摘要
摘要
硫酸盐型的盐渍土在我国广泛分布，对混凝土结构造成了严重的硫酸盐侵
蚀问题。随着我国西部大开发战略及“一带一路”规划的深入实施，大量基础
设施计划建设在这些盐渍土上。同时，外部环境的变化创造了干湿循环的条件，
极大地加深了受硫酸盐侵蚀的混凝土的损伤程度。然而目前针对干湿循环作用
下硫酸盐侵蚀混凝土劣化过程的研究大多停留在定性研究阶段，对于湿润与干
燥过程的侵蚀机理尚未清晰，而已有的预测模型大多建立在饱和的基础之上，
对干湿循环作用带来的影响考虑得不够全面。针对以上问题，本文建立了干湿
循环作用下硫酸盐侵蚀混凝土传输-结晶-破坏模型，对混凝土的损伤演化过程
进行了模拟，为混凝土耐久性的设计和优化提供了理论指导。主要研究内容如
下：
首先综合考虑了扩散、对流和化学反应对硫酸盐传输过程的影响，建立了
干湿循环作用下硫酸盐侵蚀混凝土的传输模型。从干湿循环作用下水分传输的
机理出发，分别推导了干燥与湿润过程中混凝土内部水分传输的理论模型，并
与经验模型进行对比。利用饱和度搭建连接水分传输与离子传输的桥梁，通过
均质化的方法推导得到以孔溶液浓度为变量的硫酸根离子传输方程，并讨论了
水分饱和度对离子扩散的影响。
在传输模型的基础上，建立了干湿循环作用下硫酸盐侵蚀混凝土的结晶破
坏模型，创新性地考虑了化学反应与物理结晶共同作用下对混凝土膨胀率的影
响。根据侵蚀机理的分析，引入了化学侵蚀比例系数，最后结合结晶压理论和
多孔介质力学理论，将孔内的压力转化为混凝土的膨胀率。同时提出了体积模
量折减函数对侵蚀过程中混凝土刚度变化进行描述，建立了硫酸盐侵蚀混凝土
的结晶破坏模型，最后讨论了结晶破坏对混凝土传输性能的影响。
验证了已建立的干湿循环作用下硫酸盐侵蚀混凝土模型的准确性。利用
COMSOL软件对建立的传输-结晶-破坏模型进行数值模拟，与公开文献中由试
验测得的膨胀率进行对比，验证了模型在不同侵蚀环境下对不同水灰比的水泥
基材料的准确性，并对模型参数进行了参数化分析。研究表明忽略混凝土刚度
损伤会极大低估了混凝土的劣化速度，而干燥时水分传输系数、硫酸根离子有
效扩散系数与化学反应速率常数是影响劣化速率的关键因素。
关键词：硫酸盐侵蚀；干湿循环；劣化模型；物理与化学侵蚀；结晶压
-I-
Abstract
Abstract
SulfatetypesalinesoilsarewidelydistributedinChina,causingserioussulfate
erosionproblemstoconcretestructures.WiththeimplementationofChinaswestern
developmentstrategyandOneBelt,OneRoadplan,alargenumberofinfrastructure
projectsareplannedtobebuiltonthesesalinesoils.Atthesametime,changesinthe
externalenvironmenthavecreatedconditionsfordrying-wettingcycles,which
greatlydeepenthedamageofconcretesubjecttosulfateerosion.However,mostof
thecurrentresearchonthedeteriorationprocessofsulfateerodedconcreteisatthe
qualitativestage,andtheerosionmechanismofwettinganddryingprocessesisnot
yetclear,andmostoftheexistingpredic