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水 利 学 报

2021 年 6 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 6 期

文章编号：0559-9350（2021）06-0647-13

裂缝对混凝土中水分传输影响研究进展

王立成，穆林钧，邹 凯

（大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024）

摘要：由荷载或环境因素产生的混凝土裂缝，不仅降低了混凝土抵抗水分侵入的能力，还为侵蚀性介质侵入混凝
土内部提供附加通道，造成钢筋混凝土结构耐久性不足和使用寿命降低。本文从试验研究和数值模拟两个方面，
系统评述了裂缝对混凝土中水分传输影响的研究进展。研究发现，混凝土裂缝中的水分传输系数与裂缝宽度的二
次或三次方成正比；裂缝迂曲度的增加能显著降低水分的传输速度；裂缝粗糙度的变化对水分传输速度影响很
小；裂缝密度的增加能增大混凝土的吸水量。此外，裂缝的自愈合能够降低水分在混凝土裂缝中的传输速度。研
究裂缝对混凝土中水分传输规律的影响可为钢筋混凝土结构的耐久性设计提供理论依据。最后，在总结已有研究
成果的基础上，分析了开裂混凝土中水分传输研究存在的问题，并对未来可能的研究方向给出了建议。
关键词：混凝土；水分传输；裂缝；耐久性；研究进展
中图分类号：TV431 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20201035

1 研究背景

实际工程中混凝土结构往往承受干燥收缩、热应力、钢筋锈蚀、温湿度变化及施工不良、静/动
荷载作用等多种不利外界因素的影响，导致混凝土存在不同程度的损伤，这些损伤主要体现在混凝
土内部产生的裂缝或微裂缝 ［1-4］ 。裂缝的存在不仅直接降低混凝土结构的力学性能，而且不同程度上
造成混凝土内部孔隙结构的相互连通，加快水分和侵蚀性介质（如硫酸根离子、氯离子等）的传输速
度 ［5-7］ ，进而导致混凝土结构的劣化损伤以及内部钢筋的锈蚀。近年来，国内外学者针对开裂混凝土
的水分传输问题开展了大量的研究，其出发点可归结于以下两点 ［8-9］ ：（1）水的存在是混凝土大多数劣
化反应（化学、物理）的先决条件；（2）水是有害物质（氯离子等）侵入混凝土内部的传输载体。混凝土
结构的服役寿命在“裂缝→吸水性增加→性能降低”的周期循环和“劣化-开裂-透水性增强-进一步劣
［9］
化”的连锁反应下不断降低 。因此，准确地分析裂缝对混凝土中水分传输规律的影响是开展复杂环
境条件下混凝土结构耐久性分析和使用寿命评估的重要前提条件。
混凝土中水分传输包括渗透、毛细吸水、蒸发等多种机制，水分在混凝土内部主要通过气相和
液相两种形式进行传输，而不同尺度的微观结构和含水量导致水分在混凝土内部可能发生一种或者
多种机制的传输。裂缝形态参数（包括裂缝宽度、密度、长度、粗糙度和迂曲度等）是影响混凝土裂
缝中水分传输速度的重要因素 ［10-11］ 。由于裂缝诱导产生方式、养护条件以及水传输测试方法等存在较
大差异，获得的混凝土水分传输系数和裂缝宽度阈值（Threshold crack width）等结论尚不统一，甚至存
在较多相互矛盾之处。本文在对国内外相关文献分析的基础上，系统评述液态水在开裂混凝土中以
渗透和毛细吸水为主要传输形式的研究进展，讨论裂缝宽度、粗糙度、迂曲度和连通性、裂缝密度
和裂缝自愈合等对裂缝或开裂混凝土中水分传输的影响规律，分析目前研究中存在的问题，并对未

收稿日期：2020-12-14；网络首发时间：2021-03-19
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210319.1152.003.html
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基金项目：辽宁省自然科学基金项目（2020-MS-100）；绿色建筑材料国家重点实验室开放基金项目（2018）
作者简介：王立成（1975-），博士，教授，博士生导师，主要从事混凝土强度理论和钢筋混凝土耐久性研究。
E-mail：wanglich@dlut.edu.cn
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