干湿交替环境混凝土氯离子扩散与寿命预测

王 茹^1，2，杨辛丫^1*，刘金昊¹

(1. 西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055;2. 西安建筑科技大学 结构工程与抗震教育部重点实验室，陕西 西安 710055)

摘　要：　西安地区冬季频繁使用融雪剂，导致氯离子渗透至混凝土内部，破坏钢筋钝化膜并引发锈蚀，锈蚀产物膨胀，进而造成混凝土剥落、开裂。该地区冬季寒冷干燥、春秋季湿度波动显著且昼夜温差较大，导致混凝土结构表面频繁经历干湿交替循环，加速了结构劣化进程。为解决这一问题，基于质量守恒定律与Fick扩散理论，综合考虑材料因素(水灰比)、环境条件(温湿度)、时变特性(混凝土龄期)对氯离子扩散的影响，并结合温度梯度驱动下混凝土内部水分迁移规律，构建了适用于干湿交替环境下的混凝土内部水分与氯离子耦合传输理论模型。采用COMSOL Multiphysics软件实现多场协调耦合的数值模拟并与试验数据对比验证，进而分析参数敏感性并预测混凝土使用寿命，揭示了保护层厚度与水灰比对氯离子渗透的相互影响机制。研究结果表明，合理匹配较大保护层厚度与低水灰比可有效增强混凝土耐久性。通过构建不同保护层厚度下钢筋初始锈蚀时间预测曲线，明确了光伏支架的安全锚固区域范围，避免在钢筋锈蚀风险区进行破坏性操作，防止因不当改造措施导致结构耐久性进一步劣化。该研究成果可为既有建筑光伏系统加装提供理论依据。

关键词：　混凝土耐久性; 氯离子传输; 干湿交替; 对流扩散; 寿命预测

基金项目： 陕西省重点研发计划项目(2024SF2-GJHX-65);西安市社会发展科技创新示范项目(23SFSF0013)

引文格式： 王茹，杨辛丫，刘金昊. 干湿交替环境混凝土氯离子扩散与寿命预测[J]. 市政技术，2025，43(10)：11-20. (WANG R，YANG X Y，LIU J H. Chloride diffusion and service life prediction of concrete under alternating wet-dry conditions[J]. Journal of municipal technology，2025， 43(10)：11-20.)