量越大，持续时间越长，
反之越短．普通混凝土水灰比大于高强混凝土，
所以其临界时间长．混凝土进入湿度下降期之后，其内部湿度的降幅在不同深度处并不相同．养护至２８ｄ时，靠近Ｃ３０试件外表面处的相对湿度下降最大，降至８０％左右，而Ｃ８０试件则是靠近内外两表面的相对湿度降幅很大，均降至４５％左右．从两表面到试件中部，Ｃ８０的相对湿度逐渐增大．可见混凝土浇注后简单覆盖塑料膜并不能防止其表面干燥．另外，在干湿交替作用下，混凝土内部湿度受影响的区域深度有限．对于Ｃ３０和Ｃ８０混凝土，无论是使用清水还是硫酸钠溶液作为湿润过程的溶液，只有距离表面１ｃｍ处的相对湿度随干湿循环进行而有明显变化，其他则变化不明显．这表明在本试验的干湿交替制度下，混凝土内水分影响深度大于１ｃｍ，但是到达３ｃｍ处时湿度波动已经较小，确切的湿度影响深度以及硫酸钠溶液和清水对混凝土内部湿度影响深度的差别还需进一步通过分析断面湿度分布的变化来确定．值得注意的是，图４（ａ）中Ｃ８０混凝土３ｃｍ深度处的相对湿度在第３个干湿交替周期的湿润阶段出现明显上升，随后的干燥阶段则明
显下降．这可能是干湿循环前期，水分进入混凝土内部的深度有限，随着干湿循环的进行，湿润过程中进入混凝土内部的水分大于干燥过程中混凝土的失水
７
７３
建筑材料学报
第１６卷　
量，从而使水分不断深入混凝土内部，当水分进入深度大于３ｃｍ时，湿度传感器测量得到的该处湿度即出现周期性变化．
还有，在干湿交替作用下，干湿交替影响深度范围内的混凝土相对湿度呈现周期性变化．当混凝土进入湿润阶段时，混凝土相对湿度会在短时间内急剧上升，基本都达到１００％．对于高强和普通混凝土，此阶段湿度反应时间相差不大，约为３～５ｈ，在整个湿润期间其相对湿度水平基本上保持不变；当混凝土由湿润阶段进入干燥阶段时，混凝土内部湿度场不会立即发生变化，本试验每次干燥时间为１４ｄ，虽然环境相对湿度在１５％左右，明显低于混凝土内部湿度，但是距离试件表面１ｃｍ深度处的混凝土相对湿度在干燥７ｄ左右才出现下降，
并且与湿润阶段相比，干燥阶段湿度下降的速率明显小很多．这源于混凝土干燥过程和湿润过程水分传输机理的差异，
即干燥时水分传输主要由水分扩散控制，而湿润时主要由液态水渗透机制控制．再则，随着干湿交替的进行，使用不同湿润溶液的同强度等级混凝土的相对湿度变化出现明显差别．Ｃ３０混凝土使用清水作为干湿交替溶液时，同一交替周期内其表层湿度变化幅度随着交替次数的增长而变小，而使用硫酸钠溶液作为干湿交替溶液时，在试验所完成交替周期内，在每一交替周期其表层相对湿度变化幅度基本一致；Ｃ８０混凝土在对应湿润溶液中的变化趋势则刚好相反．出现这一现象的原因，将在下节进行详细分析．
８７３
　第３期高　原，等：干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律　２．２　干湿交替下混凝土断面湿度分布规律
干湿交替开始前混凝土内部湿度的分布，对干湿交替下断面湿度分布变化规律有较大影响．图５为混凝土养护２８ｄ后的断面相对湿度分布．由图５可见，使用不同湿润溶液的同强度混凝土试件其断面湿度分布基本一致，但Ｃ３０混凝土的相对湿度均大于Ｃ８０混凝土．Ｃ３０混凝土出现湿度下降的区域为距试件外表面约５ｃｍ范围内，外表面的相对湿度降至７０％左右，距表面５ｃｍ之后的区域湿度下降很小，约为９０％～９５％；Ｃ８０混凝土呈现两端低中间高的湿度分布，上下两表面相对湿度最低，大约为４５％，距表面５ｃｍ左右的相对湿度最大，
约为８０％，
这说明该混凝土内部存在湿度梯度．出现上述结果的原因，主要是高水胶比的混凝土（Ｃ３０）内部水分比较充分，水泥水化引发的内部湿度下降有
限［
６，９］，水分蒸发主要发生在干燥面，因此其干燥面上的湿度下降明显；低水胶比混凝土（Ｃ８０）的内部水分含量较少，由水泥水化所引发的湿度下降本身
图５　养护２８ｄ后混凝土断面相对湿度分布
Ｆｉｇ．５　Ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　
ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｆｔｅｒ　２８ｄｃｕｒｉｎｇ就较明显，加之表面干燥作用，就形成了如图５所示的初始湿度分布．
图６，７为干湿交替时典型时刻的混凝土断面相对湿度分布，其中２８ｄ为覆膜养护结束时刻，６３，８４，１０５ｄ为干湿交替中干燥结束时刻，
以虚线表示；４９，７０，９１ｄ分别为干湿交替中湿润过程结束时刻，以实线表示
．
由图６，
７可见：（１）对Ｃ３０混凝土，以清水和硫酸钠溶液作为湿润溶液时，均表现为每次湿润结束
后，距混凝土表面一定深度范围内其相对湿度达到几乎１００％，
而每次干燥结束后则均出现下降，且距９
７３
建筑材料学报第１６卷　
外表面越近，湿度下降幅度越大；随着干湿交替次数的增加，干燥结束后影响深度范围内混凝土的相对湿度均大于前一次干燥结束时的水平，即干湿交替过程中，湿润期间进入混凝土内部的水分要大于干燥期间混凝土的失水量．而且此现象在以清水为湿润溶液的试件中表现更为明显．导致这一现象的原因一是干燥过程中，水分向外扩散，硫酸盐在混凝土内部的浓度增大，从而使得相同含水量条件下，使用硫酸纳溶液作为湿润溶液的混凝土内部湿度较低（试验中使用的硫酸钠溶液在２５℃时的相对湿度为９５％，饱和硫酸钠溶液则为８３％左右）；二是干燥过程中Ｎａ２ＳＯ４会吸附一部分水分形成Ｎａ２ＳＯ４·１０Ｈ２Ｏ，也使得混凝土内部液态水含量减少，内部相对湿度下降．（２）对Ｃ８０混凝土，其断面相对湿度分布变化规律刚好和Ｃ３０混凝土相反．以清水作为干湿交替过程湿润溶液时，在距混凝土表面一定深度范围内，每次湿润结束后其相对湿度都达到将近１００％，而每次干燥结束后，此范围内的相对湿度都出现下降，且距表面距离越近，降幅越大；以硫酸钠溶液为湿润溶液时，Ｃ８０混凝土断面相对湿度分布变化规律与其在清水湿润下变化相似，只是随着干湿交替次数的增加，每次干燥结束后表层混凝土的相对湿度降幅变小．这可能是Ｃ８０混凝土自身密实性好，硫酸盐溶液很难进入混凝土内部，仅仅在混凝土表面很小的范围存在．随着干湿循环的进行，混凝土表层硫酸盐侵入量增多，加之高强混凝土内部孔径较小，干燥过程中硫酸盐结晶堵塞了混凝土内部孔隙，使得水分向外扩散受阻，而湿润过程中硫酸钠结晶溶解于硫酸盐溶液中，孔隙通道被打通，水分传输不受影响．此外，湿润阶段混凝土相对湿度略低于１００％，这是由于孔隙水中溶入了硫酸钠造成的．（３）对比Ｃ３０和Ｃ８０混凝土在以清水为湿润溶液进行干湿交替过程中断面相对湿度分布的变化规律可以看出，相同干湿交替制度（干燥和湿润时间不变）下，Ｃ３０混凝土的相对湿度降幅要小于Ｃ８０混凝土，且随着干湿交替周期的增加，其断面相对湿度不断上升．这主要是因为在干燥和湿润过程中混凝土的水分传输能力不同，湿润过程中水分传输速度要明显大于干燥过程中的水分传输速度，当一个干湿交替周期内干燥时间和湿润时间到达某一比值时（通常称为平衡时间比），该周期的失水量和吸水量恰好相等．在相同的环境湿度变化情况下，混凝土水灰比越大，平衡时间比越长．也即不同强度等级混凝土失去相同湿润时间内的吸水量所需的时间，随着水灰比的增加而增加．当干湿交替１个周期内干燥时间
与湿润时间的比值小于平衡时间比时，混凝土吸水量大于失水量，其内部湿度会增加；两者差值越大，混凝土内部湿度增幅越大．本试验中干湿交替过程的干燥时间与湿润时间的比值为２，根据文献［１０］中计算的不同水灰比混凝土的平衡时间比可知这一比值小于其平衡时间比，所以会出现不同强度等级混凝土断面相对湿度分布随时间的变化规律不尽相同的情况．（４）对比Ｃ３０和Ｃ８０混凝土在以硫酸钠溶液为湿润溶液进行干湿交替过程中断面相对湿度分布的变化规律可以看出，相同干湿交替制度下，２种强度等级混凝土的相对湿度降幅基本相当，且随着干湿交替周期的增加，Ｃ８０混凝土断面湿度水平不断增加．对于该现象的解释仍然可以用硫酸盐溶液使得混凝土内部含水量相同时其相对湿度降低和硫酸盐结晶堵塞混凝土孔隙通道，阻止水分向外扩散的观点来解释．
由图６，７还可看出，无论是以清水还是硫酸钠作为干湿交替过程的湿润溶液，干湿交替下只有距混凝土表层一定深度范围内的相对湿度发生变化，也即干湿交替下干燥和湿润过程的作用范围是有限的，这个深度范围称为混凝土影响深度．在本试验干湿交替制度下，以清水作为干湿交替过程中湿润介质时，Ｃ３０和Ｃ８０混凝土的影响深度分别为６．０，４．０ｃｍ；以硫酸钠溶液为湿润介质时，Ｃ３０和Ｃ８０混凝土的影响深度分别为８．５，５．０ｃｍ．Ｃ３０混凝土的影响深度大于Ｃ８０混凝土，这与低强度混凝土具有相对较大的水分扩散能力有关；相同强度等级混凝土，使用硫酸钠作为湿润溶液时的影响深度要大于使用清水作为湿润溶液时．原因是硫酸盐对混凝土侵蚀而生成膨胀性产物钙钒石（３ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３·３ＣａＳＯ４·３１Ｈ２Ｏ）和石膏（ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ），从而引起其体积膨胀，同时干燥过程中混凝土表面水分丧失使得孔隙内硫酸钠溶液浓度增大，硫酸钠结晶盐析出．Ｃ３０混凝土因其水灰比大，密实性差，抗硫酸盐侵蚀能力弱，硫酸盐易侵入其内部，干燥过程中生成的硫酸盐结晶产生盐结晶压和硫酸盐侵蚀反应引起的体积膨胀导致其表层混凝土损伤，溶液侵入深度加深．Ｃ８０混凝土因其水灰比小，密实性好，硫酸盐侵入其内部的量较少，前期膨胀性产物的生成量较小，对混凝土起到了密实作用，使得干燥过程中水分向外扩散难度加大，导致其内部水分含量随着干湿交替次数的增加而增加，相对湿度变化范围增大．
３　结论
（１）在２８ｄ养护期间，混凝土内部相对湿度随
０８３
　第３期高　原，等：干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律
龄期的发展可分为湿度饱和期和湿度下降期两个阶段．混凝土内部相对湿度沿高度呈梯度分布．（２）在干湿交替作用下，只有距混凝土表层一定深度范围内的相对湿度发生变化，而大于此深度处的混凝土相对湿度基本保持不变．此深度即为混凝土在干湿交替作用下的影响深度．不同强度等级混凝土在相同干湿交替条件下的影响深度不同，水灰比越小，强度等级越高，影响深度越小．
（３）干湿交替下，硫酸盐对混凝土内部相对湿度的影响较为明显．采用硫酸盐溶液作为干湿交替中的湿润溶液，混凝土的影响深度要大于采用清水作为湿润溶液的相同干湿交替情况．
参考文献：
［１］　ＨＯＢＢＳ　Ｄ　Ｗ，ＭＡＴＴＨＥＷＳ　Ｊ　Ｄ，ＭＡＲＳＨ　Ｂ　Ｋ．Ｍｉｎｉｍｕｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｄｕｒａｂｌｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ：Ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｉｄｅｉｎｄｕｃｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ｆｒｅｅｚｅ－ｔｈａｗ　ａｔｔａｃｋ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｔｔａｃｋ
［Ｍ］．Ｃｒｏｗｔｈｏｒｎｅ：Ｂｒｉｔｉｓｈ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，１９９８：１－３．［２］　ＭＣＣＡＲＴＥＲ　Ｗ　Ｊ，ＷＡＴＳＯＮ　Ｄ　Ｗ，ＣＨＲＩＳＰ　Ｔ　Ｍ．Ｓｕｒｆａｃｅｚｏｎｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ：Ｄｒｙｉｎｇ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
［Ｊ］．ＡＳＣＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，１３
（１）：４９－５７．
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［７］　ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ，ＨＯＵ　Ｄｏｎｇ－ｗｅｉ，ＨＡＮ　Ｙｕ－ｄｏｎｇ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｎ　ａｕｔｏｇｅｎｏｕｓ　ａｎｄ　ｄｒｙｉｎｇ
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ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ，ＨＯＵ　Ｄｏｎｇ－ｗｅｉ，ＧＡＯ　Ｙｕａｎ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ
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ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｓｃｉ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈ，２０１０，５０（９）：１３２１－１３２４．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）
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ＬＩ　Ｃｈｕｎ－ｑｉｕ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｌｏｎｉｃ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｉｎ
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