不同干湿条件下混凝土表层内水分传输
刘鹏1, 2，宋力1,2，余志武1, 2
(1. 中南大学 土木工程学院，湖南 长沙，410075；
2. 中南大学 高速铁路建造技术国家工程实验室，湖南 长沙，410075)
摘 要：
和干湿交替条件下混凝土表层内水分传输规律，通过理论分析推导混凝土表层内水分传输模型。基于菲克定律和达西定律探讨混凝土表层内水分传输相关性，并利用实测结果验证所建模型的合理性；此外，还探讨采用BET等温吸附曲线构筑混凝土内水分特征曲线的可行性。研究结果表明：所建混凝土表层内水分传输模型可描述不同条件下混凝土内水分传输规律，但扩散系数取值需根据条件不同而定。采用等温吸附曲线获得混凝土内水分特征曲线与传统求解结果相似，从而为简化求解过程提供了新途径；所求解的混凝土内水分等效扩散系数不同是各传输模型假设机理不同造成的。
关键词：
中图分类号：TU528.07 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2014)08-2830-09
Water transport in concrete cover under different drying-wetting conditions
LIU Peng1, 2, SONG Li1, 2, YU Zhiwu1, 2
(1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China;
2. National Engineering Laboratory for High Speed Railway Construction, Central South University, Changsha 410075, China)
Abstract: The law of water transport in concrete cover was investigated under different conditions including wetting, drying, wetting-drying, and the models of water transport in concrete cover were also deduced. Based on the laws of Fick’s and Darcy’s, the correlation of the water transport in concrete cover was discussed and the rationality of the model was proved by situ measurement. In addition, the feasibility of describing the moisture characteristic curve obtained from the BET isothermal adsorption curve was verified. The results show that the models of the water transport in concrete can be used to describe the change law of the water transportation under different conditions, but the diffusivity should be determined according to the conditions. The BET isothermal adsorption curve can be used to represent the characteristic curve obtained usually by traditional way, which provides a novel method to simplify the process. The equivalent diffusivities of the water in concrete differing from each others are caused by the difference of the hypothesis mechanism.
Key words: concrete; liquid island; water vapor; water transport
混凝土渗透性是指液体、气体和离子等在压力、浓度或电位梯度作用下混凝土中的渗透、扩散与迁移，其决定了混凝土结构工程耐久性和使用寿命[1]；其中，混凝土内水分传输影响显著，可严重影响钢筋混凝土结构工程氯盐侵蚀、碳化和冻融等劣化的速率及程度。国内外在混凝土中水分传输方面进行了大量研究，如Nilsson[2]对于暴露在自然环境中的高强混凝土试件内部相对湿度进行试验检测混凝土表层水分传输机理，并建立了相应的水分和离子传输模型；Andrade等[3]研究了暴露于自然和人工环境下混凝土内相对湿度变化规律，采用水汽吸附和脱附曲线描述了混凝土内湿度变化特征；Li等[4-5]对干湿交替下混凝土表层内水分传输过程进行了理论和试验研究，提出用扩散方程形式描述干湿交替下混凝土内水分传输的总效果；Kollek[6]提出以O2为渗透介质测定混凝土渗透系数的Cembureau法已获得国际上的广泛接受，并由RILEM组织作为推荐标准；王中平等[7]研制了一套测试混凝土气体渗透系数的实验装置，从理论上推导了利用该方法测试气体渗透系数计算公式；水在多孔材料中的传递过程分为7个阶段，多孔材料与环境间水传输是几种传输方式叠加的结果且在一定条件下以某种方式为主[8]。既有研究成果多集中于水分传输机理、模型、边界条件和测试方法等方面[9-10]，不同研究成果之间难以定量对比，其分歧主要体现为不同干湿条件下水分传输机理和渗透(扩散)系数等方面。建立传输机理和扩散系数间的关联是进行定量对比的关键，也是人工模拟环境试验设定湿度参数和干湿时间比例的理论依据。干湿条件下非饱和混凝土内水分传输是极为复杂的液体和蒸汽传输，常用测试方法主要为浓度梯度法(Fick定律)和压力梯度法(Darcy定律)。因两者计算所得扩散系数量纲相异，故无法将压力梯度所求渗透系数直接应用于浓度梯度函数中；但两者间既有区别又存在必然联系，如何建立两者间的相关关系是简化求解扩散系数的关键。在此，本文作者研究不同条件下混凝土表层内水分传输规律，推导混凝土表层内水分传输模型；此外，还尝试采用等温吸附曲线获取混凝土内水分特征曲线的可行性，以便为简化求解水分特征曲线过程提供新途径。
1 理论推导
1.1 水分特征曲线
混凝土所含的水常以水含量和能量状态形式表征。水含量常以含水率θl或饱和度Θ表示，而能量状态则用毛细管压力pc或相对湿度H形式描述；所述的水分特征曲线是指毛细管压力与含水率(pc-θl)或饱和度(pc-Θ)间的关系曲线。饱和度与毛细管压力曲线显式表达见式(1)，相应的有效饱和度表达式如式(2)所示。
(1)
(2)
式中：
为混凝土饱和度为Θ时的毛细管压力；α和β通过试验数据回归而得；
为残余液体饱和度；
为有效液体饱和度；
为所含液体饱和度。
Brooks和Corey[11]基于试验提出了另一种特征曲线，指出若pc≥pb，则有效饱和度与毛细管压力的对数表现为线性函数关系，如式(3)所示，相应的毛细管压力方程见式(4)。
(3)
(4)
式中：pc为毛细管压力；pb为泡点压力，亦称为排替压力，它是毛细管压力在全液体饱和度下的外推[12]，其值可由试验数据拟合求得；λ为孔隙指数，可由试验数据拟合求得。
上述传统求解水分特征曲线的主曲线方法的最大缺点是耗时长(长达数年)；为克服此缺点，尝试采用BET等温吸附测试技术求解。因微小液滴上的饱和蒸汽压高于相应平液面上饱和蒸汽压，故可用开尔文公式表示：
(5)
式中：ρ为液体密度，kg/m3；Mw为液体摩尔质量，g/mol；Vm为液体摩尔体积，m3/mol；r为孔隙半径，m；γ为液体表面张力，N/m；T为相应的热力学温度，K；pbz为饱和蒸汽压，Pa；prf为相应的蒸汽分压，Pa。
若液体能润湿混凝土毛细管内壁，则管内液面将呈凹液面；某温度下蒸汽对平液面尚未达到饱和，但对毛细管内凹液面可能已达到过饱和状态，故蒸汽将在毛细管内凝结成液体。从式(5)可知，若已知不同温度下氮气和水汽特征参数，则填充等半径孔隙所用的吸附质(气体)量一致，而相对压力却不同；故可采用BET氮气等温吸附所获取氮气吸附和脱附曲线来间接求得吸脱附曲线，如式(6)所示；相应的微孔体积与氮气吸附量之间联系如式(7)所示。
(6)
(7)
式中：Vw为微孔体积，mL；It为氮气吸附量，mL。在标准状态下，1 mL氮气凝结后的液态氮为1.547 μL；下标1和2代表2种液体。
1.2 润湿过程
所述湿润过程为混凝土表面接触液态水的入渗，即边界条件为饱和度
或边界毛细管压力
。已有研究结果表明混凝土润湿过程可以饱和度为变量采用扩散方程式(8)进行描述，而相应的扩散系数可用指数函数式(9)表示[13]；但因扩散系数难以直接测定，常通过建立混凝土吸水率与扩散系数间的显式关系间接获得，如式(10)所示。
(8)
(9)
(10)
式中：
为混凝土完全干燥时的扩散系数，m2/s；Dw(Θ)为水分在混凝土内的扩散系数，m2/s；S0为全干状态的混凝土吸水率，m/s1/2；
为混凝土毛细孔隙率，%；n为回归系数，一般取6~8。
初始含水率均匀分布的混凝土在一维湿润过程中所吸入的水分与时间的平方根理论上应成正比[14]，如式(11)所示；若混凝土扩散系数在初始非饱和混凝土湿润过程中也能成立，则初始非饱和混凝土吸水率可用式(12)表示[15]。
(11)
(12)
式中：S为表面吸水率系数，m/s1/2；V(t)为时间t内累计吸水量，m3/m2；S0为初始干燥的混凝土吸水率，m/s1/2；Θir为初始饱和度；Θl和Θ0分别为饱和与完全干燥时的饱和度，可分别取1和0。
1.3 干燥过程
干燥过程中水分在混凝土内传输亦可采用Fick定律来描述[5]；但国内外研究的分歧主要集中在干燥非稳态过程中内部扩散系数取值方面。所述的干燥过程的边界条件为第一类边界条件，如式(13)所示。
(13)
式中：Hs为混凝土表面相对湿度，%；He为环境相对湿度，%。
1.3.1 S曲线模型
S曲线模型描述的扩散系数为[16]：
(14)
(15)
1.3.2 汽液传输模型
李春秋[5]指出水分传输总扩散系数为
(16)
式中：Ks为混凝土的饱和渗透系数，m2；
为水蒸气密度，kg/m3；
为随Θ变化的相对渗透系数(0~1)；通过拟合混凝土水分特征曲线试验数据，可将所得参数β用于其值计算，如式(17)所示。
(17)
采用Fick定律可描述水蒸气在非饱和毛细孔内的空气中扩散，但因固体填充孔隙和联通孔路径曲折而使水蒸气扩散困难，故需进行修正才可用以描述其扩散；多孔介质中汽态水流量可用式(18)表示。
(18)
式中：Dv,a为水蒸气在空气中扩散系数，m2/s；
为孔隙曲折系数；
为含气率，%；Dv为混凝土内水蒸气等效扩散系数，m2/s。
基于球形孔假设且各种孔径的孔隙所占体积相同，常通过引入多孔介质因子来描述扩散过程[17]，如式(19)所示；Albert等[18]给出空气中水蒸气扩散系数Dv,a，如式(20)所示。
(19)
(20)
式中：为孔隙率，%；pg为空气压力，Pa；patm为参考大气压力，取101.325 kPa；T0=273 K；
为2.17×10-5 m2/s。而已有研究表明[5]：对于普通硅酸盐水泥混凝土，可取a=2.7，b=10/3.
1.3.3 等效扩散模型
多孔介质中温度梯度下水汽运动方面的研究表明：不饱和状态下介质中气相扩散可被孔隙内流动顺序和液体孤岛等增强，两者均假设局部温度梯度增加和孔内水汽通过液岛孔喉传输[19-20]，如图1所示。图1中路径A是用于评估准稳态物质(水)通过液岛的流动为基于蒸发和凝聚机理，而路径B则是Fick扩散流被用于判别增强水汽扩散的机理。
若颗粒间含液态水，则被水润湿的多孔材料在热梯度下会发生从热部(左边)向冷部(右边)蒸汽传输(路径A)；因蒸汽在液体界面处的蒸汽压降低而发生凝结，如图2所示。液岛热部表面上会发生能量平衡转化，相应的凝结潜热会在液岛中产生传热平衡。文献[19]给出了因蒸发/冷凝与菲克扩散引起的质量流之比：
(21)
式中：mv,evd为蒸汽在液岛端部凝结质量流，kg/s；mv,Fick为蒸汽围绕液岛基于菲克扩散所引起的质量流，kg/s；hfg为蒸汽凝结潜热，J/kg；
为液体水的热传导率，W/(m·K)；At为液岛表面的横截面积，m2；D为空气和水蒸气在自由空间的扩散系数，m2/s；Ap为用于扩散的有效孔隙空间横截面积，m2。
图1 多孔介质内水分传输模型
Fig. 1 Model of water transport in porous media
图2 多孔介质中热质传输
Fig. 2 Heat and material transport in porous media
蒸汽传输模型的相关参数如表1所示。若将表1给出25 ℃的部分参数值[19]代入式(21)，并假设液岛截面积和用于扩散的孔有效截面积相似且取曲折因子为1，则两者间的近似比例为
(22)
式(22)表明：多孔介质中蒸汽传输量通过液岛界面凝结/蒸发方式传输远高于蒸汽扩散，混凝土内水汽可通过凝结/蒸发来快速实现局部平衡。然而，多孔介质与环境间主导蒸汽总传输量的决定方式则由最慢途径即扩散来实现，故若已知混凝土与外界间的扩散则可确定混凝土内水分分布。相应的水汽扩散系数则可视为等效常数，即
(23)
浓度梯度法和压力梯度法均可用于描述流体在混凝土中的传输。若假定混凝土内毛细孔足够大且为圆柱形毛细管束模型孔隙且其内气体近似为理想气体，则根据理想气体状态方程所描述的扩散通量可用式(24)和式(25)表示。
(24)
(25)
式中：j为流体发生扩散时通过单位面积混凝土流量，mol/(m2·s)；dC/dx为在x方向上浓度梯度，mol/m4；De为有效扩散系数，m2/s；p为孔隙气体平均绝对压力，Pa。
表1 蒸汽传输模型相关参数
Table 1 Parameters of vapor transportation
根据测试前后在一定压力梯度下较短时间内通过单位面积混凝土一维方向气流量可求得渗透系数，如式(26)所示。
(26)
式中：Vs为真空腔、连接管体积总和，m3；Ah为混凝土试件面积，m2。
Figg法[21]将非线性问题转化线性，其简化的压力梯度方程式如式(27)所示；整理式(25)和式(27)，得式(28)。
(27)
(28)
式中：p0为大气压力，98 kPa；p1与p2分别为测试前后腔内平均压力，Pa。
欧洲规范CEB-FIP Model Code 1990标准指出通过多孔体系和混凝土微裂缝的气体渗透量可采用式(29)描述；若对于同种气体考虑到黏滞系数相同且忽略压力pm影响，则气流量可表示为式(30)。相应的渗透系数如式(31)所示。
(29)
(30)
(31)
式中：V为在t时间内的气体体积，m3；Kg为气体渗透系数，m2；Ast为渗透面积，m2；l为渗透厚度，m；p1-p2为压力差，Pa；pm为平均压力，pm=(p1+p2)/2；μ为黏滞系数，Pa·s；pjb为体积V对应的局部压力，Pa；
为气体绝对渗透系数，m2/s。
故若确定相应条件下的试验压力及其气体渗透系数Kg，则可求得相应的渗透系数，且可将其视为等效扩散系数。
1.3.4 汽液综合传输模型
Darcy定律常被用以推导汽-液相条件下水分传输过程，可用式(32)和式(33)描述。
(32)
(33)
式中：Fg和Fl分别为汽态与液态质量流，kg/m2·s；kr,g为气相的相对渗透系数(0~1)；kg为自由空间内气体渗透系数，m2；
和
分别为气体、液体黏滞系数，Pa·s。
混凝土中毛细管压力pc与液体压力pl之和为孔隙内气体总压力，故式(33)整理后可表示为：
(34)
根据汽-液局部平衡方程和相对湿度计算公式，可知蒸汽压与毛细管压力间的关系为
(35)
双相特征曲线的主曲线最典型的是van Genuchten提出的经验公式，相应的毛细管压力和饱和度间关系如式(36)所示，整理后可用式(37)描述。
(36)
(37)
液体的相对渗透系数可以采用毛细管压力曲线积分表征；Mualem[22]则给出更接近的液相相对渗透系数表达式：
(38)
Parker等[23]扩展了van Genuchten- Mualem特征曲线来表征气相的相对渗透系数，如式(39)所示。
(39)
因而，水分传输系数总效果可采用水分传输的综合模型来表示：
(40)
根据质量守恒定律，则总水分传输可用式(41)表示；传输效果可采用扩散方程式(8)来表示，而其水分传输总扩散系数为：
(41)
(42)
1.4 干湿交替过程
尽管混凝土湿润过程不仅仅是扩散机理，但可直接用指数形式的扩散系数来描述[8]；因干燥与湿润过程传输机理和宏观表现相异，故不能采用相同扩散系数表征，而应根据条件分别选取相应的扩散系数。若干湿交替下混凝土内水分传输流量可用式(43)表示，则表征水分传输总效果的扩散系数则由饱和度和边界条件共同决定，如式(44)所示。
(43)
(44)
自然环境混凝土内湿度传导是一个非稳态过程，李春秋[5]基于Fick第二定律建立了如下非线性扩散理论：
(45)
混凝土内初始饱和度的分布可表示为一维空间坐标x的函数：
(46)
2 试验
2.1 试验原料、混凝土配制及试验仪器
所用主要原料为P·O 42.5级硅酸盐水泥、聚羧酸系列高效减水剂、I级粉煤灰、S95级矿粉、河砂、连续级配粒径5~20 mm石灰岩碎石和自来水。配制C50级混凝土所用材料质量比m(水泥):m(矿粉):m(粉煤灰):m(砂):m(石):m(水):m(减水剂)=375:85:35:720:1 085: 152:5。试验仪器为SHT10温湿度传感器。
2.2 试样制作与试验过程
浇筑尺寸长×宽×高为150 mm×150 mm×150 mm和150 mm×150 mm×400 mm试样，标养28 d后的抗压强度约为53 MPa。从试样侧面取芯制备直径×长度为100 mm×150 mm圆柱体，并置入温湿度传感器；然后，将其置于杜瓦瓶中并采用相同级配混凝土浇筑成型。干燥与润湿试验所用试样留一侧面，其余面采用环氧树脂密封。干燥过程是将试验放入恒温室内，放置于支架上并用风扇吹风，定期称质量；润湿试验则是将干燥恒质量试样暴露面放入塑料盆内预设支架上，加水至液面高出试验浸泡面大约2 mm，擦干后称质量。图3所示为用于测定混凝土内湿度规律的试件简图。
图3 混凝土内相对湿度变化的试件简图(单位：mm)
Fig. 3 Specimen of concrete for relative humidity change
混凝土内水分特征曲线试验的环境湿度由不同饱和盐溶液控制，试验参照文献[5]。等温吸附饱和状态为被液态水饱和试件质量ms，干燥试件质量为mr；若其在某湿度下达到平衡状态质量为m，则试件含水饱和度可表示为式(47)。采用Autoclam自动渗透性测试仪测试混凝土表面透气和吸水，并采用式(48)计算表面透气系数。
(47)
(48)
式中：K为混凝土表面透气系数，m2；k为采用Autoclam仪器测试数据值拟合曲线获得透气系数。
3 分析与讨论
3.1 混凝土内水分特征曲线
将测定的混凝土BET等温吸附曲线按式(6)转化，并与水蒸气等温吸附-脱附曲线对比，如图4所示。此外，为获取相关参数还利用式(1)和式(3)将饱和度-相对湿度曲线转化为饱和度-毛细管压力曲线，如图5所示。
从图4可以看出：混凝土的水蒸气与BET等温吸脱附曲线间的差异主要表现为数值不同、曲线形状和变化趋势相似等方面。若相对湿度较低(低于0.5)，则BET等温吸附与脱附曲线基本重合，随相对湿度增加曲线分成2支且饱和度差值较大；而混凝土水蒸气等温吸附与脱附曲线则在更低的相对湿度(低于0.35)才基本重合。这是因BET吸脱附曲线描述的一定直径范围内的孔隙并非全部孔隙，而水蒸气吸脱附曲线描述的为全部联通孔隙；此外，因BET测试样剔除粗骨料会降低界面孔隙率而导致吸附质的质量降低。从图4还可以看出，采用BET等温吸脱附曲线可大致描述混凝土水蒸气吸脱附曲线，这为简化求解混凝土水蒸气吸脱附曲线提供了依据。混凝土试样的水分特征曲线如图5所示。
从图5可知：混凝土内孔隙毛细管压力随饱和度增加而减小，基于2种方式获取混凝土水分特征曲线相应的α和β不同；吸/脱附曲线间的β差别大于α的差别，而BET与水蒸气等温吸/脱附曲线的β略有差别。这是由于混凝土内所含墨水瓶式孔使得吸附与脱附质的质量不同造成的。BET与水蒸气等温吸/脱附曲线对应的β不同是测试样品剔除了粗基料导致相应的界面孔被忽略造成的；此外，测试孔隙范围有限是另一原因。综上可知，采用BET等温吸附曲线获取的β可替代采用水蒸气等温吸附曲线获得的β，以弥补传统方式不足。
图4 混凝土等温吸附-脱附曲线
Fig. 4 Isothermal adsorption-desorption curves of concrete
图5 混凝土试样的水分特征曲线
Fig. 5 Moisture characteristic curve of concrete
3.2 混凝土润湿试验
混凝土表面吸水实验结果及其拟合曲线如图6所示。从图6可知：混凝土表面吸水量与时间平方根间存在良好的线性关系，实测值与拟合曲线间吻合较好。基于拟合曲线斜率求得混凝土表面的吸水率约为9.1×10-6 m/s0.5，而相应的混凝土干燥状态水分扩散系数约为4.9×10-11 m2/s。
图6 混凝土表面吸水量随时间变化曲线
Fig. 6 Water absorbing capacity change curve of the concrete surface with time
3.3 混凝土干燥试验
混凝土表面透气实验结果及其拟合曲线，如图7所示。从图7可以看出：混凝土表面透气压的自然对数与时间存在良好的线性关系，其表面透气系数为0.023 Pa/min；利用式(48)将其转化为常用混凝土表面透气系数为3.1×10-17 m2；若Pm取值为100 Pa，则相应的混凝土渗透系数约为1.72×10-10 m2/s。图8所示为混凝土干燥过程失水量随时间变化。
图7 混凝土表面透气压随时间变化曲线
Fig. 7 Air pressure of concrete surface with time
图8 混凝土干燥过程失水量随时间变化
Fig. 8 Water loss of the concrete with time
从图8可知：混凝土干燥过程中失水量与时间的平方根间表现为线性关系，拟合获得失水率约为1 g/h1/2；采用S曲线模型初步估算混凝土饱和水分扩散系数约为2×10-10 m2/s。图9所示为混凝土失水量实测值及其拟合曲线，表2所示为计算求解出的不同形式等效扩散系数及其参数。
从图9可以看出，若混凝土水分扩散系数取值合理，则不同水分扩散系数模型均可模拟干燥过程失水量变化规律。与S曲线相比，短时间内扩散系数取常数所获得的拟合曲线亦可满足计算精度要求。由表2可知：S曲线对应的等效扩散系数与式(15)计算结果吻合；汽液模型和汽液综合传输模型所对应的等效扩散系数有差别，但两者的液体渗透系数基本相等。为研究混凝土内不同水分扩散系数的差异，计算水分扩散系数随饱和度变化规律，如图10所示。
图9 不同扩散系数对应的混凝土失水量拟合曲线
Fig. 9 Curves of water loss in concrete with different diffusivity
表2 不同模型的扩散系数及渗透系数
Table 2 Diffusivities and permeabilities of different models
从图10可知：混凝土扩散系数随饱和度变化规律存在差别；汽液扩散和汽液综合扩散模型变化规律一致，并且在饱和状态下对应的扩散系数较大。S曲线扩散系数模型随饱和度增加而迅速增大，且当饱和度大于0.8时迅速增加并趋于恒定值。水汽和液相渗透系数随饱和度变化规律如图11所示。
从图11可知：混凝土内水汽渗透系数和液体渗透系数随饱和度变化的规律显著不同；随饱和度增加水汽渗透系数迅速降低，而相应的液相渗透系数则显著增大。当饱和度在一定范围内(0.35~0.40)时，相应的水汽与液相渗透系数相等；若饱和度低于该值，则水汽传输起主导地位，反之，则液相传输为主。这是因为在较低的饱和度下，混凝土内液态水难以存在。
图10 扩散系数随饱和度变化规律
Fig. 10 Change law of diffusivity with saturation
图11 汽-液渗透系数随饱和度变化规律
Fig. 11 Change law of vapor-liquid permeability with saturation
3.4 混凝土干湿交替试验
对混凝土试样进行干湿交替试验。将饱和试样置于恒温湿环境模拟箱内，定期测定混凝土内不同深度处相对湿度；然后，对混凝土试样进行润湿试验，并实时观察相对湿度变化。图12所示为干湿交替条件下混凝土内湿度变化及其拟合曲线。
从图12可知，混凝土内相对湿度在干湿交替过程中随时间发生缓慢变化，不同深度处的相对湿度变化规律相似但数值有别；混凝土干燥过程中相对湿度随时间变化缓慢，而润湿过程则变化速率较快，这是水分传输机理不同造成的。从图12还可以看出，理论拟合曲线和实测值变化趋势相似而数值却略有偏离。
图12 干湿交替条件下混凝土内湿度变化
Fig. 12 Change of relative humidity in concrete under drying-wetting condition
4 结论
(1) 研究了润湿、干燥和干湿交替条件下混凝土表层内水分传输规律，推导出混凝土表层内水分传输模型；通过分析不同等效饱和扩散系数表达式差异，指出其取值需根据条件不同而异。
(2) 采用等温吸附曲线构筑混凝土内水分特征曲线，为简化求解水分特征曲线过程参数提供了新途径。
(3) 混凝土干燥过程和润湿过程均可采用扩散定律描述；但混凝土在干燥过程中相对湿度变化缓慢，而润湿过程速率较快。
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(编辑 赵俊)
收稿日期：2013-08-08；修回日期：2013-10-15
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51378506，51278496)；铁道部科技重点计划项目(2014G010-A)
通信作者：宋力(1975-)，男，湖南郴州人，讲师，从事结构耐久性研究；电话：13874976186；E-mail：songlisong2002@126.com
摘要：研究润湿、干燥和干湿交替条件下混凝土表层内水分传输规律，通过理论分析推导混凝土表层内水分传输模型。基于菲克定律和达西定律探讨混凝土表层内水分传输相关性，并利用实测结果验证所建模型的合理性；此外，还探讨采用BET等温吸附曲线构筑混凝土内水分特征曲线的可行性。研究结果表明：所建混凝土表层内水分传输模型可描述不同条件下混凝土内水分传输规律，但扩散系数取值需根据条件不同而定。采用等温吸附曲线获得混凝土内水分特征曲线与传统求解结果相似，从而为简化求解过程提供了新途径；所求解的混凝土内水分等效扩散系数不同是各传输模型假设机理不同造成的。
